Modelul atomic al lui bohr

Descoperirea electronului de catre J. J. Thomson in anul 1897 a condus la ipoteza unui atom cu o anumita structura. Pentru inceput, s-a considerat ca atomul era alcatuit dintr-o sarcina pozitiva, uniform distribuita in volum, in care erau infipti, din loc in loc, electroni negativi. Sarcina electrica pozitiva si cea negativa trebuiau sa fie egale. Acest model primitiv, numit simbolic "cozonac cu stafide" reusea sa explice doar caracterul neutru din punct de vedere electric al atomului.

Nu se intelegea, de exemplu, de ce sarcina negativa este discontinua, reprezentata de electroni iar cea pozitiva, continua sau de ce atomii emit radiatii electromagnetice al caror spectru este discret (contine numai anumite frecvente).

In 1909-1911 Ernest Rutherford si colaboratorii sai desfasurau cercetari minutioase asupra particulelor ? despre care stiau ca sunt atomi dublu ionizati de , emisi de o sursa radioactiva. Ideea experimentului ce urmeaza a fi descris apartine lui Rutherford iar punerea ei in practica colaboratorilor sai Hans Geiger si Ernest Mardsen. Schema instalatiei experimentale asa cum apare ea in enciclopedia Britanica din 2007, este data in Fig. 7.

Experimentul lui Rutherford presupune o sursa radioactiva protejata in interiorul unei cutii de plumb, care emite un fascicul de particule ?; fasciculul este colimat cu ajutorul unei fante practicata intr-un ecran de asemenea din plumb. Apoi fasciculul de particule ? cade pe o foita subtire de aur de grosimea a catorva straturi atomice. Un ecran fluorescent se poate invarti pe un cerc de jur imprejurul punctului in care particulele ? lovesc placa de aur.

Sunt puse in evidenta trei situatii distincte: particule ? care trec nedeviate sau foarte putin deviate de la directia initiala captate de ecranul aflat in pozitia A, particule ? deviate puternic de la directia initiala dar care raman totusi de cealalta parte a foitei de aur, captate de ecranul aflat in pozitia B si in sfarsit particule ? deviate atat de puternic incat sunt practic intoarse din drum captate de ecranul aflat in pozitia C. Detaliul din partea dreapta-jos explica cand, de ce si cat de tare sunt deviate particulele ? la trecerea lor prin foita de aur.

Fig.7. Schema experimentului Rutherford

Rezultatele obtinute vin in contradictie totala cu modelul atomic (rudimentar) imaginat de Thomson. Ele nu se pot explica decat daca se revizuiesc ideile despre alcatuirea atomului.

Astfel, se impunea ideea unei distributii neuniforme a sarcinii electrice din atom. Trebuia acceptata existenta unui nucleu pozitiv, foarte dens si care ocupa un volum foarte mic comparativ cu atomul, si mult spatiu gol, in care, din loc in loc se gasesc electronii. Acestia nu sunt fixati in masa pozitiva, sunt in afara nucleului si, ca sa nu cada pe nucleu, ar trebui sa se invarta pe diferite orbite in jurul acestuia, asemanator planetelor care se invart in jurul Soarelui. Sarcina pozitiva a nucleului trebuie sa fie egala cu cea negativa a electronilor.

Fig.8. Modelul planetar al atomului

Modelul atomic elaborat de Rutherford in anul 1911, este primul model planetar al atomului. Cu ajutorul rezultatelor ce decurg din experiment, Rutherford a putut sa estimeze corect ordinul de marime al razei atomului ( ) si respectiv al razei nucleului ( ) acestuia.

Rezultatele cu privire la sarcina nucleului pentru diferite elemente a permis corelarea observatiilor sale cu cele ale lui Mendelev aratand legatura dintre numarul Z, dupa care si-a ordonat el elementele si sarcina electrica a nucleului.

Modelul lui Rutherford a introdus ideea unei structuri a atomului si a existentei unor particule componente, precum si posibilitatea separarii acestora.

Legile electrodinamicii clasice spun ca electronii, in miscarea lor (accelerata) in jurul nucleului ar trebui sa radieze energie, raza orbitei lor sa se micsoreze in mod continuu si in final sa cada pe nucleu, ducand astfel la disparitia atomului respectiv (Fig.9). Dar nu se intampla asa, mai mult, se stie ca atomul reprezinta o structura fizica foarte stabila.

Fig.9. Electronii ar trebui sa cedeze energie

iar raza orbitei lor sa se micsoreze in mod continuu.

Mai departe, frecventa radiatiei electromagnetice emisa de electronii care se apropie in mod continuu de nucleu ar trebui sa se modifice si ea tot in mod continuu. Or spectrele emise de atomi, observate deja de Johann Balmer si alti cercetatori de peste 20 de ani, nu indicau asa ceva, din contra, ele aveau un aspect discontinuuu, erau spectre de linii.

Imbunatatiri considerabile vor fi aduse acestui model peste foarte putin timp de catre fizicianul danez Niels Bohr.

Descrierea calitativa a experientei lui Rutherford si consecintele ei asupra modelului atomic.