Physik compact, Basiswissen 8, Schulbuch

8 Einleitung Rutherfordmodell – der Atomkern Die Radioaktivität war nicht nur selbst Forschungsob- jekt, sondern wurde auch als Hilfsmittel der physika- lischen Forschung eingesetzt, etwa indem man mit Hilfe von Strahlung verschiedene Stoffe untersuchte. A1 Gib an, welches Streuergebnis du erwarten wür- dest, wenn man a -Teilchen an Atomen streut, die dem Thomson´schen Modell entsprechen! Begründe deine Meinung! Das Ergebnis der Streuung von a -Strahlen an Goldato- men war ziemlich überraschend, da es auch zu Rück- wärtsstreuungen kam. Die Messergebnisse waren mit dem Atommodell von Thomson nicht vereinbar. Die Interpretation der Messergebnisse durch Ernest Rutherford führte zu einem neuen Atommodell. B.3 Schon bei der Entwicklung des Rutherfordmodells war man sich mehrerer Probleme bewusst: • Das Wasserstoffatom müsste entgegen der Erfah- rung flach sein, da man annahm, dass das Elektron einer ebenen Bahn folgt. • Kreisende Elektronen erfahren andauernd eine Be- schleunigung, ebenso Elektronen auf einer Ellipsen- bahn. Beschleunigte Ladungen strahlen andauernd Energie ab. Die Elektronen müssten sich daher (in Bruchteilen einer Sekunde) auf einer spiralförmigen Bahn dem Kern nähern und das Atom wäre höchst instabil. Dies steht im krassen Gegensatz zur Stabi- lität der Materie. • Mit dem Atommodell von Rutherford kann man die Linienspektren der Atome nicht erklären (siehe Kap. D). A2 Begründe, warum das Rutherfordmodell mit dem Versuch von Rutherford, Geiger und Marsden im Ein- klang steht! A3 Schildere die Analogie zwischen Rutherfordatom und Planetensystem! A4 Wiederhole die Bahnformen von Satelliten und suche analoge Bahnen bei der Rutherfordstreuung und im Rutherfordatom! Worauf ist diese Analogie zu- rückzuführen? A5 Verschaffe dir Informationen über Geiger, Mars- den und Rutherford! A6 Wiederhole die Stoßgesetze! Begründe mit den Stoßgesetzen das Ergebnis des Versuchs von Ruther- ford. Abb. 8.1 Versuch von Rutherford: Geiger und Marsden beschossen dünne Goldfolien (Dicke ≈ 10 3 Atomschichten) mit a -Teilchen und beobachteten die Ablenkung der a -Teilchen an den Goldatomen. Etwa jedes zehntausendste Teilchen erleidet eine Rückwärtsstreuung. Beobachtungseinrichtung (Leuchtschirm, Mikroskop) gestreutes α -Teilchen Streuwinkel Goldfolie radioaktive Quelle α -Strahlung Atomkern: Durchmesser ≈ 10 –14 m, elektrisch positiv, mehr als 99,9% der Atommasse Elektronen bewegen sich auf Ellipsenbahnen (Durch- messer ≈ 10 –10 m) um den Kern. Rutherfordmodell Abb. 8.2 Das „Rutherfordatom“ entspricht einemmikrosko- pischen Planetensystem. Elektron Kern Abb. 8.3 Ernest Rutherford (rechts) erhielt 1908 den Nobel- preis für Chemie. (Links J. J. Thomson siehe S. 6) + BW8/S10 BW5/S73 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv