Atommodelle: Rutherford

Anfang des 20.Jahrhunderts experimentierte Ernest Rutherford, wie viele andere Wissenschaftler, mit radioaktiven Strahlen. 1908 fand er heraus, dass es sich bei α-Strahlung um positiv geladene Heliumkerne (He2+) handelt. Mit diesen α-Teilchen beschoss er verschiedene Metallfolien, die von den Strahlen leicht durchdrungen werden konnten. Mit Goldfolie testete Rutherford, ob die α-Teilchen nicht doch durch die Atome der Folie abgelenkt werden könnten.

Im Versuchsaufbau sollten von der Goldfolie abgelenkte α-Teilchen auf einen mit Zinksulfid beschichteten Schirm unter dem Mikroskop zu erkennen sein. Man betrachtete und zählte Lichtblitze, die dadurch entstehen, dass α-Teilchen auf die Schicht treffen, die dadurch zur Fluoreszenz angeregt wird. Einer von Rutherfords Mitarbeitern, Hans Geiger, der später durch die Erfindung des Geigerzählers noch zu weiterem Ruhm kommen sollte, machte nach tausenden Durchläufen unerwartete Beobachtungen: Viele Alphateilchen gingen gerade durch die Folie hindurch, allerdings wurden auch einige Teilchen zur Seite abgelenkt. Jedes zehntausendste Teilchen wurde sogar direkt auf den Teilchenstrahler zurückgeworfen.

Rutherford folgerte aus den Ergebnissen des Experiments, dass Atome einen positiven Kern haben müssten, der die positiven α-Teilchen ablenke. Das viele Teilchen nicht abgelenkt wurden, sondern einfach durch die Folie hindurch gingen, führte er auf einen immensen freien Abstand zwischen dem relativ schweren Atomkern und den leichten Elektronen in der Atomhülle zurück, durch den die α-Teilchen ungehindert hindurch fliegen konnten. Er stellte ein neues Modell auf, das Aussagen über den Zustand in Atomen machte.

Das Atom hat nach diesem Modell einen schweren, positiven Atomkern, der jedoch nur einen geringen Teil des gesamten Atomvolumens ausmacht. In einem großen Raum um den Kern herum kreisen in schneller Bewegung die Elektronen. [Bild 1]

Heute können wir das durch genaue Größenangaben untermauern. Die Größe des Atomkerns liegt durchschnittlich bei ungefähr einem Femtometer (1fm = 10-15m). Das gesamte Atom hat einen Durchmesser von 100-400 Picometer (1pm = 10-12m) und ist damit etwa 100,000mal größer als sein Kern. Stellt man sich ein Wasserstoffatom auf die Größe eines Fußballstadions vergrößert vor, so entspräche die Größe des Atomkerns der einer Fliege auf dem Anstoßpunkt. Das Elektron in der Atomhülle ist noch 1836mal kleiner als die Fliege in unserem Vergleich, bzw. 1836 kleiner als ein Proton im Atomkern.

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