MINT lernen

Rutherfords Streuversuch

Rutherford schoss winzige Geschosse auf Goldfolie — und einige kamen zurück, als wären sie an einer Wand abgeprallt.

1

Beschuss einer Goldfolie

Ernest Rutherford ließ 1909–1911 von Hans Geiger und Ernest Marsden eine hauchdünne Goldfolie mit α-Teilchen beschießen.

  • Quelle:radioaktives Radium in einem Bleiblock; nur ein schmaler Strahl kommt heraus.
  • α-Teilchen:sehr schnell, zweifach positiv geladen, rund 7000-mal so schwer wie ein Elektron.
  • Goldfolie:nur etwa 0,0004 mm dick — trotzdem rund 1000 Atomlagen übereinander.
  • Leuchtschirm:Zinksulfid-Schirm rund um die Folie; jeder Treffer erzeugt einen Lichtblitz, der gezählt wird.
  • Erwartung:Nach Thomsons „Rosinenkuchen-Modell“ ist die positive Ladung gleichmäßig im Atom verteilt — alle α-Teilchen müssten fast gerade durchfliegen.

Starte den Beschuss mit ▶ und zähle mit, wohin die α-Teilchen fliegen. Ziele danach mit dem Regler gezielt dicht an einem Kern vorbei — und vergleiche mit Thomsons Modell.

α-Teilchen auf Goldfolie

Halte fest: Fast alle α-Teilchen fliegen ungehindert durch, einige werden abgelenkt, ganz wenige prallen zurück — aber nur, wenn sie einem winzigen Kern sehr nahe kommen. Kerne und Bahnen sind stark vergrößert gezeichnet.

2

Von der Beobachtung zum Atomkern

Jede Beobachtung erlaubt einen Schluss über den Aufbau der Goldatome.

  • Fast alle gerade:Das Atom ist fast überall leer — die α-Teilchen fliegen einfach hindurch.
  • Einige abgelenkt:Im Atom sitzt ein positiv geladenes Zentrum, das die positiven α-Teilchen abstößt.
  • Wenige zurück:Dieses Zentrum ist winzig und enthält fast die gesamte Masse — ein Atomkern.
  • Elektronen:bewegen sich in der fast leeren Atomhülle um den Kern; sie sind zu leicht, um α-Teilchen abzulenken.

Herleitung:

\(\dfrac{d_{\mathrm{Atom}}}{d_{\mathrm{Kern}}}\approx\dfrac{10^{-10}\,\mathrm{m}}{10^{-14}\,\mathrm{m}}=10\,000\)
Verhältnis
Ein Atom ist rund zehntausendmal so groß wie sein Kern.
\(d_{\mathrm{Kern}}=1\,\mathrm{cm}\;\Rightarrow\;d_{\mathrm{Atom}}=10\,000\,\mathrm{cm}\)
· 10 000
Denk dir den Kern so groß wie eine Kirsche.
\(d_{\mathrm{Atom}}=100\,\mathrm{m}\)
Ergebnis
Die Hülle wäre so groß wie ein Fußballfeld — dazwischen fast nur leerer Raum.
Merke

Kern-Hülle-Modell (Rutherford 1911): winziger, positiv geladener Atomkern mit fast der gesamten Masse + fast leere Atomhülle mit den negativ geladenen Elektronen.

3

Allgemeine Hinweise

Keine Lücken zwischen Atomen

Die Goldatome liegen dicht an dicht. Die α-Teilchen fliegen nicht zwischen den Atomen, sondern mitten durch sie hindurch.

Erst beobachten, dann deuten

Im Protokoll zuerst die Lichtblitze beschreiben („wenige Blitze hinter der Quelle“), erst danach den Schluss ziehen („winziger Kern“).

Nicht die Elektronen

Zurückgeworfen werden α-Teilchen nur vom Kern. Ein Elektron ist viel zu leicht — wie ein Tischtennisball vor einer Bowlingkugel.

Videos