Ράδερφορντ Ατομική Θεωρία

Κατά τη διάρκεια του αγώνα για την εύρεση του σωστού μοντέλου που θα μπορούσε να αντιπροσωπεύει την ατομική δομή, ήρθαν πολλοί επιστήμονες και ο δεύτερος ανάμεσά τους ήταν ένας φυσικός από τη Νέα Ζηλανδία ονόματι Ernest Rutherford.

Ο Ράδερφορντ έκανε ξανά τις μελέτες του σε σχέση με το μοντέλο Thomson και γι' αυτό δεν μπορούσε να συμφωνήσει πολύ, έτσι αποφάσισε να κάνει τα δικά του πειράματα και έρευνες για να δώσει τα αποτελέσματα για το πώς υπάρχει βασικά η ατομική δομή στη φύση.

Πείραμα Geiger-Marsden   

Στόχος:Διερεύνηση της δομής του ατόμου

Απαιτήσεις:Μικροσκόπιο, λεπτό κομμάτι φύλλου χρυσού, φωσφορίζουσα οθόνη 360 μοιρών θειούχου ψευδαργύρου και πηγή ραδιενεργού Άλφα.

Διαδικασία: 

1. Τοποθετήστε το λεπτό φύλλο χρυσού φύλλου ανάμεσα στις 360 μοίρες.
2. Φωσφορίζουσα οθόνη θειούχου ψευδαργύρου και η πηγή Alpha.
3. Στρέψτε τα σωματίδια Άλφα που δημιουργούνται από το ραδιενεργό στοιχείο, στο κομμάτι του φύλλου χρυσού.
4. Αφήστε τα σωματίδια Άλφα να εκπέμπονται από την πηγή Άλφα ως ανιχνευτές για να χτυπήσουν το φύλλο χρυσού πάχους 100 nm.
5. Παρατηρήστε συχνά με τη βοήθεια μικροσκοπία στα διάφορα μέρη της οθόνης και αναζητήστε μικρές λάμψεις φωτός.
6. Σημειώστε τις διαφορετικές γωνίες στις οποίες ανακλάται η δέσμη των σωματιδίων Άλφα.

Παρατήρηση:

Μπορεί να παρατηρήσετε τρεις διαφορετικούς τύπους παρατηρήσεων:-

• Πρώτα απ 'όλα θα δείτε μερικά από τα σωματίδια Άλφα που ξεπερνούν το φύλλο χρυσού πάχους 100 nm ως έχει και χτυπούν την φωσφορίζουσα οθόνη.
• Αυτό το είδος σωματιδίων Άλφα θα είναι σε μεγάλες ποσότητες.
• Η δεύτερη παρατήρηση θα είναι ότι μερικά από τα σωματίδια Άλφα ανακλώνται από το φύλλο χρυσού σχηματίζοντας οξείες γωνίες.
• Αυτό θα είναι μικρότερο σε ποσότητα.
• Η τελευταία αλλά όχι η ελάχιστη παρατήρηση θα είναι ότι λίγα σωματίδια Άλφα θα χτυπήσουν το φύλλο χρυσού και θα ανακληθούν προς τα πίσω σχηματίζοντας μια αμβλεία γωνία και μερικά από αυτά θα σχηματίσουν επίσης περίπου 180 μοίρες.

Αποτέλεσμα:

• Από την παραπάνω παρακολούθηση συνήχθη το συμπέρασμα ότι τα σωματίδια που πέρασαν κατά μήκος του φύλλου παρατήρησαν ότι το άτομο ήταν ως επί το πλείστον άδειο.
• Όμως τα σωματίδια που εκτρέπονταν σε μικρή ποσότητα που δημιουργεί μια οξεία γωνία υποδεικνύουν ότι ήταν θετικά φορτία στο άτομο που δεν ήταν ομοιόμορφα κατανεμημένα και το ίδιο έκαναν μεγάλο σημείο ανάκλασης στο ότι τα θετικά φορτία υπήρχαν μέσα στο άτομο αλλά σε πολύ μικρή ποσότητα (με συμπυκνωμένο τρόπο).
• Με αυτό επεσήμανε ότι το υψηλό κεντρικό φορτίο υπήρχε σε έναν πολύ λεπτό όγκο σε σύγκριση με το υπόλοιπο άτομο και μέσω αυτού έδωσε τη γνώση για τον πυρήνα, δείχνοντάς τον ως ένα κεντρικό φορτίο που είναι μικροσκοπικό σε μέγεθος και βαρύ .

Δομή του ατομικού μοντέλου που προτάθηκε από τον Ράδερφορντ

Τα σωματίδια κατιόντων και το μεγαλύτερο μέρος της μάζας ενός ατόμου εστιάστηκαν σε έναν εξαιρετικά μικρό όγκο. Αναφέρθηκε σε αυτή τη θέση του ατόμου ως ένα είδος κεντρικού φορτίου με μεγάλο τρόπο.

Το μοντέλο Rutherford πρότεινε ότι τα αρνητικά φορτισμένα είδη περιβάλλουν σίγουρα το είδος του κεντρικού φορτίου ενός ατόμου, το οποίο ως επί το πλείστον είναι αρκετά σημαντικό. Ισχυρίστηκε επίσης ότι τα ηλεκτρόνια που περιβάλλουν τον πυρήνα περιστρέφονται γύρω από αυτόν.

Τα ηλεκτρόνια  που είναι αρνητικά φορτισμένα και το κέντρο του ατόμου είναι μια μάζα θετικού φορτίου, συγκρατούνται μαζί χρησιμοποιώντας μια ισχυρή ηλεκτροστατική δύναμη έλξης, η οποία ως επί το πλείστον είναι πολύ σημαντική για να εξηγήσει πώς τα ηλεκτρόνια και το κεντρικό φορτίο αποκτούν βιώσιμο υπόλοιπο.

Περιορισμοί     

1. Η πρόταση του Rutherford για τις τροχιές στις οποίες τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από το κεντρικό φορτίο, δεν βρέθηκε να είναι σύμφωνη με τη θεωρία του Maxwell.
2. Επίσης, δεν ήταν δυνατός ο ορισμός της θέσης των ηλεκτρονίων στο άτομο.

Συμπέρασμα      

Ένας φυσικός από τη Νέα Ζηλανδία ονόματι Ράδερφορντ πειραματίστηκε ξανά στην ατομική δομή όταν δεν μπόρεσε να συμμορφωθεί με το Ατομικό Μοντέλο Thomson, έδωσε το δικό του Μοντέλο που αποδείχθηκε ότι ήταν η βάση για έρευνα σχετικά με τη δομή του μοντέλου, αλλά αντιμετώπισε ορισμένους περιορισμούς που υπερνικήθηκαν αργά από διαφορετικούς επιστήμονες, όπως η σταθερότητα και η θέση των ηλεκτρονίων στο αντίστοιχο άτομο.

Τρεις απλοί δεσμοί C-C με μήκος δεσμού 1,54 Α και τρεις διπλοί δεσμοί C=C με μήκος δεσμού 1,34 Α βρίσκονται στις προαναφερθείσες δομές (Ι) και (ΙΙ). Ωστόσο, ανακαλύφθηκε ότι και οι έξι δεσμοί άνθρακα και άνθρακα είναι πανομοιότυποι και ανακαλύφθηκε ένας ενδιάμεσος δεσμός C-C και C+C 1,39 A. Η κακή αντιδραστικότητα του αλογόνου στο βρωμιούχο βινύλιο μπορεί να εξηγηθεί περαιτέρω από τα φαινόμενα συντονισμού.

Η ενέργεια συντονισμού είναι η διαφορά μεταξύ του πραγματικού μορίου και της πιο σταθερής κανονικής μορφής.

Εφαρμογή εφέ συντονισμού 

Η υψηλή χρησιμότητα της θεωρίας συντονισμού και η αξία της προέρχεται από το γεγονός ότι διατηρεί την απλή και απλοϊκή μορφή της δομικής αναπαράστασης.

• Σταθερότητα του καρβοκατιόντος 

Το καρβοκατιόν που συζεύγει ένα θετικό φορτίο με έναν διπλό δεσμό τείνει να είναι πιο σταθερό. Το αλλυλικό καρβοκατιόν είναι πιο σταθερό από το συγκρίσιμο κατιόν αλκυλίου λόγω της δομής συντονισμού. Οι δομές συντονισμού σχηματίζονται όταν τα αρνητικά ηλεκτρόνια των συζευγμένων διπλών δεσμών αποεντοπίζονται, γεγονός που αυξάνει τη σταθερότητά τους. Η σταθερότητα θα είναι μεγάλη εάν η δομή συντονισμού είναι μεγάλη.

• Carbanion της σταθερότητας 

Η διαθεσιμότητα διπλών δεσμών ή ενός αρωματικού δακτυλίου θα ενισχύσει τη σταθερότητα του ανιόντος γύρω από το αρνητικά φορτισμένο άτομο λόγω του συντονισμού.

Ένα σημείο που πρέπει να σημειωθεί:όσο μεγαλύτερη είναι η δομή συντονισμού, τόσο πιο σταθερή θα είναι.

Λόγω του συντονισμού, το αρνητικό φορτίο στο βενζυλοκαρβανιόν διασκορπίζεται σε επιπλέον άτομα άνθρακα, καθιστώντας το πιο σταθερό από το ανθρακικό αιθυλεστέρα.

• Σταθερότητα ελεύθερων ριζών 

Λόγω της αποπόλωσης των μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων σε όλο το σύστημα, οι απλές ρίζες αλκυλίου είναι λιγότερο σταθερές αλλυλικές και βενζυλικές μορφές ελεύθερων ριζών.

Μεσομερές αποτέλεσμα έναντι εφέ συντονισμού 

• Το φαινόμενο συντονισμού μπορεί να οριστεί ως η διαδικασία κατά την οποία δύο ή περισσότερες δομές μπορούν να γραφτούν για την πραγματική δομή ενός μορίου, αλλά καμία από αυτές δεν εξηγεί πλήρως όλα τα χαρακτηριστικά των μορίων. Οι υποκαταστάτες ή οι λειτουργικές ομάδες σε ένα χημικό μόριο προκαλούν το μεσομερικό φαινόμενο, που συμβολίζεται με το γράμμα M.  
• Η μετεγκατάσταση ηλεκτρονίων σε ένα σύστημα είναι γνωστή ως συντονισμός, ενώ το μεσομερικό φαινόμενο είναι γνωστό ως φαινόμενο συντονισμού. Είναι μια μακροπρόθεσμη επίδραση που είναι αξιόπιστη στους υποκαταστάτες ή στις λειτουργικές ομάδες μιας χημικής ένωσης.
• Η ομάδα +R (απελευθέρωση ηλεκτρονίων) είναι ίση με το φαινόμενο +M, ενώ η ομάδα –R (έλξη ηλεκτρονίων) είναι ίση με το φαινόμενο –M.

Αρχή του συντονισμού 

• Ο πιο θεμελιώδης συντονισμός είναι αυτός που δημιουργείται με τη μικρότερη φόρτιση.
• Ο συντονισμός μιας πλήρους οκτάδας είναι πιο ουσιαστικός από εκείνον μιας μερικής οκτάδας. Οι πιο βασικές μορφές είναι εκείνες στις οποίες τα θετικά φορτία λειτουργούν στο λιγότερο ηλεκτραρνητικό άτομο.
• Η δομή συντονισμού με τον μεγαλύτερο ομοιοπολικό δεσμό είναι η πιο σημαντική.

Εφέ συντονισμού έναντι επαγωγικού εφέ 

• Ένα επαγωγικό φαινόμενο εμφανίζεται όταν η πόλωση ενός συνδέσμου προκαλείται από έναν άλλο σύνδεσμο. Από την άλλη πλευρά, το φαινόμενο συντονισμού εμφανίζεται όταν δύο ή περισσότερες δομές μπορούν να περιγραφούν για μόρια, αλλά καμία δεν μπορεί να περιγράψει όλα τα χαρακτηριστικά ενός μορίου από μόνη της.
• Η διαφορά στην ηλεκτραρνητικότητα μεταξύ δύο ατόμων σε έναν δεσμό επηρεάζει άμεσα το επαγωγικό αποτέλεσμα, ενώ ο αριθμός των δομών συντονισμού επηρεάζει τη σταθερότητα.

Εμφάνιση συντονισμού 

• Ένας δεσμός pi συζευγμένος με τον άλλο δεσμό pi
• Ένας δεσμός pi συζευγμένος με αρνητικό φορτίο
• Ένας δεσμός pi με θετικό φορτίο συζευγμένο με αυτόν 
• Ένα αρνητικό φορτίο συζευγμένο με το μοναχικό ζεύγος ή ένα θετικό φορτίο συζευγμένο με ένα μοναχικό ζεύγος 
• Ένας δεσμός pi συζευγμένος με ένα μοναχικό ζεύγος ή μια ελεύθερη ρίζα

Συμπέρασμα 

Στη χημεία, ο συντονισμός είναι ένα ενδομοριακό ηλεκτρικό φαινόμενο στο οποίο αλλάζει η θέση ενός δεσμού (των) pi ή ενός μη δεσμευτικού ηλεκτρονίου (ονομάζεται επίσης δεσμός σίγμα). Σε αυτήν τη διαδικασία, ωστόσο, η θέση ενός ατόμου αλλάζει τροποποιώντας τη θέση των ηλεκτρονίων pi ή τη θέση των μη δεσμευτικών ηλεκτρονίων.

Ο συντονισμός είναι μια ιδιότητα των οργανικών ενώσεων. Στην οργανική χημεία, τα μετατοπισμένα ηλεκτρόνια μέσα σε μια συγκεκριμένη ένωση όταν μια μεμονωμένη δομή Lewis δεν εκφράζει τον δεσμό αναφέρονται ως συντονισμός. Για την απεικόνιση μετατοπισμένων ηλεκτρονίων σε ένα ιόν ή μόριο, μπορούν να χρησιμοποιηθούν διάφορες δομές γνωστές ως συντονισμός.