Was zeigte der Rutherford-Versuch?
Damals stellten sich die Forscher das Atom nach Thomsons Rosinenkuchenmodell vor: Die positive Ladung ist über das ganze Atom verteilt, und die Elektronen sitzen darin. In einem solchen Atom sollten Alphateilchen nur sehr wenig abgelenkt werden.
1909 schossen Rutherford und seine Mitarbeiter Geiger und Marsden Alphateilchen auf eine dünne Goldfolie. Ein Alphateilchen ist ein positiv geladenes Teilchen aus 2 Protonen und 2 Neutronen. Es ist ein Heliumkern, He2+.
| Beobachtung | Schlussfolgerung |
|---|---|
| Die meisten Teilchen flogen geradeaus hindurch | Das Atom besteht größtenteils aus leerem Raum |
| Einige Teilchen wurden abgelenkt | In der Mitte des Atoms gibt es einen positiv geladenen Teil |
| Sehr wenige Teilchen prallten zurück | Masse und positive Ladung sind in einem sehr kleinen Kern konzentriert |
Der Radius eines Kerns ist mehr als 10 000-mal kleiner als der Radius seines Atoms. Deshalb fliegen die meisten Teilchen vorbei, ohne einem Kern nahe zu kommen.
Warum werden die Teilchen abgelenkt?
Der positive Kern stößt das positive Alphateilchen nach dem Coulomb'schen Gesetz ab. Je näher ein Teilchen am Kern vorbeifliegt, desto stärker ist die Abstoßung und desto größer die Ablenkung. Ein Teilchen, das direkt auf den Kern zufliegt, bleibt stehen und kehrt um. Je mehr Protonen der Kern hat, desto stärker ist die Abstoßung. Je höher die Energie des Teilchens, desto kleiner die Ablenkung.
Führe den Rutherford-Versuch in der App Nalukh chem durch
Beobachte, wie Alphateilchen in der Nähe des Kerns abgelenkt werden. Dieser Simulator gehört zum vollen Zugang. Der Download ist kostenlos, und 2 Kapitel und 5 Simulatoren sind ohne Anmeldung freigeschaltet.
Wie benutzt du den Simulator?
- Alphateilchen fliegen ununterbrochen aus der braunen Quelle unten nach oben. Der Kern liegt in der Mitte, und der gestrichelte Kreis um ihn ist die Elektronenhülle.
- Ändere mit dem Schieberegler Protonen im Kern die Anzahl der Protonen von 20 bis 100. Der Startwert 79 ist ein Goldkern.
- Ändere mit dem Schieberegler Alpha-Energie die Energie der Teilchen: niedrig, mittel oder hoch.
- Der Button Bahn blendet die Bahnen der Teilchen ein und aus.
Aufgaben für den Simulator
- Beobachte mit den Starteinstellungen ein Teilchen, das direkt auf den Kern zufliegt. Es bleibt vor dem Kern stehen und kehrt um. Ein Teilchen, das seitlich vorbeifliegt, wird auf einer gekrümmten Bahn abgelenkt.
- Stelle Protonen im Kern auf 20 und Alpha-Energie auf hoch. Die Bahnen werden fast gerade, und wenige Teilchen kehren um.
- Stelle Protonen im Kern auf 100 und Alpha-Energie auf niedrig. Die meisten Teilchen werden stark abgelenkt und fliegen zurück, woher sie kamen.
- Lass die Protonenzahl bei 79 und zieh den Schieberegler Alpha-Energie von links nach rechts. Die Ablenkung wird kleiner.
Wie veränderte sich das Atommodell?
| Jahr | Forscher | Entdeckung |
|---|---|---|
| 1897 | Thomson | Elektron |
| 1909–1911 | Rutherford | Atomkern |
| 1913 | Bohr | Elektronen besetzen bestimmte Schalen |
| 1932 | Chadwick | Neutron |
Rutherford entdeckte den Kern, erklärte aber nicht, wie die Elektronen angeordnet sind. An dieser Frage arbeitete Bohr weiter.
