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Rutherford Atommodell

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Rutherford Atommodell

Das Rutherfordsche Atommodell ist ein Modell zum Aufbau eines Atoms, welches auch die heutige Vorstellung vom Atomaufbau prägte. Das Rutherfordsche Atommodell begründete als erstes Modell die Existenz des Atomkerns, der aus positiven Protonen besteht und beinahe die gesamte Masse des Atoms enthält.

Die Geschichte des Rutherfordschen Atommodells

Das Rutherfordsche Atommodell wurde 1909 bis 1911 von Ernest Rutherford aufgestellt.

Es baute auf das 1904 entwickelte Thomsonsche Atommodell auf. Dieses Atommodell basiert noch auf der Vorstellung von gleichmäßig verteilten Protonen, zwischen denen sich Elektronen bewegen.

Das Rutherfordsche Atommodell war schließlich selbst die Grundlage für das 1913 aufgestellte Bohrsche Atommodell. Bohr stellte die Annahme der Atomhülle mit unterschiedlichen Energiestufen auf.

Der Rutherfordsche Streuversuch

Der Nachweis der Existenz eines Atomkerns aus Protonen, der die gesamte Masse des Atoms besitzt, geschah durch den Rutherfordschen Streuversuch.

1909 führte Ernest Rutherford gemeinsam mit seinen Mitarbeitern Hans Geiger und Ernest Marsden diesen Versuch durch, um das damals bestehende Thomsonsche Atommodell zu prüfen.

Beim ersten Versuch des Rutherfordschen Streuversuch wurden energiereiche Alpha-Teilchen von Wismut-214 auf eine Platinplatte gerichtet. Die Reaktion der Alpha-Teilchen konnte nicht mit der ursprünglichen Vorstellung vom Atombau nach dem Thomsonschen Atommodell erklärt werden. In weiteren Versuchen wurden schließlich erneut Alpha-Teilchen in einem Vakuum auf dünne Folien aus unterschiedlichen Metallen, wie etwa Gold, geleitet. Dabei untersuchte man die Ablenkungswinkel der Teilchen zwischen 15 und 170 Grad und deren Häufigkeit.

Der Aufbau des Rutherfordschen Streuversuchs

Rutherford und seine Mitarbeiter befüllten für ihren Streuversuch einen Bleibehälter mit radioaktiven Atomen. Aus einer Öffnung an einer Seite konnte die Strahlung entweichen.

Damit ausschließlich Alpha-Teilchen beim Versuch gemessen werden konnten, wurde der aus dem Behälter kommende Strahl durch ein elektrisches Feld gelenkt. Die negativen Beta-Teilchen bewegen sich zur positiven Pol und die positiven Alpha-Teilchen zur negativen Pol. Die Gammastrahlung wird dagegen nicht durch das elektrische Feld beeinflusst.

Somit konnte die Alphastrahlung gezielt auf die Metallfolie gerichtet werden. Da die Goldfolie von einem Leuchtschirm umgeben war, hinterließen einschlagende Alpha-Teilchen sichtbare Punkte und erzeugten Lichtblitze.

Erwartung und Realität des Rutherfordschen Streuversuchs

Die erwartete Reaktion der Alpha-Teilchen bei diesem Versuch blieb aus. Der größte Anteil an Alpha-Teilchen sollte an der Goldfolie reflektiert werden und den Leuchtschirm auf der anderen Seite nicht erreichen.

In der Realität gelangten jedoch die meisten Alpha-Teilchen durch die Folie und nur circa jedes zehn-tausendste Teilchen wurde abgelenkt. Je nach Größe des Ablenkwinkels wurden dabei die Ablenkung seltener.

Durch den Rutherfordschen Streuversuch konnte somit die Vorstellungen des Thomsonschen Atommodells widerlegt und ein neues Atommodell begründet werden.

Der Aufbau des Rutherfordschen Atommodells

Aus dem Rutherfordschen Streuversuch leitete Ernest Rutherford eine Streuformel ab.

Auf dieser beruht die Vorstellung zum Aufbau des Rutherfordschen Atommodells:

Streufromel Rutherford Atommodell StudySmarter

Wenn ein Atom einen Kern besitzt, der nicht größer als 1/3000 des Atomradius ist und eine elektrische Ladung der chemischen Ordnungszahl des Atoms besitzt, lässt sich die Häufigkeit großer Ablenkwinkel erklären.

Aussagen zu den Elektronen ließen sich durch den Streuversuch nur schwer treffen.

Jedoch besagt das Rutherfordsche Atommodell, dass die Hülle des Atoms hauptsächlich aus leerem Raum besteht, welcher mit Elektronen befüllt ist. Durch die gleiche Anzahl an Protonen und Elektronen ist das Atom nach außen elektrisch neutral.

Der Aufbau des Rutherfordschen Atommodells begründet perfekt die Vorgänge des Streuversuchs.

Aufgrund des großen freien Raums in einem Atom können die Alpha-Teilchen die Goldfolie problemlos durchdringen. Wenn ein Alpha-Teilchen jedoch in die Nähe des positiv geladenen Atomkerns gelangt, wird das positive Alpha-Teilchen abgelenkt.

Zusammengefasst lässt sich also sagen:

  • Der größte Anteil der Masse eines Atoms liegt in seinem Atomkern.
  • In der Atomhülle bewegen sich die negativen Elektronen, welche die positive Ladung der Protonen im Kern ausgleichen.
  • Ein Großteil des Atoms besteht aus leerem Raum.

Die Schwächen des Rutherford Atommodells

Der Rutherfordsche Streuversuch wird durch das Rutherfordsche Atommodell komplett begründet. Nach heutigen Kenntnissen gibt es dennoch Schwächen des Modells.

Wenn von der Darstellung der Elektronen um den Atomkern im Rutherfordschen Atommodell ausgegangen werden würde, würden sich die Elektronen wie im Planetensystem um den Kern herum in unterschiedlichen, beliebigen Bahnen bewegen. Daher wird das Rutherfordsche Atommodell auch als Planetenmodell bezeichnet.

Eine kreisende Ladung würde sich beschleunigen und damit Energie abgeben. Somit könnten die Bahnen nicht stabil bleiben und das Elektron würde mit dem Kern zusammenprallen. Bei diesem Zusammenprall würden elektromagnetische Wellen erzeugt werden, was allerdings noch nie beobachtet wurde.

Auch die Entstehung von diskreten Spektrallinien bei Gasen kann durch das Rutherfordsche Atommodell nicht begründet werden.

Bereits nach kurzer Zeit war klar, dass das Rutherfordsche Atommodell noch nicht alle Aspekte des Atomaufbaus erklären konnte. Die Schwächen des Rutherfordschen Atommodells wurden daher in darauffolgenden Atommodellen, wie dem Bohrschen Atommodell und dem heutigen Orbitalmodell herausgearbeitet.

Rutherfordsches Atommodell – Alles Wichtige auf einen Blick!

  • Das Rutherfordsche Atommodell erklärt die Existenz des Atomkerns, der aus positiven Protonen besteht und beinahe die gesamte Masse des Atoms enthält.
  • Das Rutherfordsche Atommodell baut auf dem Thomsonschen Atommodell auf und ist der Vorreiter des Bohrschen Atommodells.
  • Durch den Streuversuch wurde das Rutherfordsche Atommodell begründet.
  • Beim Rutherfordschen Streuversuch wurden Alpha-Teilchen auf eine sehr dünne Goldfolie geleitet und deren Ablenkungshäufigkeit beobachtet.
  • Aus dem Streuversuch leitete sich die Rutherfordsche Streuformel ab, mit der die Existenz des Atomkerns begründet wurde.
  • Laut dem Rutherfordschen Atommodell besteht das Atom aus einer größtenteils leeren Hülle, in der sich die Elektronen bewegen.
  • Die negativen Elektronen gleichen die positive Ladung der Elektronen aus.
  • Das Rutherfordsche Atommodell kann nicht erklären, weshalb die Bahnen der Elektronen stabil bleiben und das Elektron nicht in den Atomkern fällt.
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