ארנסט רתרפורד

• ביוגרפיה
• מבנה האטום
• 5 דקות קריאה

המדען שגילה שבלב כל אטום יש גרעין זעיר — ציר זמן של חייו, הניסוי שהפתיע אותו, ומה נשאר ממנו בחיים שלכם.

התשובה בקצרה

ארנסט רתרפורד היה פיזיקאי יליד ניו זילנד שחי בין 1871 ל־1937. הוא גילה שבמרכז האטום יש גרעין קטן מאוד וחיובי, ושרוב האטום הוא בעצם חלל ריק.

1. גרעין האטום: התגלה בעקבות ניסוי רדיד הזהב, והמודל פורסם ב־1911.
2. קרינה רדיואקטיבית: הראה שאטומים רדיואקטיביים הופכים ליסודות אחרים, וזכה על כך בפרס נובל לכימיה ב־1908.
3. התגובה הגרעינית המלאכותית הראשונה: הפך חנקן לחמצן, והיה הראשון ששינה יסוד אחד לאחר במכוון.

למי זה מיועד: מבנה האטום והמטען החשמלי נלמדים בחטיבת הביניים, וניסוי רדיד הזהב חוזר בהרחבה בתיכון. אם אתם צריכים רק את הניסוי — הוא בסעיף השני.

מי היה ארנסט רתרפורד

רתרפורד גדל בכפר בניו זילנד, במשפחה גדולה של חקלאים. הוא למד באוניברסיטה בעיר קרייסטצ’רץ’, וזכה במלגה שהביאה אותו לאוניברסיטת קיימברידג’ באנגליה. שם עבד לצד ג’וזף ג’ון תומסון, המדען שגילה את האלקטרון.

שנה	מה קרה
1871	נולד בניו זילנד.
1895	מגיע לקיימברידג’ ועובד עם ג’וזף ג’ון תומסון.
1898	מתמנה לפרופסור באוניברסיטה במונטריאול, קנדה.
1902	מראה יחד עם פרדריק סודי שאטומים רדיואקטיביים הופכים ליסודות אחרים.
1907	עובר לאוניברסיטת מנצ’סטר באנגליה.
1908	זוכה בפרס נובל לכימיה.
1909	שני תלמידיו, גייגר ומרסדן, מבצעים את ניסוי רדיד הזהב.
1911	מפרסם את המודל של אטום עם גרעין.
1919	מפרסם את התגובה הגרעינית המלאכותית הראשונה, ומתמנה למנהל המעבדה בקיימברידג’.
1937	נפטר בקיימברידג’, ונקבר במנזר וסטמינסטר.

ניסוי רדיד הזהב

הניסוי נועד לבדוק מודל אטום שהיה מקובל באותה תקופה. לפי המודל הזה, האטום הוא כדור של מטען חיובי, והאלקטרונים פזורים בתוכו כמו צימוקים בעוגה. אם זה נכון, כל חלקיק שנורה על אטום אמור לעבור דרכו כמעט בלי לסטות.

התלמידים של רתרפורד ירו חלקיקי אלפא על רדיד דק מאוד של זהב. חלקיקי אלפא הם חלקיקים קטנים וטעונים במטען חיובי, שנפלטים מחומרים רדיואקטיביים. מסביב לרדיד הציבו מסך, והבזק אור קטן סימן כל מקום שבו חלקיק פגע.

1. רוב החלקיקים עברו ישר. הם חצו את הרדיד כאילו לא היה שם כלום.
2. מעטים סטו מעט. משהו בתוך האטום דחה אותם הצידה.
3. מעטים מאוד חזרו לאחור. רק אחד מתוך אלפי חלקיקים — אבל זה מה שהדהים את רתרפורד.

רתרפורד השווה את זה לירי פגז תותח על דף נייר דק, ולראות אותו חוזר אליך. המסקנה שלו: כל המטען החיובי וכמעט כל המסה של האטום מרוכזים בנקודה זעירה במרכז. חלקיק אלפא שפוגע בה נדחה בכוח חשמלי חזק, כי שני מטענים חיוביים דוחים זה את זה, כמו שמתואר בחוק קולון. את הנקודה הזו הוא כינה גרעין.

מה עוד גילה על הגרעין

לפני הגרעין, רתרפורד כבר היה מפורסם בזכות חקר הקרינה הרדיואקטיבית. הוא נתן לסוגי הקרינה את השמות אלפא וביתא, והראה שאטום רדיואקטיבי לא רק פולט קרינה — הוא הופך בתהליך ליסוד אחר. הוא גם טבע את המושג זמן מחצית החיים: הזמן שבו מתפרקים חצי מהאטומים בחומר.

ב־1919 הפך רתרפורד לראשון שיצר תגובה גרעינית בכוונה. הוא ירה חלקיקי אלפא על גז חנקן, וחלק מאטומי החנקן הפכו לחמצן. בתהליך נפלט חלקיק חיובי, שרתרפורד קרא לו פרוטון. אחר כך חזה שיש בגרעין גם חלקיק ניטרלי, והוא התגלה במעבדה שלו כעבור שנים — הנייטרון.

המודל של רתרפורד השאיר שאלה אחת פתוחה: למה האלקטרונים לא נופלים אל הגרעין? את התשובה נתן תלמידו נילס בוהר, שהגיע לעבוד במעבדה שלו ב־1912.

איפה רואים את זה בחיים

• גלאי עשן

  בסוגים רבים של גלאי עשן יש כמות זעירה של חומר שפולט חלקיקי אלפא — אותם חלקיקים שרתרפורד ירה על הזהב.

• גילוי גיל של ממצאים

  ארכאולוגים קובעים גיל של עצמות ועץ לפי זמן מחצית החיים של פחמן רדיואקטיבי. זה המושג שרתרפורד המציא.

• אור השמש

  השמש זורחת בזכות תגובות גרעיניות בליבה שלה. כל האנרגיה הזו מגיעה מהגרעין הזעיר שרתרפורד גילה.

שאלות נפוצות

מה ההבדל בין מודל עוגת הצימוקים למודל של רתרפורד?

במודל עוגת הצימוקים המטען החיובי מפוזר בכל האטום, והאלקטרונים שקועים בתוכו. במודל של רתרפורד המטען החיובי מרוכז בגרעין זעיר במרכז, והאלקטרונים נמצאים סביבו, במרחק גדול ממנו.

למה רתרפורד קיבל פרס נובל בכימיה ולא בפיזיקה?

הפרס ניתן לו על המחקר שהראה שיסודות רדיואקטיביים הופכים ליסודות אחרים, ושינוי של יסוד נחשב אז לנושא בכימיה. רתרפורד ראה את עצמו כפיזיקאי, והתבדח שזו ההתמרה המהירה ביותר שראה אי פעם — מפיזיקאי לכימאי.

כמה קטן הגרעין לעומת האטום?

הגרעין קטן מהאטום בערך פי מאה אלף. אם האטום היה בגודל של אצטדיון כדורגל, הגרעין היה בערך בגודל של זבוב במרכז המגרש.

רוצים להבין מה מושך ודוחה מטענים?

בקורס הפיזיקה לכיתה ח’ כל נושא מוסבר בסרטון, עם תרגילים פתורים לאורך הדרך. משלמים פעם אחת, והקורס נשאר אצלכם.

לקורס כיתה ח’