Istorijski kontekst
Prvi model atoma, nakon Demokritovih filozofskih ideja, ponudio je Džon Dalton. Po njegovoj teoriji, atom je čvrsta, neprobojna kugla, osnovna jedinica materije. Međutim, otkriće elektrona od strane J. J. Tomsona 1897. godine pokazalo je da atom nije monolitna struktura, već sadrži manje čestice.
Tomson je predložio svoj model poznat kao „puding od šljiva“: pozitivno naelektrisana sfera u kojoj su elektroni raspoređeni poput suvog grožđa u pudingu.
Radefordov eksperiment
Početkom XX veka, Ernest Radeford je osmislio eksperiment kako bi proverio ove hipoteze. Koristio je alfa čestice (teške, pozitivno naelektrisane) koje je usmerio na tanak listić zlata pomoću olovnog kolimatora. Oko listića postavljen je detektor koji je beležio rasejane čestice.
Hipoteze:
- Ako je Dalton u pravu: alfa čestice će se odbiti od čvrstih atoma.
- Ako je Tomson u pravu: alfa čestice će proći nesmetano kroz listić.
Rezultat:
- Većina alfa čestica prošla je nesmetano.
- Mali broj čestica skrenuo je putanju, a neke su se odbile nazad.
Zaključak Radeforda
Eksperiment je izveden 1909. godine, a Radeford je zaključio:
- Atom je uglavnom prazan prostor.
- Masa i pozitivno naelektrisanje koncentrisani su u jezgru.
- Dimenzije jezgra su ekstremno male u odnosu na ceo atom (poput glave čiode u centru stadiona).
Prva zamisao – planetarni model
Radeford je pretpostavio da elektroni kruže oko jezgra poput planeta oko Sunca, pod dejstvom elektrostatičke sile: $ F = k \frac{q_1 q_2}{r^2} $ gde je $k$ Coulombova konstanta, $q_1$ i $q_2$ naelektrisanja, a $r$ rastojanje.
Analogija sa gravitacionom silom: $ F_g = G \frac{m_1 m_2}{r^2} $
Problem planetarnog modela
Zakoni elektrodinamike (Maksvel) kažu:
- Svaka ubrzana naelektrisana čestica emituje elektromagnetno zračenje.
- Elektron na kružnoj putanji gubi energiju i pao bi na jezgro.
To znači da bi atom bio nestabilan, što je u suprotnosti sa iskustvom – atomi su stabilni milijardama godina.
Zaključak
Planetarni model je odbačen. Ostaje pitanje: Kako elektroni opstaju u okolini jezgra bez gubitka energije? Ovo je otvorilo put ka Bohrovom modelu i kasnije kvantnoj mehanici.