Atoommodel van Rutherford

Het atoommodel van Rutherford is een atoommodel opgesteld door en genoemd naar de in Nieuw-Zeeland geboren natuurkundige Ernest Rutherford (1871–1937). In de originele bewoording klinkt:

For concreteness, consider the passage of a high speed α particle through an atom having a positive central charge N e, and surrounded by a compensating charge of N electrons.^[1]

Volgens Rutherford bestaat een atoom uit een kleine centrale positieve lading (nu atoomkern genoemd) die het gros van de massa van het atoom bevat, en daaromheen de elektronen. Het is een erg rudimentair beeld van een atoom dat tot de dag van vandaag als correct wordt aanzien.

Hans Geiger en Ernest Marsden gebruikten in 1909 ioniserende straling om het atoom te onderzoeken. Ze richtten een straal van alfadeeltjes (He²⁺) met een snelheid van ca. 10 % van de lichtsnelheid op een dunne goudfolie, en stelden vast dat een groot deel, zo'n 99,99 %, van de alfadeeltjes de goudfolie ongehinderd kon passeren. Een zeer klein deel echter, de resterende 0,01 %, werd afgebogen onder een hoek of zelfs volledig teruggekaatst. Op basis van deze experimenten stelde Rutherford een atoommodel op, waarin hij het atoom omschreef als een positief geladen kern met daaromheen een aantal elektronen. In 1911 publiceerde hij zijn verklaring voor de resultaten van het Geiger-Marsden-experiment. In 1920 werd, eveneens door Rutherford, de positieve lading toegeschreven aan protonen in de kern.

Het atoommodel van Rutherford verving definitief atoommodel van Thomson. Dat een atoom bestaat uit een positieve puntlading (de kern) met met daarin protonen en daarbuiten een 'wolk' van negatieve elektronen wordt immers tot op heden als juist beschouwd. Rutherford deed geen uitspraak over de structuur van deze elektronenwolk, maar verwees wel naar de saturnische banen zoals beschreven door Hantaro Nagaoka.

Rutherfords atoommodel kan geen verklaring geven voor het bestaan van discrete lijnen in atomaire spectra. Bovendien zouden elektronen in banen rond de kern volgens de elektromagnetische theorie van Maxwell elektromagnetische straling moeten uitzenden en daarbij energie verliezen. Deze straling werd niet waargenomen en bovendien zou deze strijdig zijn met de wet van energiebehoud. Het atoommodel van Bohr, gebaseerd op de oude kwantumtheorie, was de eerste die een verklaring gaf voor de spectraallijnen door aan de elektronen in een atoom een aantal discrete energieniveaus toe te kennen, maar ook in het model van Bohr blijft onverklaard dat elektronen geen straling uitzenden; Bohr postuleerde dit eenvoudigweg. De theorie van Erwin Schrödinger zal in 1925 het model van Bohr verwerpen en het model van Rutherford verfijnen en de structuur van de elektronenwolk beschrijven zoals we deze vandaag kennen..