Modellexperiment zum Rutherford’schen Atommodell

Rutherford-Modelleinsatz, mit Abdeckung, Rollrinne, Kleinmagnet zum Entfernen der Stahlkugeln und ausführlichem Begleittext

Der Einsatz besteht aus einer durchsichtigen, bedruckten Plexiglasscheibe auf der unterschiedliche Atomanordnungen und damit verschiedene Vorstellungen vom Aufbau der Materie dargestellt werden können. Dicht nebeneinander liegende Plexiglasscheibchen mit dem Durchmesser d = 30 mm symbolisieren die Materie als Kontinuum nach der Vorstellung von Dalton.

Das Rutherford‘sche Kern-Hülle-Modell wird mit Plexiglasscheibchen mit dem Durchmesser d = 3 mm oder d = 6 mm dargestellt; sie werden jeweils im Mittelpunkt der auf die Plexiglasscheibe gedruckten Kreise plaziert. Durch die verschieden großen Plexiglasscheibchen werden zwei unterschiedliche Atomsorten symbolisiert.

Im Realexperiment wird eine sehr dünne Goldfolie mit der Stärke 0,0004 mm verwendet, diese wird im Modellversuch durch drei Atomlagen dargestellt.

Die drei unterschiedlichen Atombereiche (Vorstellung nach Dalton, große Plexiglasscheibchen und kleine Plexiglasscheibchen) werden auf dem Einsatz nebeneinander aufgebaut und durch Plexiglasstege voneinander getrennt, damit die Stahlkugeln immer in einem Atombereich bleiben. Nun wird die Rollrinne mit einer Querrille in die Experimentierwanne eingehängt, so dass die Stahlkugeln in die unterschiedlichen Atombereiche rollen können. Der Neigungswinkel der Rollrinne kann durch unterschiedliche Wahl der Querrillen verändert werden; auf diese Weise rollen die Kugeln mit verschiedenen Geschwindigkeiten auf die Atombereiche zu.

Die Experimentierwanne mit dem Rutherford-Einsatz wird ohne Stahlkugeln und Rollrinne auf den Overheadprojektor gelegt und erklärt, dass hier zwei Vorstellungen über den Bau von Atomen modellhaft dargestellt sind.

Die Schülerinnen und Schüler werden nun gebeten, ein Experiment zu entwickeln, mit dem die beiden Vorstellungen unterschieden werden können. Nach einer Phase der Hypothesenbildung wird der Modellversuch durchgeführt und daran das Realexperiment, der Rutherford’sche Streuversuch, erläutert.

Das Ergebnis der vollständigen Versuchsauswertung ist die Beschreibung des Kern-Hülle-Atommodells von Rutherford. Diese Herleitung des Rutherford’schen Atommodells entspricht dem historischen Weg, auf dem die Versuchsreihen die Richtigkeit der Hypothesen bestätigten.