Model Rutherford

Model Rutherford, dikenal pula sebagai model planet adalah sebuah model atom yang dikemukakan oleh Ernest Rutherford pada tahun 1911. Rutherford, dalam analisisnya, menyangkal model puding prem atom yang dikemukakan oleh J. J. Thomson, berdasarkan percobaan Geiger–Marsden yang dilakukan pada tahun 1909. Pemodelan atom Rutherford yang baru tersebut berdasarkan pada hasil eksperimen, yang mengatakan bahwa atom mempunyai inti yang merupakan pusat massa yang kemudian dinamakan "nukleus", dengan dikelilingi awan elektron bermuatan negatif.

Percobaan lempeng emas

Pada tahun 1909, Hans Geiger dan Ernest Marsden dengan petunjuk dari Rutherford melakukan eksperimen di Laboratorium Fisika Universitas Manchester untuk membuktikan kebenaran dari teori atom yang dikemukakan oleh Thomson. Dalam makalahnya tahun 1909, On a Diffuse Reflection of the α-Particles, Geiger dan Marsden menjelaskan percobaannya yang membuktikan bahwa partikel alfa dapat dihamburkan dengan sudut lebih dari 90°. Geiger dan Marsden kemudian ingin memperkirakan jumlah total partikel alfa yang dipantulkan. Mereka menempatkan sejumlah kecil radium C (bismut-214) di atas plat timbal, yang memantul pada reflektor platina (R) kemudian ke layar detektor. Mereka menemukan bahwa hanya sebagian kecil dari partikel alfa yang yang mengenai reflektor memantul ke layar (dalam hal ini, 1 dalam 8000).
Rutherford menyangkal model atom J. J. Thomson pada tahun 1911 dengan percobaan lempeng emasnya, di mana ia menunjukkan bahwa atom memiliki inti berat yang berukuran kecil. Rutherford merancang percobaannya, dengan melanjutkan penelitian Philipp Lenard tahun 1903, hanya saja Rutherford mengganti partikel elektron dengan partikel alfa dan lempeng aluminium dengan lempeng emas. Percobaan ini menggunakan partikel alfa (inti atom helium atau ion helium dengan muatan positif) yang dipancarkan oleh unsur radioaktif (radium) pada lempeng logam emas tipis. Deteksi terhadap partikel alfa yang melewati lempeng tersebut dilakukan dengan menggunakan layar yang dilapisi seng sulfida (ZnS) sebagai detektor. Jika model Thomson tersebut benar, seluruh berkas yang dipancarkan akan melewati lempeng emas tersebut. Namun, pada percobaan tersebut, walaupun sebagian besar berkas partikel alfa melewati lempeng tersebut, beberapa berkas ada yang dipantulkan dan dibelokkan dengan sudut yang besar (lebih dari 90°), bahkan terdapat berkas yang dipantulkan kembali ke arah sumber pancar tanpa sedikitpun menyentuh lapis detektor.
Setelah merunut pola partikel alfa yang ditembakkan ke lempeng emas tersebut, Rutherford kemudian menyimpulkan bahwa sebagian besar ruang dalam atom adalah “ruang kosong”, dan terdapat massa yang terkonsentrasi pada pusat atom yang bermuatan positif dimana ukurannya 10.000 kali lebih kecil dibanding ukuran keseluruhan bagian atom, dan elektron mengelilingi inti atom tersebut seperti planet yang mengelilingi matahari (kemudian disebut sebagai "model planet").

Pengaruh dan kontribusi

Setelah penemuan Rutherford tersebut, para ilmuwan mulai menyadari bahwa atom tidak sepenuhnya merupakan suatu partikel tunggal, melainkan disusun dari partikel-partikel subatomik yang berukuran lebih kecil. Penelitian selanjutnya menentukan struktur atom pasti yang mengarah pada percobaan lempeng emas Rutherford. Para ilmuwan kemudian menemukan bahwa atom memiliki inti bermuatan positif) dengan nomor atom muatan yang pasti) di bagian tengah atom, dengan jari-jari sekitar 1.2 × 10⁻¹⁵ meter × [nomor massa atom]​¹⁄³. Elektron ditemukan berukuran jauh lebih kecil dari itu.
Kemudian, ilmuwan menemukan jumlah elektron yang diharapkan (sama dengan nomor massa atom) dalam suatu atom dengan menggunakan sinar-X. Ketika suatu sinar-X melewati atom, beberapa berkas pancarannya akan dihamburkan, sementara sisanya melewati atom tersebut. Karena sinar-X kehilangan intensitasnya akibat hamburan pada elektron, dengan mencatat laju berkurangnya intensitas sinar-X tersebut, jumlah elektron yang terdapat dalam atom tadi dapat secara akurat diestimasi.
Untuk menghargai penelitiannya mengenai radiasi dan inti atom, Rutherford mendapatkan Hadiah Nobel dalam Kimia pada tahun 1908. Ia diberi gelar bangsawan pada 1914, Baron Rutherford of Nelson yang pertama.

Kelemahan

Tak berapa lama setelah Rutherford mengajukan model atomnya tersebut, ternyata terdapat beberapa kelemahan. Model atom Rutherford dianggap bertentangan dengan hukum fisika klasik Maxwell. Berdasarkan hukum tersebut, apabila terdapat partikel bermuatan (elektron) yang mengelilingi inti atom bermuatan sebaliknya (proton) maka elektron akan mengalami percepatan dan memancarkan energi berupa radiasi elektromagnetik. Dengan demikian lama kelamaan elektron akan kehilangan energinya. Akibatnya, jari-jari lintasan semakin kecil, hingga suatu saat elektron akan bergabung dengan inti atom. Karenanya fisika klasik memprediksi bahwa tidak mungkin sebuah atom mencapai kestabilan. Padahal kenyataannya, atom bersifat stabil sehingga elektron tidak bergabung dengan inti atom.
Model atom Rutherford juga tidak menjelaskan susunan elektron-elektron yang mengelilingi nukleus. Model Rutherford tersebut kemudian disempurnakan dalam model atom Bohr (disebut pula sebagai model Rutherford–Bohr) yang diusulkan pada tahun 1913 oleh murid Thomson yang lain, Niels Bohr yang turut mempelopori teori kuantum awal.