Das Rutherfordsche Atommodell

Bis zur Entdeckung des Elektrons war man mit der Annahme ausgekommen, die Atome seien massive, wenn nicht überhaupt völlig undurchdringliche kleine Kügelchen. Besonders die Eigenschaften der Gase schienen dies zu beweisen. Hier verhalten sich die Atome wie harte elastische Kugeln, die bei ihrer gegenseitigen Bewegung fortgesetzt zusammenprallen und dabei vollkommen den Gesetzen des elastischen Stosses folgen.

Dieser Ansicht stellten sich aber Beobachtungen entgegen, die 1891 zuerst von Heinrich Hertz gemacht wurden. Katodenstrahlen, also schnell bewegte Elektronen, können dünne Metallfolien durchdringen, müssen also imstande sein, das Innere von Atomen zu durchdringen. Sein Schüler Lenard kam durch genaues Studium der dabei auftretenden Streuerscheinungen 1903 zu dem Ergebnis, dass jedes Atom aus einem sehr kleinen Kern bestehen müsse, der von einer ziemlich lockeren Hülle von Elektronen umgeben ist. In diesem Kern müßte die positive Ladung sitzen, die der negativen Ladung der Hülle das elektrische Gleichgewicht hält.

Weitere Klarheit über die innere Stuktur der Atome brachte jedoch erst ein Ereignis, das die ungeahnte Fülle neuartiger Erscheinungen ans Tageslicht brachte: die Entdeckung des Radium und der radioaktiven Strahlung im Jahre 1898. Auch von anderen Seiten her kam in dieser Zeit der Jahrhundertwende viel Neues hinzu, das die bisherigen Kenntnisse von den Atomen gewaltig erweiterte. Die Atomistik wurde zur wohlausgebauten Atomtheorie. Als ihren Vater darf man wohl den englischen Physiker Ernest Rutherford ansehen.

1911 führten er und seine Schüler ähnliche Versuche durch wie Lenard, verwendeten aber die von radioaktiven Stoffen ausgehende a-Strahlung.

Die Messungen ergaben einen Kerndurchmesser in der Größenordnung von 10^-15 m. Nahezu die gesamte Masse des Atoms ist in diesem winzigen Kern konzentriert. Eine einfache Rechnung ergibt dann, dass die Dichte der Kernmasse den unvorstellbaren Wert von 2*10¹⁷ g/cm³ haben muss. Das sind 200 Millionen Tonnen je Kubikcentimeter (ein Würfel von 1 cm mal 1 cm).

Man kann versuchen sich von den Größenverhältnissen ein Bild zu machen. Angenommen, der Kern habe den Durchmesser einer Erbse. Dann würden die Elektronen (ebenfalls von dieser Größe) in einem Abstand von einem viertel Kilometer zu finden sein. (oder anders eine Perle mit dem Durchmesser von 3 mm gegen die Kugel des Berliner Fernsehturms (Durchmesser 32 m).

Der Atomkern ist aus Protonen und Neutronen aufgebaut. Diese Kernbausteine sind wiederum aus Quarks aufgebaut. Die Zahl der positiv geladenen Kernbausteine (Protonen) ist gleich der Zahl der Elektronen in der Hülle bei einem neutralen Atom. Die Neutronen sind elektrisch neutral geladene Teilchen...

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