1. Rutherford's Gold Foil Experiment (1911)
* Setup: Alfapartiklar (positivt laddade heliumkärnor) avfyrades vid ett tunt ark guldfolie.
* Observationer:
* De flesta alfapartiklar passerade rakt genom folien, vilket indikerar att atomer mestadels var tomma utrymme.
* En liten andel alfapartiklar avleddes i stora vinklar, vissa studsade till och med tillbaka i den riktning de kom från. Detta antydde en koncentrerad, positivt laddad region inom atomen.
* Slutsatser: Detta experiment fick Rutherford att föreslå atomens kärnkraftsmodell, där en liten, tät, positivt laddad kärna är bosatt i mitten, omgiven av ett mycket större moln av negativt laddade elektroner.
2. Elektrondiffraktion
* Setup: Elektronstrålar riktas mot tunna filmer av material, som grafit.
* Observationer: Elektronerna uppvisar vågliknande beteende och producerar interferensmönster på en skärm bakom filmen. Mönstren visar att elektroner interagerar med atomstrukturen och avslöjar atomernas storlek och form och arrangemanget av deras elektroner.
* Slutsatser: Diffraktionsmönstren bekräftar att elektronerna i en atom upptar en mycket större volym än kärnan.
3. Atomspektra
* Setup: Atomer är upphetsade (uppvärmda eller energiska) och avger ljus. Detta ljus passeras sedan genom ett prisma eller diffraktionsgitter för att separera det i dess komponentvåglängder.
* Observationer: Det utsända ljuset består av specifika, diskreta våglängder och bildar ett linjespektrum. Varje element har ett unikt linjespektrum.
* Slutsatser: Den utsända våglängdernas diskreta natur indikerar att elektroner i atomer endast kan existera i specifika energinivåer. Detta stöder idén att elektroner kretsar runt kärnan i kvantiserade energinivåer, vilket ytterligare förstärker idén om en liten kärna omgiven av ett större elektronmoln.
4. Kärntäthet
* Beräkningar: Kärnan densiteten kan beräknas genom att dela kärnan i kärnan med dess volym.
* Resultat: Kärntätheten är oerhört hög, i storleksordningen 10^17 kg/m^3, jämfört med densitet för vanligt material (t.ex. är vatten cirka 10^3 kg/m^3). Denna extrema densitet bekräftar att kärnan är oerhört kompakt.
5. Kärnkraftsreaktioner
* Observationer: Kärnkraftsreaktioner (fission och fusion) involverar frisättning av enorma mängder energi. Denna energi uppstår från den starka kärnkraften som binder protoner och neutroner tillsammans i kärnan.
* Slutsatser: Den enorma energin som frigörs i kärnreaktioner visar de enorma krafterna som spelas i kärnan och betonar ytterligare dess kompakta och täta natur.
I huvudsak konvergerar dessa experiment, observationer och beräkningar alla för att stödja slutsatsen att kärnan upptar en liten fraktion av atomens volym, medan elektronerna, spridda över en mycket större region, bidrar avsevärt till den totala storleken på atomen.
