What were the main observations of Rutherford's alpha scattering experiment?

Firing alpha particles at a ~100 nm gold foil, Rutherford's team observed that (1) most alpha particles passed straight through undeflected, (2) a few deflected by small angles, and (3) roughly 1 in 20,000 bounced back, deflecting by 90° or more.

What conclusions did Rutherford draw from the alpha scattering experiment?

Three conclusions: most of the atom is empty space, because most alpha particles passed straight through; almost all the positive charge and mass is concentrated in a tiny central core, the nucleus, because a few particles suffered large deflections; and electrons revolve around the nucleus in circular paths, since atoms are electrically neutral overall.

How large is the nucleus compared to the atom?

The nuclear radius is about 10⁻¹⁵ m while the atomic radius is about 10⁻¹⁰ m, so the nucleus is roughly 10⁻⁵ times the atom's radius — if the atom were a cricket stadium, the nucleus would be a marble at its centre. Because volume scales as radius cubed, the nucleus occupies only about 10⁻¹⁵ of the atom's volume.

§ 2.2NCERT Class 11 · Chemistry · Chapter 2

परमाणु मॉडल: थॉमसन का पुडिंग और रदरफोर्ड का नाभिक

Q: What were the failures of Thomson's and Rutherford's atomic models?

Thomson's plum pudding model explained the atom's neutrality but could not explain the large-angle scattering of alpha particles — a diffuse positive sphere cannot kick particles backwards. Rutherford's model located the nucleus correctly but failed because classical electromagnetism says a revolving, accelerating electron must continuously radiate energy and spiral into the nucleus within about 10⁻¹¹ s — atoms should collapse, and spectra should be continuous, not line-like.

कण मिल जाने के बाद प्रश्न संरचना का था: वे व्यवस्थित कैसे हैं? थॉमसन ने एक पुडिंग की कल्पना की, रदरफोर्ड ने सोने की पन्नी पर “गोलियाँ” दागीं — और 1911 के एक प्रयोग ने परमाणु का चित्र एक ऐसे नाभिक के चारों ओर फिर से बनाया जो स्वयं परमाणु से एक लाख गुना छोटा है।

QCC Notes · Class 11 Chemistry NCERT & NTA aligned UPDATED 24 SEP 2026 9 MIN READ

1/20000

α-particles that rebounded ≥ 90°
“As if you fired a shell at tissue paper and it came back”
— Rutherford’s own disbelief, now a formula

परमाणु का नक्शा कैसे बना? — पूर्ण सिद्धांत

थॉमसन मॉडल (1898) — पुडिंग। इलेक्ट्रॉन की खोज के बाद थॉमसन ने परमाणु को धनावेश के एक गोले (त्रिज्या ~10⁻¹⁰ m) के रूप में प्रस्तुत किया, जिसमें इलेक्ट्रॉन धँसे हुए हैं — जैसे पुडिंग में किशमिश या तरबूज़ में बीज — धन और ऋण आवेश मिलकर परमाणु को उदासीन बनाते हैं। इसकी खूबियाँ: इसने परमाणु की वैद्युत उदासीनता और मोटे तौर पर उसका द्रव्यमान समझाया। इसकी घातक कमी: फैला हुआ, बिखरा धनावेश वे तीव्र धक्के नहीं दे सकता जिनकी सूचना 1911 के प्रयोग देने वाले थे।

रदरफोर्ड का α-प्रकीर्णन प्रयोग (1911)। उनकी टीम (गाइगर और मार्सडेन) ने एक रेडियोधर्मी स्रोत से α-कण — भारी, तेज़, +2 आवेश वाले हीलियम नाभिक — एक अत्यंत पतली सोने की पन्नी (~100 nm) पर दागे, और एक गतिशील ज़िंक सल्फ़ाइड परदे पर जहाँ कण टकराते थे वहाँ की चमक देखी। तीन प्रेक्षण, हर एक एक निष्कर्ष:

तालिका 1 — प्रेक्षण → निष्कर्ष: प्रमाणों की कड़ी (अभिकथन-कारण प्रश्नों का आधार)
प्रेक्षण	लगभग कितनी बार	निष्कर्ष
अधिकांश α-कण बिना विक्षेपित हुए सीधे निकल गए	लगभग सभी	परमाणु का अधिकांश भाग रिक्त है
कुछ कण छोटे कोणों पर विक्षेपित हुए	कुछ	धनावेश केंद्रित है, फैला हुआ नहीं
बहुत कम कण वापस लौटे (विक्षेपण ≥ 90°)	~20,000 में 1	धनावेश और द्रव्यमान एक सूक्ष्म, सघन केंद्र में हैं — यही नाभिक है

इससे बना परमाणु का नाभिकीय मॉडल: एक अत्यंत छोटा, सघन, धनावेशित नाभिक जिसमें लगभग पूरा द्रव्यमान है, और उसके चारों ओर घूमते इलेक्ट्रॉन — परमाणु एक लघु सौरमंडल की तरह। निर्णायक बात संख्याएँ हैं: r_nucleus ≈ 10⁻¹⁵ m, r_atom ≈ 10⁻¹⁰ m — नाभिक की त्रिज्या परमाणु की त्रिज्या की 10⁻⁵ गुना है, और (क्योंकि आयतन त्रिज्या के घन के अनुपात में होता है) यह परमाणु के आयतन का केवल ~10⁻¹⁵ भाग घेरता है।

NTA ट्रैप · त्रिज्या अनुपात, आयतन नहीं

“नाभिक परमाणु के आयतन का 10⁻⁵ भाग घेरता है” गलत है — 10⁻⁵ त्रिज्या का अनुपात है; आयतन घन के अनुपात में बदलता है, जिससे ~10⁻¹⁵ मिलता है। घातांक की “घात” या त्रिज्या/आयतन शब्द बदलने वाले विकल्प ही सामान्य जाल हैं। स्टेडियम और कंचे का उदाहरण सुरक्षित समझ देता है: स्टेडियम के बीच में रखा एक कंचा।

NTA ट्रैप · सही मॉडल को सही दोष दें

थॉमसन मॉडल α-प्रकीर्णन पर विफल होता है (यह कणों का वापस लौटना नहीं समझा सकता) — उदासीनता पर नहीं, जिसे यह पूरी तरह समझाता है। रदरफोर्ड मॉडल नाभिक को सही पहचानता है, परंतु स्थायित्व पर विफल होता है: मैक्सवेल के विद्युत-चुंबकत्व के अनुसार घूमता इलेक्ट्रॉन एक त्वरित आवेश है जिसे लगातार ऊर्जा विकिरित करनी चाहिए, सर्पिल पथ में अंदर गिरना चाहिए और ~10⁻¹¹ s में परमाणु ढह जाना चाहिए — साथ ही यह प्रेक्षित रेखीय स्पेक्ट्रम के बजाय सतत स्पेक्ट्रम की भविष्यवाणी करता है। अभिकथन-कारण प्रश्न ठीक यही जाँचते हैं कि कौन-सा मॉडल किस परीक्षण में विफल हुआ।

रदरफोर्ड का अपना इलेक्ट्रॉन ऊर्जा विकिरित करता, ढह जाता और ऊर्जा को सतत स्पेक्ट्रम में फैला देता — वास्तविकता के विरुद्ध तीन दोष। नाभिक को छोड़े बिना स्थायित्व की इस कमी को दूर करना ही बोर मॉडल (§ 2.4) का उद्देश्य था।

परमाणु क्रमांक और द्रव्यमान संख्या। नाभिक में उपस्थित प्रोटॉनों की संख्या परमाणु क्रमांक (Z) है; उदासीन परमाणु में यह इलेक्ट्रॉनों की संख्या के भी बराबर होती है। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन को मिलाकर न्यूक्लिऑन कहते हैं, और इनकी कुल संख्या द्रव्यमान संख्या (A) है: A = Z + n, अतः न्यूट्रॉनों की संख्या n = A − Z। परमाणु को प्रतीक के बाईं ओर A को ऊपर (superscript) और Z को नीचे (subscript) लिखकर दर्शाते हैं — उदाहरण के लिए ³⁵₁₇Cl में 17 प्रोटॉन, 17 इलेक्ट्रॉन और 35 − 17 = 18 न्यूट्रॉन हैं।

समस्थानिक, समभारिक और समन्यूट्रॉनिक। जब यह ज्ञात हुआ कि नाभिक में प्रोटॉन और न्यूट्रॉन होते हैं, तब परमाणुओं की तुलना इन दो संख्याओं के आधार पर की जा सकी:

तालिका 2 — समस्थानिक, समभारिक और समन्यूट्रॉनिक
पद	समान	भिन्न	उदाहरण
समस्थानिक (Isotopes)	Z (एक ही तत्व)	A — न्यूट्रॉनों की संख्या	¹H (प्रोटियम), ²H (ड्यूटेरियम), ³H (ट्रिटियम); ³⁵Cl और ³⁷Cl
समभारिक (Isobars)	A	Z — भिन्न तत्व	⁴⁰Ar और ⁴⁰Ca; ¹⁴C और ¹⁴N
समन्यूट्रॉनिक (Isotones)	न्यूट्रॉनों की संख्या (A − Z)	Z और A	³⁰Si, ³¹P, ³²S — प्रत्येक में 16 न्यूट्रॉन

रासायनिक गुण इलेक्ट्रॉनों की संख्या पर निर्भर करते हैं, जो Z से तय होती है — इसलिए किसी तत्व के समस्थानिक रासायनिक अभिक्रियाओं में लगभग एक जैसा व्यवहार करते हैं। वे द्रव्यमान पर निर्भर भौतिक गुणों, जैसे घनत्व और विसरण की दर, में भिन्न होते हैं। हाइड्रोजन के समस्थानिकों में अंतर सबसे अधिक होता है, क्योंकि उनके द्रव्यमान में सापेक्ष परिवर्तन सबसे बड़ा है: ड्यूटेरियम प्रोटियम से दोगुना भारी है।

प्रकीर्णन को देखें और मॉडलों की जाँच करें

तीन रास्ते, तीन मॉडल — पहले पन्नी की ज्यामिति, फिर एक जाँच-मेज़ जहाँ हर मॉडल बताता है कि वह क्या समझाता है और किस कारण विफल हुआ।

FIG. 1 — The geometry of the verdict: straight-through trajectories map the emptiness, small deflections map a concentrated positive charge, and the vanishingly rare rebounds force a tiny, dense nucleus. Note the honest label — the nucleus here is drawn 10⁵ times oversized.

Try it live

Model Autopsy

Har model ka post-mortem: kya samjhaya, kya maar diya. Bohr included — poori arc dekho.

autopsy pattern = har new model pichhle ka specific failure theek karta hai, aur khud nayi cancers laata hai — yahi chain § 2.6 tak chalti hai.

हल किए गए उदाहरण (चरण-दर-चरण)

संख्याएँ → अनुपात → निष्कर्ष। जो गणित यहाँ है, वही MCQ के विकल्पों में छिपा होता है।

उदाहरण 01आधारभूत · आकार अनुपात

नाभिक बनाम परमाणु: त्रिज्या और आयतन

नाभिक की त्रिज्या 10⁻¹⁵ m और परमाणु की त्रिज्या 10⁻¹⁰ m है। ज्ञात कीजिए (a) उनकी त्रिज्याओं का अनुपात, (b) परमाणु के आयतन का वह भाग जो नाभिक घेरता है।

(a) त्रिज्याएँr_N/r_A = 10⁻¹⁵/10⁻¹⁰ = 10⁻⁵ — नाभिक त्रिज्या में 100,000 गुना छोटा है।
(b) आयतनआयतन घन के अनुपात में बदलता है: परमाणु के आयतन का (10⁻⁵)³ = 10⁻¹⁵ भाग।
निष्कर्षस्टेडियम ÷ कंचा — परमाणु मूलतः रिक्त है; परीक्षा के उत्तर में स्पष्ट लिखें कि कौन-सा अनुपात है।

त्रिज्या में 10⁻⁵ · आयतन में 10⁻¹⁵

उदाहरण 02JEE Main · तर्क

20,000 में 1 वास्तव में क्या सिद्ध करता है

चरण-दर-चरण समझाइए कि लगभग 20,000 में 1 α-कण का वापस लौटना थॉमसन मॉडल से असंगत क्यों है और एक सूक्ष्म, सघन नाभिक को अनिवार्य क्यों बनाता है।

थॉमसन का फैलावपुडिंग मॉडल में धनावेश ~10⁻¹⁰ m में फैला है — कोई भी α-कण हर क्षण केवल एक कमज़ोर, बिखरा धक्का महसूस करता है।
अधिकतम धक्काफैला हुआ क्षेत्र पथ को थोड़ा मोड़ सकता है — यह किसी भारी, तेज़ α-कण को ≥ 90° से कभी नहीं पलट सकता।
निष्कर्षवापस लौटने के लिए α-कण का एक सूक्ष्म क्षेत्र में केंद्रित आवेश से सामना होना चाहिए — अतः ~10⁻¹⁵ m त्रिज्या का सघन नाभिक, जिससे केवल ~20,000 में 1 कण टकराता है (छोटा लक्ष्य ⇒ दुर्लभ टक्कर)।

दुर्लभ वापसी = छोटा लक्ष्य = नाभिक

उदाहरण 03JEE Main · स्थायित्व की गणना

रदरफोर्ड का इलेक्ट्रॉन क्यों गिरना चाहिए — संख्याओं में

बोर की निम्नतम अवस्था वाले इलेक्ट्रॉन (v = 2.18 × 10⁶ m/s, r = 0.529 × 10⁻¹⁰ m) के अभिकेंद्र त्वरण का अनुमान लगाइए और समझाइए कि तब चिरसम्मत भौतिकी रदरफोर्ड परमाणु को क्यों नष्ट कर देती है।

त्वरणa = v²/r = (2.18×10⁶)² ÷ (0.529×10⁻¹⁰) ≈ 9 × 10²² m/s²
चिरसम्मत नियमत्वरित आवेशित पिंड अवश्य विकिरण करता है (मैक्सवेल) — लगातार ऊर्जा खोता है।
परिणामकक्षा सिकुड़ती है, इलेक्ट्रॉन ~10⁻¹¹ s में सर्पिल पथ से नाभिक में गिर जाता है — फिर भी परमाणु स्थायी हैं, और स्पेक्ट्रम रेखीय हैं, अनुमानित सतत स्पेक्ट्रम नहीं।
समाधानबोर ने छलाँग के अतिरिक्त विकिरण पर रोक लगाई (§ 2.4) — स्थिर कक्षाओं का जन्म हुआ।

a ≈ 9 × 10²² m/s² — चिरसम्मत भौतिकी परमाणु को ढहा देती है

मुख्य सार बिंदु और मॉडल कार्ड

मॉडल कार्ड

आठ पंक्तियाँ जो यह विषय हल कर देती हैं

थॉमसन 1898: +गोला, −इलेक्ट्रॉन धँसे हुएउदासीनता और द्रव्यमान समझाता है; ~10⁻¹⁰ m परमाणु।

थॉमसन विफल: बड़े कोण का प्रकीर्णन नहीं दे सकताफैला हुआ आवेश α-कणों को पीछे नहीं धकेल सकता।

अधिकांश α सीधे → परमाणु अधिकांशतः रिक्तबिना विक्षेपित बहुमत का सीधा निष्कर्ष।

कुछ बड़े विक्षेपण → +आवेश केंद्रितइतना केंद्रित कि 20,000 में 1 को पलट दे।

रदरफोर्ड 1911: नाभिकीय परमाणुसूक्ष्म सघन + नाभिक; इलेक्ट्रॉन उसके चारों ओर घूमते हैं।

r_N = 10⁻¹⁵ m · r_A = 10⁻¹⁰ mत्रिज्या अनुपात 10⁻⁵ → आयतन भाग ~10⁻¹⁵।

रदरफोर्ड विफल: मैक्सवेल विकिरण → ढहना~10⁻¹¹ s में सर्पिल पतन; सतत स्पेक्ट्रम की भी भविष्यवाणी।

हर मॉडल की एक नामित “बीमारी”पुडिंग → प्रकीर्णन · नाभिकीय → स्थायित्व · समाधान बोर (§ 2.4)।

संख्याएँ: पन्नी ~100 nm · वापसी ~20,000 में 1 · r_N/r_A = 10⁻⁵ · आयतन भाग ~10⁻¹⁵ · α-कण = ⁴He²⁺, भारी और तेज़

प्रेक्षण → निष्कर्ष, एक-एक करके मिलाएँ — सीधे/रिक्त, छोटा विक्षेपण/केंद्रित, वापसी/सूक्ष्म-सघन नाभिक; जोड़ियों को मिला देना परीक्षा का सबसे प्रिय जाल है।
10⁻⁵ त्रिज्या का अनुपात है — आयतन के लिए इसका घन लें (~10⁻¹⁵); स्टेडियम-और-कंचा चित्र दोनों को स्पष्ट रखता है।
मॉडलों को सही दोष दें — थॉमसन प्रकीर्णन पर विफल हुआ, रदरफोर्ड स्थायित्व पर; अभिकथन-कारण प्रश्न विफलता का कारण जाँचते हैं।
अस्थिरता की संख्याएँ याद रखें — ~10⁻¹¹ s पतन-काल और a ≈ 9 × 10²² m/s² ही § 2.4 में बोर के समाधान की भूमिका बनाते हैं।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

रदरफोर्ड के अल्फा प्रकीर्णन प्रयोग के मुख्य प्रेक्षण क्या थे?

~100 nm सोने की पन्नी पर अल्फा कण दागने पर रदरफोर्ड की टीम ने देखा कि (1) अधिकांश अल्फा कण बिना विक्षेपित हुए सीधे निकल गए, (2) कुछ कण छोटे कोणों पर विक्षेपित हुए, और (3) लगभग 20,000 में 1 कण 90° या उससे अधिक विक्षेपित होकर वापस लौट आया।

अल्फा प्रकीर्णन प्रयोग से रदरफोर्ड ने क्या निष्कर्ष निकाले?

तीन निष्कर्ष: परमाणु का अधिकांश भाग रिक्त है, क्योंकि अधिकांश अल्फा कण सीधे निकल गए; लगभग पूरा धनावेश और द्रव्यमान एक सूक्ष्म केंद्रीय भाग — नाभिक — में केंद्रित है, क्योंकि कुछ कणों का बड़ा विक्षेपण हुआ; और इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर वृत्ताकार पथों में घूमते हैं, क्योंकि परमाणु कुल मिलाकर वैद्युत रूप से उदासीन होते हैं।

थॉमसन और रदरफोर्ड के परमाणु मॉडलों की कमियाँ क्या थीं?

थॉमसन का प्लम पुडिंग मॉडल परमाणु की उदासीनता समझाता था, परंतु अल्फा कणों के बड़े कोण के प्रकीर्णन को नहीं समझा सका — फैला हुआ धनावेशित गोला कणों को पीछे नहीं धकेल सकता। रदरफोर्ड मॉडल ने नाभिक की स्थिति सही बताई, परंतु विफल रहा क्योंकि चिरसम्मत विद्युत-चुंबकत्व के अनुसार घूमते, त्वरित इलेक्ट्रॉन को लगातार ऊर्जा विकिरित करनी चाहिए और लगभग 10⁻¹¹ s में सर्पिल पथ से नाभिक में गिर जाना चाहिए — परमाणु ढह जाने चाहिए, और स्पेक्ट्रम रेखीय नहीं बल्कि सतत होना चाहिए।

परमाणु की तुलना में नाभिक कितना बड़ा है?

नाभिक की त्रिज्या लगभग 10⁻¹⁵ m है जबकि परमाणु की त्रिज्या लगभग 10⁻¹⁰ m, अतः नाभिक परमाणु की त्रिज्या का लगभग 10⁻⁵ गुना है — यदि परमाणु एक क्रिकेट स्टेडियम हो, तो नाभिक उसके केंद्र में रखा एक कंचा होगा। क्योंकि आयतन त्रिज्या के घन के अनुपात में होता है, नाभिक परमाणु के आयतन का केवल लगभग 10⁻¹⁵ भाग घेरता है।

Practice Questions (With Solutions)

पहले सभी प्रश्न खुद हल करें, फिर सबमिट दबाकर अपना स्कोर और हर प्रश्न का पूरा हल देखें, चाहे उत्तर सही हो या गलत। प्रश्नों की भाषा बदलने के लिए ऊपर दिए भाषा टॉगल का उपयोग करें।

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QCC Notes — Class 11 Chemistry

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24 Sep 2026