Rutherfords Atommodell

Rutherfords Atommodell

Die moderne Physik und Chemie begann mit der Erkenntnis, dass es überhaupt Atome gibt. Auch wenn der Begriff Atom heute in unserer Alltagssprache fast allgegenwärtig ist, wissen die wenigsten, was ein Atom ist oder wie ein Atom aufgebaut ist.
Der berühmte Wissenschaftler Ernest Rutherford hat mit seiner Forschung wesentlich zur Beantwortung dieser Fragen beigetragen. In der folgenden Tabelle sind die Lebensdaten und die bedeutendsten Entdeckungen Rutherfords zusammengefasst:

Welches Modell hat Rutherford entwickelt? Was sagt das Atommodell von Rutherford aus? Und wie stellt sich Rutherford ein Atom vor? Die Antworten auf diese Fragen erfährst du in diesem Text.

Streuversuch und Atommodell von Rutherford

Rutherford wollte mit dem sogenannten Streuversuch herausfinden, wie Atome aufgebaut sind. Aus den Ergebnissen entwickelte er das Kern-Hülle-Modell.

Rutherford Streuversuch – Aufbau und Beobachtung

Rutherford spannte eine hauchdünne Goldfolie auf und beschoss sie mit sogenannten $\alpha$-Teilchen, das sind radioaktive Strahlen, die aus zwei Protonen und zwei Neutronen bestehen.
Die meisten $\alpha$-Teilchen wanderten ungehindert durch die Goldfolie. Nur wenige wurden seitlich abgelenkt oder zur Strahlenquelle zurückgeworfen.
Detektiert wurden die Teilchen auf einem um die Goldfolie verlaufenden Leuchtschirm. Goldfolie hat Rutherford verwendet, weil dieses Edelmetall sehr dünn ausgewalzt werden kann und Goldatome eine große Masse haben. Also optimale Eigenschaften für die Fragestellung, die Rutherford zur Durchführung des Streuversuchs veranlasst hat.

Der detaillierte Aufbau des Streuversuchs und das Atommodell von Rutherford sind in folgender Abbildung dargestellt:

Interpretation des Streuversuchs von Rutherford

Was hat Rutherford mit seinem Versuch bewiesen? Aus den Schlussfolgerungen der Ergebnisse des Streuversuchs entwickelte Rutherford sein Atommodell.
Demnach ist ein Atom kugelförmig aufgebaut. In der Mitte des Atoms befindet sich der Atomkern. Der Atomkern ist sehr klein, enthält jedoch fast die gesamte Masse des Atoms. Er ist positiv geladen.
Heute wissen wir, dass sich der Kern aus positiv geladenen Protonen und neutralen Neutronen zusammensetzt.

Wenn die $\alpha$-Teilchen im Streuversuch auf die Kerne treffen, werden sie abgelenkt oder reflektiert, also zurückgestreut.
Umgeben wird der Atomkern von der Atomhülle. In dieser befinden sich, in großem Abstand zum Kern, die nahezu masselosen, negativ geladenen Elektronen. Die Hülle besteht also zum großen Teil aus leerem Raum und kann im Streuversuch von den $\alpha$-Teilchen ungehindert passiert werden.
Das sind die Kernaussagen des von Rutherford entwickelten Atommodells, welches auch unter dem Namen Kern-Hülle-Modell bekannt ist.

Damit konnte er das sogenannte Rosinenkuchenmodell, auch bekannt als Thomsons Atommodell, widerlegen. Dieses bis dahin gültige Atommodell besagt, dass Atome aus einer positiv geladenen Masse bestehen, in der negativ geladene Elektronen wie Rosinen im Kuchen eingebettet sind.

Grenzen des Atommodells von Rutherford

Generell hat Rutherfords Atommodell auch heute noch Gültigkeit. Allerdings weist das Atommodell von Rutherford auch Probleme, Nachteile und Lücken auf.
Rutherford ging davon aus, dass die Elektronen um den Kern kreisen wie Planeten um die Sonne. Jede Bewegung erfordert Energie und so müssten die Elektronen ständig Energie abstrahlen. Dabei würden sie langsamer werden und irgendwann die Kreisbahn verlassen – sie würden in den Atomkern fallen. Diese Anschauung stellt eine Schwäche von Rutherfords Atommodells dar, denn das passiert schließlich nicht.

Eine Erklärung dafür lieferte der Physiker Niels Bohr, der das Atommodell nach Rutherford weiterentwickelte. Bohr entwickelte die Theorie, dass sich die Elektronen nur auf bestimmten Bahnen aufhalten können, die einer gewissen Energie entsprechen. Die Energiemengen in Portionen bestimmter Größe werden Quanten genannt. Das war die Geburtsstunde der Quantenphysik. Zwischen diesen beschriebenen Bahnen sind verbotene Bereiche. Außerdem stellte Bohr fest, dass die Elektronen keine Energie abstrahlen.

Zusammenfassung von Rutherfords Atommodell

Im Folgenden sind die zentralen Erkenntnisse von Rutherford bezüglich des Aufbaus von Atomen zusammengefasst:
Durch den Streuversuch konnte folgende Frage beantwortet und das Atommodell nach Rutherford entwickelt werden: Welche Bestandteile hat jedes Atom?

• Im Mittelpunkt des Atoms befindet sich der Atomkern. Fast die gesamte Masse ist im Atomkern vereint.
• Außerhalb des Atomkerns befinden sich die Elektronen, welche den Atomkern umkreisen. Die Elektronen machen den Hauptanteil des Volumens eines Atoms aus.

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