रदरफोर्ड मॉडल

रदरफोर्ड मॉडल न्यूजीलैंड में जन्मे भौतिक वैज्ञानिक अर्नेस्ट रदरफोर्ड द्वारा एक परमाणु का वर्णन करने के लिए तैयार किया गया था। रदरफोर्ड ने वर्ष 1909 में गीजर-मार्सडेन प्रयोग का निर्देशन किया, जिसने रदरफोर्ड के वर्ष 1911 के विश्लेषण पर सुझाव दिया कि जे जे थॉमसन का परमाणु का प्लम पुडिंग मॉडल गलत था। परमाणु के लिए प्रयोगात्मक परिणामों पर आधारित रदरफोर्ड का नया मॉडल, परमाणु के शेष भागों की तुलना में बहुत कम आयतन में सांद्रित अपेक्षाकृत एक उच्च केंद्रीय आवेश की नई विशेषताओं को समाहित करता है और इस केंद्रीय आयतन के साथ परमाणु के परमाण्विक द्रव्यमान के बड़े हिस्से को भी समाहित करता है। इस क्षेत्र को परमाणु के "नाभिक" के रूप में जाना जाता है।

मॉडल के लिए प्रायोगिक आधार
रदरफोर्ड ने वर्ष 1911 में अपने प्रसिद्ध स्वर्ण-पत्रक प्रयोग से थॉमसन के मॉडल को प्रतिवलित (उलट) कर दिया, जिसमें इन्होंने दिखाया कि परमाणु में एक छोटा और भारी नाभिक होता है। रदरफोर्ड ने परमाणु संरचना के अदृश्य क्षेत्र की जाँच के रूप में एक रेडियोधर्मी तत्व द्वारा उत्सर्जित अल्फा कणों का उपयोग करने के लिए एक प्रयोग तैयार किया। यदि थॉमसन सही थे, तो किरण सीधे स्वर्ण-पत्रक से होकर जानी चाहिए थी। अधिकांश पुंज पत्रक के माध्यम से गए, जबकि कुछ पुंज विक्षेपित हो गए।

रदरफोर्ड ने अप्रत्याशित प्रयोगात्मक परिणामों के लिए एक व्याख्या के रूप में, उप-परमाणु संरचना के लिए अपना स्वयं का भौतिक मॉडल प्रस्तुत किया। इसमें, परमाणु परिक्रमी इलेक्ट्रॉनों (संभवतः) के एक बादल से घिरे केंद्रीय आवेश (यह आधुनिक परमाणु नाभिक है, हालाँकि रदरफोर्ड ने अपने पेपर में "नाभिक" शब्द का उपयोग नहीं किया था) से बना होता है। मई, 1911 के इस पेपर में रदरफोर्ड ने परमाणु में अत्यंत उच्च धनात्मक या ऋणात्मक आवेश के एक छोटे से केंद्रीय क्षेत्र के लिए स्वयं को प्रतिबद्ध किया।"संक्षिप्तता के लिए, उच्च गति α कण के N इलेक्ट्रॉनों के प्रतिपूरक आवेश से घिरे हुए धनात्मक केंद्रीय आवेश N e वाले एक परमाणु के माध्यम से पारित होने पर विचार करें।"ज्ञात गति के कणों की 100 e के केंद्रीय आवेश की ओर प्रवेश क्षमता के विशुद्ध रूप से ऊर्जावान विचारों से रदरफोर्ड यह गणना करने में सक्षम थे कि इनके स्वर्ण के केंद्रीय आवेश की त्रिज्या 3.4 × 10−14 मीटर से कम (कितना कम यह नहीं बताया जा सकता है) होनी चाहिए। यह एक स्वर्ण के 10−10 मीटर या लगभग त्रिज्या के परमाणु में था, जो कि एक अत्यधिक आश्चर्यजनक खोज है, क्योंकि इसमें परमाणु के व्यास के 1/3000वें हिस्से से कम एक मजबूत केंद्रीय आवेश निहित था।

रदरफोर्ड मॉडल ने परमाणु के आवेश और द्रव्यमान को एक बहुत छोटे कोर में केंद्रित करने का कार्य किया, लेकिन शेष इलेक्ट्रॉनों और शेष परमाणु द्रव्यमान के लिए किसी भी संरचना को श्रेय नहीं दिया। इसमें हांतारो नागाओका के परमाणु मॉडल का उल्लेख किया गया था, जिसमें इलेक्ट्रॉनों को शनि के स्थिर वलयों की विशिष्ट लाक्षणिक संरचना के साथ एक या एक से अधिक वलयों में व्यवस्थित किया जाता है। जे. जे. थॉमसन के प्लम पुडिंग मॉडल में परिक्रमी इलेक्ट्रॉनों के वलय भी थे। जीन-बैप्टिस्ट पेरिन ने अपने नोबेल व्याख्यान में दावा किया कि वे वर्ष 1901 के अपने पेपर में इस मॉडल का सुझाव देने वाले पहले व्यक्ति थे। लेकिन वास्तव में उत्तरी आयरिश भौतिक वैज्ञानिक जोसेफ लार्मर ने वर्ष 1897 में परमाणु के पहले सौर प्रणाली मॉडल का निर्माण किया था।

रदरफोर्ड के पेपर ने सुझाव दिया कि एक परमाणु का केंद्रीय आवेश, हाइड्रोजन द्रव्यमान इकाई u (लगभग इसका 1/2 भाग, रदरफोर्ड के मॉडल में) में परमाणु द्रव्यमान के लिए "आनुपातिक" हो सकता है। स्वर्ण के लिए, यह द्रव्यमान संख्या 197 है (तब अधिक यथार्थ ज्ञात नहीं थी) और इसलिए इसे रदरफोर्ड द्वारा संभवतः 196 u होने के लिए प्रतिरूपित किया गया था। हालाँकि, रदरफोर्ड ने केंद्रीय आवेश का परमाणु क्रमांक से सीधा संबंध बनाने का प्रयास नहीं किया, क्योंकि स्वर्ण का "परमाणु क्रमांक" (उस समय आवर्त सारणी में केवल इसकी स्थान संख्या) 79 था, और रदरफोर्ड ने आवेश को लगभग +100 इकाई (उन्होंने वास्तव में 196 का आधा बनाने के लिए धनात्मक आवेश की 98 इकाई का सुझाव दिया था) के लिए प्रतिरूपित किया था। इस प्रकार, रदरफोर्ड ने औपचारिक रूप से दो संख्याओं (आवर्त सारणी स्थान, 79, और परमाणु आवेश, 98 या 100) के बिल्कुल समान होने का सुझाव नहीं दिया।

रदरफोर्ड का पेपर सामने आने के एक महीने बाद, एंथनी वैन डेन ब्रोक द्वारा परमाणु क्रमांक और परमाणु आवेश की यथार्थ पहचान के बारे में प्रस्ताव दिया गया था, और बाद में हेनरी मोस्ले द्वारा दो वर्ष के भीतर प्रयोगात्मक रूप से इसकी पुष्टि की गई थी।

ये प्रमुख संकेतक हैं:
 * परमाणु का इलेक्ट्रॉन बादल अल्फा कण प्रकीर्णन को प्रभावित नहीं करता है।
 * परमाणु के अधिकांश धनात्मक आवेश परमाणु के केंद्र में एक अपेक्षाकृत छोटे आयतन में केन्द्रित होते हैं, जिसे आज नाभिक के रूप में जाना जाता है। इस आवेश का परिमाण परमाणु के परमाण्विक द्रव्यमान के समानुपाती (एक ऐसी आवेश संख्या तक, जो लगभग इसकी आधी हो सकती है) होता है, शेष द्रव्यमान को अब अधिकतर न्यूट्रॉन के रूप में जाना जाता है। यह केंद्रित केंद्रीय द्रव्यमान और आवेश, अल्फा और बीटा कण दोनों कणों को विक्षेपित करने के लिए उत्तरदायी है।
 * स्वर्ण जैसे भारी परमाणुओं का द्रव्यमान अधिकतर केंद्रीय आवेश क्षेत्र में केंद्रित होता है, क्योंकि गणना से पता चलता है कि यह ऐसे उच्च गति वाले अल्फा कणों द्वारा विक्षेपित या स्थानांतरित नहीं होता है, जिनका संवेग इलेक्ट्रॉनों की तुलना में बहुत अधिक, लेकिन समग्र रूप से भारी परमाणु के संबंध में अधिक नहीं होता है।
 * परमाणु स्वयं नाभिक के व्यास का लगभग 100,000 (105) गुना होता है। यह फुटबॉल के मैदान के बीच में स्थित रेत के एक कण से संबंधित हो सकता है।

आधुनिक विज्ञान में योगदान
रदरफोर्ड की खोज के बाद, वैज्ञानिकों ने अनुभव करना प्रारम्भ कर दिया कि परमाणु अंततः एक कण नहीं है, बल्कि बहुत छोटे उप-परमाण्विक कणों से मिलकर बना है। बाद के शोधों ने यथार्थ परमाणु संरचना का निर्धारण किया जिसमें रदरफोर्ड के स्वर्ण पत्रक प्रयोग का उपयोग हुआ। वैज्ञानिकों ने अंततः पता लगाया कि परमाणुओं के केंद्र में लगभग 1.2 × 10-15 मीटर × [परमाणु द्रव्यमान संख्या]$1/3$ की त्रिज्या वाला एक धनावेशित नाभिक (आवेशों की एक यथार्थ परमाणु संख्या के साथ) होता है।

बाद में, वैज्ञानिकों ने एक्स-किरणों का उपयोग करके एक परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की अपेक्षित संख्या (परमाणु क्रमांक के समान) की खोज की। जब एक एक्स-किरण परमाणु से होकर गुजरती है, तो इसका कुछ भाग प्रकीर्ण (बिखर) हो जाता है, जबकि शेष भाग परमाणु से होकर गुजरता है। चूँकि एक्स-किरण मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉनों पर प्रकीर्णन के कारण अपनी तीव्रता खो देती है, अतः एक्स-किरण की तीव्रता में कमी की दर को ध्यान में रखते हुए एक परमाणु में निहित इलेक्ट्रॉनों की संख्या का यथार्थ अनुमान लगाया जा सकता है।

प्रतीकवाद
नागाओका के अनुसार, रदरफोर्ड के मॉडल ने वलयों में कई इलेक्ट्रॉनों के विचार को स्थगित कर दिया। हालाँकि, एक बार नील्स बोहर ने इस दृश्य को प्रकाश परमाणुओं के लिए कुछ ग्रह-जैसे इलेक्ट्रॉनों के चित्र में संशोधित किया, रदरफोर्ड-बोहर मॉडल ने जनता की कल्पना को पकड़ लिया। इसके बाद से इसका उपयोग लगातार परमाणुओं के प्रतीक के रूप में और यहाँ तक ​​कि "परमाणु" ऊर्जा के लिए भी किया जाता रहा है (यद्यपि इसे अधिक उचित रूप से परमाणु ऊर्जा माना जाता है)। पिछली शताब्दी में इसके उपयोग के उदाहरणों में निम्न उदाहरण सम्मिलित हैं, लेकिन इन तक ही सीमित नहीं हैं:
 * संयुक्त राज्य परमाणु ऊर्जा आयोग का प्रतीक-चिह्न, जो विशेष रूप से परमाणु विखंडन प्रौद्योगिकी के संबंध में इसके बाद के उपयोग के लिए उत्तरदायी था।
 * अंतर्राष्ट्रीय परमाणु ऊर्जा एजेंसी का ध्वज एक रदरफोर्ड परमाणु है, जो जैतून की शाखाओं से घिरा हुआ है।
 * यूएस माइनर लीग बेसबॉल अल्बुकर्क आइसोटोप्स का प्रतीक-चिह्न एक रदरफोर्ड परमाणु है, जिसमें इलेक्ट्रॉन कक्षाएँ अक्षर A का निर्माण करती हैं।
 * एक समान प्रतीक, परमाणु भँवर, को अमेरिकी नास्तिकों के प्रतीक के रूप में चुना गया था, और यह सामान्य रूप से नास्तिकता के प्रतीक के रूप में उपयोग किया जाने लगा है।
 * यूनिकोड विविध प्रतीक कोड बिंदु U+269B (⚛) रदरफोर्ड परमाणु का उपयोग करता है।
 * टेलीविजन शो द बिग बैंग थ्योरी अपने प्रतीक-चिह्न के रूप में रदरफोर्ड परमाणु का उपयोग करता है।
 * जावास्क्रिप्ट लाइब्रेरी रिएक्ट अपने प्रतीक-चिह्न के रूप में रदरफोर्ड परमाणु का उपयोग करती है।
 * इसका उपयोग मानचित्रों पर सामान्यतः परमाणु ऊर्जा प्रतिष्ठापन को इंगित करने के लिए किया जाता है।

बाहरी संबंध

 * Rutherford's Model by Raymond College
 * Rutherford's Model by Kyushu University