MODEL ATOM RUTHERFORD: SEJARAH, EKSPERIMEN, POSTULAT - FISIK - 2025

The Rutherford model atom adalah deskripsi dari atom yang diciptakan oleh fisikawan Inggris Ernest Rutherford (1871-1937) ditemukan pada tahun 1911 ketika inti atom dengan percobaan hamburan terkenal yang mengambil nama mereka.

Gagasan tentang atom ("tak terpisahkan" dalam bahasa Yunani) sebagai komponen materi terkecil, adalah ciptaan intelektual yang lahir di Yunani Kuno, sekitar 300 SM. Seperti banyak konsep Yunani lainnya, konsep atom dikembangkan berdasarkan logika dan argumentasi, tetapi bukan eksperimen.

Model atom Rutherford

Filsuf atomist yang paling terkenal adalah Democritus dari Abdera (460 - 360 SM), Epicurus dari Samos (341 - 270 SM), dan Titus Lucretius (98 - 54 SM). Orang Yunani menyusun empat jenis atom berbeda yang sesuai dengan empat unsur yang menurut mereka membentuk materi: udara, air, bumi dan api.

Kemudian Aristoteles menambahkan elemen kelima: eter yang membentuk bintang-bintang, karena empat elemen lainnya murni terestrial.

Penaklukan Alexander Agung, di mana Aristoteles adalah seorang guru, memperluas kepercayaannya ke seluruh dunia kuno, dari Spanyol hingga India dan dengan demikian, selama berabad-abad, gagasan tentang atom menciptakan tempatnya sendiri di dunia sains.

Atom tidak lagi terpisahkan

Gagasan para filsuf Yunani tentang struktur materi berlaku selama ratusan tahun, sampai seorang ahli kimia Inggris dan guru sekolah bernama John Dalton (1776-1844) menerbitkan hasil eksperimennya pada tahun 1808.

Dalton setuju bahwa unsur-unsur terdiri dari partikel yang sangat kecil, yang disebut atom. Tetapi dia melangkah lebih jauh dengan menyatakan bahwa semua atom dari unsur yang sama adalah sama, memiliki ukuran yang sama, massa yang sama dan sifat kimia yang sama, yang membuatnya tetap tidak berubah selama reaksi kimia.

Ini adalah model atom berbasis ilmiah pertama. Seperti orang Yunani, Dalton masih menganggap atom tidak dapat dibagi, oleh karena itu tidak memiliki struktur. Namun, kejeniusan Dalton membuatnya mengamati salah satu prinsip konservasi Fisika yang hebat:

• Dalam reaksi kimia, atom tidak diciptakan atau dihancurkan, mereka hanya mengubah distribusinya.

Dan dia menetapkan cara senyawa kimia dibentuk oleh "atom senyawa" (molekul):

• Ketika dua atau lebih atom dari unsur yang berbeda bergabung membentuk senyawa yang sama, mereka selalu melakukannya dalam proporsi massa yang tetap dan pasti.

Abad ke-19 adalah abad listrik dan magnet yang hebat. Beberapa tahun setelah publikasi Dalton, hasil dari beberapa eksperimen menimbulkan keraguan pada para ilmuwan tentang ketidakterpisahan atom.

Tabung Crookes

Tabung Crookes adalah perangkat yang dirancang oleh ahli kimia dan meteorologi Inggris William Crookes (1832-1919). Percobaan yang dilakukan Crookes pada tahun 1875, terdiri dari penempatan, di dalam tabung berisi gas bertekanan rendah, dua buah elektroda, satu disebut katoda dan satunya lagi disebut anoda.

Dengan menetapkan beda potensial antara dua elektroda, gas bersinar dengan warna yang merupakan karakteristik dari gas yang digunakan. Fakta ini menunjukkan bahwa ada organisasi tertentu di dalam atom dan oleh karena itu ia tidak terpisahkan.

Selanjutnya, radiasi ini menghasilkan fluoresensi lemah pada dinding tabung kaca di depan katoda, memotong bayangan tanda berbentuk silang yang terletak di dalam tabung.

Itu adalah radiasi misterius yang dikenal sebagai "sinar katoda", yang bergerak dalam garis lurus ke anoda dan sangat energik, mampu menghasilkan efek mekanis, dan yang dibelokkan ke pelat bermuatan positif atau juga melalui magnet.

Penemuan elektron

Radiasi di dalam tabung Crookes tidak bisa berupa gelombang, karena membawa muatan negatif. Joseph John Thomson (1856 - 1940) memberikan jawabannya pada tahun 1887 ketika dia menemukan hubungan antara muatan dan massa radiasi ini, dan menemukan bahwa itu selalu sama: 1,76 x 10 ¹¹ C / Kg., Terlepas dari gasnya tertutup dalam tabung atau bahan yang digunakan untuk membuat katoda.

Thomson menyebut partikel-partikel ini sebagai sel-sel. Dengan mengukur massanya dalam hubungannya dengan muatan listriknya, dia menyimpulkan bahwa setiap sel jauh lebih kecil daripada atom. Oleh karena itu, dia menyarankan bahwa mereka harus menjadi bagian dari ini, sehingga menemukan elektron.

Ilmuwan Inggris adalah orang pertama yang membuat sketsa model grafik atom, dengan menggambar bola dengan titik-titik yang disisipkan, yang, karena bentuknya, diberi julukan "puding prem". Tetapi penemuan ini menimbulkan pertanyaan lain:

• Jika materi netral, dan elektron bermuatan negatif: di manakah atom muatan positif yang menetralkan elektron?
• Jika massa elektron lebih kecil dari massa atom, maka terdiri dari apakah atom lainnya?
• Mengapa partikel-partikel yang diperoleh selalu elektron dan tidak pernah dari jenis lain?

Eksperimen hamburan Rutherford: inti atom dan proton

Pada tahun 1898 Rutherford telah mengidentifikasi dua jenis radiasi dari uranium, yang ia namakan alfa dan beta.

Radioaktivitas alami telah ditemukan oleh Marie Curie pada tahun 1896. Partikel alfa bermuatan positif dan hanya merupakan inti helium, tetapi pada saat itu konsep inti belum diketahui. Rutherford hendak mencari tahu.

Salah satu percobaan yang dilakukan Rutherford pada tahun 1911 di Universitas Manchester, dengan bantuan Hans Geiger, terdiri dari membombardir lembaran emas halus dengan partikel alfa, yang muatannya positif. Di sekitar kertas emas dia menempatkan layar berpendar yang memungkinkan mereka untuk memvisualisasikan efek pemboman.

Pengamatan

Mempelajari dampak pada layar fluoresen, Rutherford dan asistennya mengamati bahwa:

1. Persentase partikel alfa yang sangat tinggi melewati lembaran tanpa penyimpangan yang terlihat.
2. Beberapa menyimpang pada sudut yang cukup curam
3. Dan sangat sedikit yang bangkit kembali

Eksperimen hamburan Rutherford. Sumber:.

Pengamatan 2 dan 3 mengejutkan para peneliti dan membuat mereka berasumsi bahwa orang yang bertanggung jawab atas hamburan sinar pasti memiliki muatan positif dan berdasarkan pengamatan nomor 1, orang yang bertanggung jawab itu jauh lebih kecil daripada partikel alfa. .

Rutherford sendiri mengatakan tentang itu bahwa "… seolah-olah Anda menembakkan proyektil angkatan laut 15 inci ke selembar kertas dan proyektil itu memantul kembali dan mengenai Anda." Ini jelas tidak bisa dijelaskan oleh model Thompson.

Menganalisis hasil dari sudut pandang klasik, Rutherford telah menemukan keberadaan inti atom, di mana muatan positif atom terkonsentrasi, yang memberikannya netralitas.

Rutherford melanjutkan eksperimen hamburannya. Pada tahun 1918, target baru partikel alfa adalah atom gas nitrogen.

Dengan cara ini dia mendeteksi inti hidrogen dan segera mengetahui bahwa satu-satunya tempat inti ini dapat berasal adalah dari nitrogen itu sendiri. Bagaimana mungkin inti hidrogen adalah bagian dari nitrogen?

Rutherford kemudian menyarankan bahwa inti hidrogen, sebuah unsur yang telah diberi nomor atom 1, pastilah sebuah partikel fundamental. Dia menyebutnya proton, kata Yunani untuk yang pertama. Jadi, penemuan inti atom dan proton adalah berkat orang Selandia Baru yang brilian ini.

Model atom Rutherford mendalilkan

Model baru ini sangat berbeda dari Thompson. Ini adalah postulatnya:

• Atom mengandung inti yang bermuatan positif, yang meskipun sangat kecil, mengandung hampir semua massa atom.
• Elektron mengorbit inti atom pada jarak yang jauh dan dalam orbit melingkar atau elips.
• Muatan bersih atom adalah nol, karena muatan elektron mengkompensasi muatan positif yang ada di inti.

Perhitungan Rutherford menunjuk inti dengan bentuk bulat dan radius sekecil 10 ^-15 m, nilai jari-jari atom menjadi sekitar 100.000 kali lebih besar, karena inti relatif berjauhan: dari urutan 10 ^-10 m.

Ernest Rutherford muda. Sumber: Tidak diketahui, diterbitkan pada tahun 1939 di Rutherford: menjadi kehidupan dan surat Rt. Hon. Lord Rutherford, O. M

Ini menjelaskan mengapa sebagian besar partikel alfa melewati lembaran dengan lancar atau hanya memiliki sedikit defleksi.

Dilihat dari skala benda sehari-hari, atom Rutherford akan tersusun dari inti sebesar bola bisbol, sedangkan jari-jari atomnya sekitar 8 km, sehingga atom dapat dianggap hampir semuanya sebagai ruang kosong.

Berkat kemiripannya dengan miniatur tata surya, ia dikenal sebagai "model atom planet". Gaya tarik elektrostatis antara inti dan elektron dapat dianalogikan dengan gaya tarik gravitasi antara matahari dan planet.

Batasan

Namun, ada beberapa ketidaksepakatan mengenai beberapa fakta yang diamati:

• Jika gagasan bahwa elektron mengorbit di sekitar inti diterima, itu terjadi bahwa elektron harus terus menerus memancarkan radiasi sampai bertabrakan dengan inti, yang mengakibatkan kehancuran atom dalam waktu kurang dari satu detik. Untungnya, bukan ini yang sebenarnya terjadi.
• Lebih lanjut, pada kesempatan tertentu atom memancarkan frekuensi tertentu dari radiasi elektromagnetik ketika ada transisi antara keadaan energi yang lebih tinggi ke keadaan energi yang lebih rendah, dan hanya frekuensi tersebut, bukan yang lain. Bagaimana menjelaskan fakta bahwa energi dikuantisasi?

Terlepas dari keterbatasan ini, karena saat ini terdapat model yang jauh lebih canggih yang sejalan dengan fakta yang diamati, model atom Rutherford masih berguna bagi siswa untuk mendapatkan pendekatan pertama yang berhasil terhadap atom dan partikel penyusunnya.

Dalam model atom ini, neutron tidak muncul, konstituen lain dari inti atom, yang tidak ditemukan sampai tahun 1932.

Tak lama setelah Rutherford mengusulkan model planetnya, pada tahun 1913 fisikawan Denmark Niels Bohr akan memodifikasinya untuk menjelaskan mengapa atom tidak hancur dan kami masih di sini untuk menceritakan kisah ini.

Artikel yang menarik

Model atom Schrödinger.

Model atom De Broglie.

Model atom Chadwick.

Model atom Heisenberg.

Model atom Perrin.

Model atom Thomson.

Model atom Dirac Jordan.

Model atom dari Democritus.

Model atom Bohr.

Model atom Dalton.

Referensi

1. Rex, A. 2011. Dasar-dasar Fisika. Pearson. 618-621.
2. Zapata, F. 2007. Catatan kelas untuk ketua Radiobiology and Radiological Protection. Sekolah Kesehatan Masyarakat dari Universitas Pusat Venezuela.