1904 entwickelte Hantaro Nagaoka ein Atommodell, das Thomsons Atommodell ergänzte. Das Nagaoka-Modell ist auch als Saturn-Atommodell bekannt.
Das Saturn-Modell ist ein hypothetisches Atommodell der Atomstruktur im Gegensatz zu Thomsons Plump-Pudding-Modell. In diesem Modell wurde erstmals die Existenz des Atomkerns postuliert.
Was ist das Nagaoka-Atommodell?
Zu Beginn des 20. Jahrhunderts hatten die Physiker nach dem Studium des Dalton-Atommodells und des Thomson-Modells kaum begonnen, die Struktur des Atoms zu verstehen. Die Entdeckung des Elektrons bewies die Existenz negativer Ladungen im Atom. Damit es global neutral ist, bedeutet dies zwangsläufig, dass auch positive Ladungen vorhanden sind.
Basierend auf der Tatsache, dass entgegengesetzte elektrische Ladungen undurchdringlich sind, schlug Hantarō Nagaoka ein Atommodell vor, das auf einer großen, massiven Kugel mit einer positiven elektrischen Ladung basiert. Diese Kugel war der Atomkern und war von mehreren Elektronen umgeben, die ihn umkreisten. Nagaoka beschrieb diese Umlaufbahnen als kreisförmige Umlaufbahnen, vergleichbar mit Saturn und seinen Ringen.
Nagaoka erklärte die atomare Stabilität nach seinem Modell mit einer Analogie zur Stabilität der Saturnringe. James Clerk Maxwell hatte kürzlich eine Studie zu diesem Modell veröffentlicht und zwei Vorhersagen getroffen:
- die Existenz eines sehr massiven Kerns, analog zum Missverhältnis zwischen der Masse des Saturn und der des Rings;
- dass die Elektronen durch die elektrostatische Kraft um den Kern rotieren, genauso wie die Ringteilchen durch die Gravitationskraft um den Planeten rotieren.
Modell Saturnino
Das Nagaoka-Modell ist als Saturn-Modell bekannt , weil der japanische Physiker Hantaro Nagaoka 1904 eine Darstellung des Atoms vorschlug, die einem Saturn-ähnlichen Planetensystem ähnelte. In diesem Modell:
- Der Atomkern wird durch eine große, positive Kugel dargestellt, ähnlich dem Planeten Saturn.
- Die Elektronen sind in einem rotierenden Ring um den Kern angeordnet, ähnlich den Saturnringen.
Nagaoka ließ sich von der Stabilität der Saturnringe inspirieren und schlug vor, dass Elektronen aufgrund anziehender und abstoßender Kräfte auf kreisförmigen Bahnen um den Kern gehalten werden könnten.
Wie beeinflusste Nagaokas Modell Rutherfords Atommodell?
Beide Vorhersagen wurden von Ernest Rutherford hinreichend bestätigt, der Hantarō Nagaokas Modell in dem Artikel von 1911 erwähnte, in dem er über die Entdeckung des Kerns berichtete.
Rutherfords Atommodell zeigte jedoch, wie falsch das Saturn-Modell war. In Wirklichkeit war der Kern viel kleiner, als Nagaoka angenommen hatte. Darüber hinaus wäre ein Ring mit einer elektrischen Ladung gegenüber Schwingungen in einer Richtung orthogonal zur Rotationsebene des Rings instabil gewesen.
Rutherfords Entdeckungen sollten als Grundlage für Studien zur Entwicklung des Atommodells von Niels Bohr und des späteren Atommodells von Sommerfeld dienen.
Es muss auch gesagt werden, dass Nagaoka durch das Saturn-Modell nicht in der Lage war, spektrografische Phänomene wie die Bildung von Spektrallinien und Radioaktivität vorherzusagen. Aufgrund dieser neuen Entdeckungen gab Nagaoka selbst 1908 sein Modell auf.
Kurze Biographie von Hantarō Nagaoka
Nagaoka Hantarō (15. August 1865 – 11. Dezember 1950) war der bedeutendste japanische Physiker der späten Meiji-Zeit. Er war einer der Begründer der japanischen Physiker, die die Meiji-Zeit einleiteten, der Begründer der wissenschaftlichen Schule. Autor verschiedener Werke zu Elektrizität und Magnetismus, Atomphysik und Spektroskopie.
Nagaoka wurde in Ōmura in der Präfektur Nagasaki geboren und absolvierte ihre Ausbildung an der Universität Tokio. Nach seinem Abschluss im Jahr 1887 arbeitete er mit dem britischen Physiker Cargill Gilston Knott an Studien zum Magnetismus. 1893 zog er nach Europa, wo er seine Ausbildung an den Universitäten Berlin, München und Wien abschloss. Im Jahr 1900 besuchte er den Ersten Internationalen Physikkongress in Paris, wo er einen Vortrag von Marie Curie über Radioaktivität hörte, ein Ereignis, das Nagaokas Interesse an der Atomphysik verstärkte.
Nagaokas Hauptwerke
Hantaro Nagaoka lehnte Thomsons Modell mit der Begründung ab, dass entgegengesetzte elektrische Ladungen undurchdringlich seien, und schlug das oben erläuterte alternative Atommodell vor. Er selbst gab es jedoch 1908 auf.
Nachdem er sein Atommodell aufgegeben hatte, widmete sich Nagaoka der Spektroskopie und anderen Bereichen. 1909 veröffentlichte er eine Arbeit über die Induktivität von Magnetspulen.
Im März 1924 beschrieb er Experimente, bei denen er behauptete, ein Milligramm Gold und etwas Platin gewonnen zu haben. Die Entdeckung wurde gemacht, indem Quecksilber einige Stunden lang einem elektrischen Feld von 15 × 10 6 V/m ausgesetzt wurde. Das Experiment wurde später mit widersprüchlichen Ergebnissen wiederholt, was auf eine Verunreinigung durch das bereits im Quecksilber vorhandene Gold zurückzuführen war.
Im Jahr 1929 entdeckte Nagaoka durch Meteore verursachte Funkstörungen. Der japanische Physiker stellte die Hypothese auf, dass es möglich sei, eine Kommunikation zwischen zwei Bodenstationen herzustellen. Dazu nutzte es als Funkverbindung die ionisierte Spur, die der Meteoroid hinterlässt, wenn er in die Atmosphäre eindringt.