Πώς ξέρουμε ότι τα άτομα αποτελούνται από μικρό πυκνό θετικό πυρήνα;
1. Πείραμα χρυσού αλουμινίου του Rutherford (1911):
* Η εγκατάσταση: Ο Ernest Rutherford σκηνοθέτησε μια δέσμη σωματιδίων άλφα (θετικά φορτισμένα) σε ένα λεπτό φύλλο χρυσού φύλλου.
* Η προσδοκία: Με βάση το μοντέλο "Plum Pudding" (το οποίο πρότεινε ένα διάχυτο θετικό φορτίο με ηλεκτρόνια διάσπαρτα σε όλη την έκταση), τα περισσότερα σωματίδια άλφα θα πρέπει να περάσουν κατευθείαν μέσω του φύλλου ή να εκτρέφονται ελαφρώς.
* Η πραγματικότητα: Τα περισσότερα σωματίδια πέρασαν, αλλά μερικά εκτρέπονται σε μεγάλες γωνίες, και μερικοί ακόμη και αναπήδησαν πίσω προς την πηγή!
* Το συμπέρασμα: Οι απροσδόκητες παραμορφώσεις έδειξαν ότι τα χρυσά άτομα περιείχαν μια μικροσκοπική, πυκνή, θετικά φορτισμένη περιοχή στο κέντρο - τον πυρήνα. Οι μεγάλες παραμορφώσεις προκλήθηκαν από σωματίδια άλφα που έπληξαν αυτόν τον πυρήνα.
2. Ατομικά φάσματα:
* Παρατηρήσεις: Όταν τα άτομα θερμαίνονται ή διεγείρονται, εκπέμπουν φως σε συγκεκριμένα μήκη κύματος, δημιουργώντας ένα χαρακτηριστικό φάσμα.
* Επεξήγηση: Τα ηλεκτρόνια σε ένα άτομο μπορούν να καταλαμβάνουν μόνο συγκεκριμένα επίπεδα ενέργειας. Όταν ένα ηλεκτρόνιο πηδάει από υψηλότερο επίπεδο ενέργειας σε χαμηλότερο, εκπέμπει ένα φωτόνιο φωτός με συγκεκριμένη ενέργεια (και έτσι μήκος κύματος).
* Συνέπειες: Αυτό επιβεβαιώνει την ύπαρξη κβαντισμένων επιπέδων ενέργειας εντός του ατόμου, υποδηλώνοντας μια δομημένη και καθορισμένη διάταξη ηλεκτρονίων γύρω από τον πυρήνα.
3. Φασματομετρία μάζας:
* Αρχή: Η φασματομετρία μάζας διαχωρίζει τα ιόντα με βάση την αναλογία μάζας προς φόρτιση.
* Αποτελέσματα: Η φασματομετρία μάζας αποκαλύπτει ότι τα άτομα του ίδιου στοιχείου μπορούν να έχουν διαφορετικές μάζες (ισότοπα). Η ύπαρξη ισοτόπων υποδεικνύει την παρουσία ενός πυκνού, θετικά φορτισμένου πυρήνα (του πυρήνα) όπου συγκεντρώνονται πρωτόνια.
4. Ραδιενεργή αποσύνθεση:
* alpha εκπομπή: Η εκπομπή των σωματιδίων άλφα (πυρήνων ηλίου) από ραδιενεργά άτομα είναι μια άμεση ένδειξη ενός θετικά φορτισμένου πυρήνα.
* Βήτα εκπομπή: Η εκπομπή βήτα σωματιδίων (ηλεκτρόνια) παρέχει επίσης στοιχεία για έναν πυρήνα, καθώς αυτά τα σωματίδια εκτοξεύονται από τον πυρήνα κατά τη διάρκεια της ραδιενεργού αποσύνθεσης.
5. Πυρηνικές αντιδράσεις:
* σύντηξη: Ο συνδυασμός ατομικών πυρήνων για να σχηματίσει βαρύτερους πυρήνες (όπως στα αστέρια) απαιτεί την υπέρβαση της ηλεκτροστατικής απόρριψης, υπογραμμίζοντας το θετικό φορτίο του πυρήνα.
* σχάση: Η διάσπαση ενός πυρήνα σε ελαφρύτερους πυρήνες απελευθερώνει τεράστιες ποσότητες ενέργειας, υποδεικνύοντας και πάλι έναν σφιχτά δεσμευμένο, θετικά φορτισμένο πυρήνα.
Συνοπτικά: Ο συνδυασμός πειραματικών στοιχείων από το πείραμα του Rutherford, τα ατομικά φάσματα, η φασματομετρία μάζας, η ραδιενεργή αποσύνθεση και οι πυρηνικές αντιδράσεις αποδεικνύει πειστικά ότι τα άτομα διαθέτουν έναν μικρό, πυκνό, θετικά φορτισμένο πυρήνα.
