Experimentul Rutherford și prototipurile sale

Experimentul lui Rutherford A permis unui grup de oameni de știință să descopere că fiecare atom are un nucleu încărcat pozitiv.

Ernest Rutherford, a fost un fizician și chimist din Noua Zeelandă. El sa concentrat pe studiul particulelor radioactive și a efectuat mai multe investigații care i-au permis să obțină Premiul Nobel pentru Chimie în 1908.

Sub conducerea lui Rutherford, Hans Geiger și Ernest Marsden, au contribuit la crearea modelului atomic, în laboratoarele Universității din Manchester.

Una dintre primele teorii atomice care există este aceea formulată de Thomson, descoperitorul electronului. El credea că atomii erau sfere cu o sarcină pozitivă și că electronii erau distribuite în el.

Teoria lui Thomson a spus că dacă o particulă alfa sa ciocnit cu un atom, această particulă ar trece prin atom. Aceasta ar fi afectată de câmpul electric al atomului conform acestui model.

În acest moment, protonii și neutronii nu au fost descoperiți. Thomson nu și-a putut dovedi existența, iar modelul său nu a fost acceptat de comunitatea științifică.

Pentru a demonstra existența teoriei lui Thomson, Rutherford, Geiger și Marsdend, un experiment în care au bombardat particule alfa, făcute cu nuclee de gaz de heliu, pe o foaie de metal.

Dacă modelul Thomson a funcționat, particulele ar trebui să treacă prin tabla de metal fără nici o abatere.

Dezvoltarea experimentului Rutherford

Primul prototip

Primul prototip de design al experimentului, realizat în 1908, a fost explicat de Geiger într-un articol intitulatDespre dispersia particulelor în materie.

Au construit un tub de sticlă cu lungimea de aproape două metri, la un capăt era o sursă radio, iar la capătul opus era plasat un ecran fosforescent. În mijlocul tubului, a fost pus un fel de pâlnie pentru ca particulele alfa să treacă prin el.

Procesul urmat a fost să treacă particulele alfa prin fanta, astfel încât să proiecteze fasciculul de lumină pe ecranul fosforescent.

Prin pomparea întregului aer din tub, imaginea obținută a fost clară și corespunde deschiderii din mijlocul tubului. Când cantitatea de aer din tub a fost redusă, imaginea a devenit mai difuză.

După aceea, pentru a vedea ce traiectorie au urmat particulele în cazul în care au lovit ceva sau au trecut prin ea, așa cum susținea teoria lui Thomson, o frunză de aur a fost introdusă în slot.

Acest lucru a arătat că aerul și solidele au cauzat o dispersie a particulelor care a fost reflectată în ecranul fosforescent cu imagini mai difuze.

Problema cu acest prim prototip este că a arătat doar rezultatul dispersiei, dar nu și traiectoria pe care au urmat particulele alfa.

Al doilea prototip

Geiger și Marsden publică un articol în 1909 în care au explicat un experiment care demonstrează mișcarea particulelor alfa.

Într-o reflecție difuză a particulelor alfa Se explică faptul că experimentul urmărește să afle că particulele se mișcă la unghiuri mai mari de 90 de grade.

Au creat un al doilea prototip pentru experiment, unde a fost creat un recipient din sticlă cu formă conică. Ei au montat o placă de plumb, astfel încât particulele alfa s-au ciocnit cu ea și pentru a vedea dispersia sa, o placă fluorescentă a fost pusă în spatele ei.

Problema cu configurația acestui dispozitiv este că particulele au evitat placa de plumb, răsucind moleculele de aer.

Ei au testat plasând o foaie de metal și au văzut pe ecranul fluorescent faptul că au existat mai multe lovituri din particule.

Sa demonstrat că metalele care au o masă atomică mai mare reflectă mai multe particule, dar Geiger și Masden au vrut să cunoască numărul exact de particule. Dar experimentul cu radio și materiale radioactive nu a putut fi exact.

Al treilea prototip

Articolul Dispersia a-particulelor prin materie din 1910 explică al treilea experiment pe care Geiger la proiectat. Aici sa concentrat deja măsurarea unghiului de dispersie a particulelor, în funcție de materialul în care intră în contact.

De această dată, tubul a fost etanș, iar mercurul a pompat radonul-222 pe ecranul fluorescent. Cu ajutorul microscopului au fost numărate blitzurile care au apărut pe ecranul fluorescent.

S-au calculat unghiurile urmate de particule și sa ajuns la concluzia că unghiurile de deformare cresc cu masa atomică mai mare a materialului și că este, de asemenea, proporțională cu masa atomică a substanței.

Cu toate acestea, unghiul cel mai probabil de deformare scade cu viteza, iar probabilitatea ca acesta sa devieze cu mai mult de 90 de grade este neglijabil.

Cu rezultatele obținute în acest prototip, Rutherford a calculat matematic modelul de dispersie.

Printr-o ecuație matematică, sa calculat modul în care foaia ar trebui să disperseze particulele, presupunând că atomul are sarcina electrică pozitivă în centrul său. Deși acesta din urmă era considerat doar o ipoteză.

Ecuația dezvoltată a fost astfel:

Unde, s = numărul de particule alfa care intră în zona unității cu un unghi de deviere Φ

• r = distanța dintre punctul de incidență al razelor alfa pe materialul de dispersie
• X = numărul total de particule care se încadrează pe materialul de dispersie
• n = numărul de atomi într-un volum unitar al materialului
• t = grosimea plăcii
• Qn = sarcina pozitivă a nucleului atomic
• Qα = sarcina pozitivă a particulelor alfa
• m = masa unei particule alfa
• v = viteza particulei alfa

Prototip final

Cu modelul ecuațiilor lui Rutherford, sa încercat un experiment pentru a demonstra ce se postula și că atomii aveau un nucleu cu o sarcină pozitivă.

Ecuația proiectată a prezis că numărul de scintilații pe minut (minute) care trebuie observat la un anumit unghi (Φ) trebuie să fie proporțional cu:

• csc⁴Φ/2
• Grosimea foii
• magnitudinea sarcinii centrale Qn
• 1 / (mv²)²

Pentru a demonstra aceste patru ipoteze, sunt create patru experimente, care se explică prin articol Legile de deformare a particulelor α de unghiuri mari din 1913.

Pentru a testa efectul proporțional cu csc⁴Φ / 2, a construit un cilindru deasupra unei mese rotunde, pe o coloană.

Coloana de pompare a aerului și a microscopului acoperit cu un ecran fluorescent a permis observarea particulelor care s-au abătut până la 150 °, ceea ce a fost demonstrată ipoteza lui Rutherford.

Pentru a testa ipoteza grosimii foii, a montat un disc cu 6 găuri acoperite cu foi de grosime diferite. Sa observat că numărul de străpungeri a fost proporțional cu grosimea.

Ei reutilizează discul din experimentul anterior pentru a măsura modelul de dispersie, presupunând că sarcina nucleului era proporțională cu greutatea atomică, măsurau dacă dispersia era proporțională cu masa atomică pătrată.

Cu blițurile obținute, împărțite la echivalentul aerului și apoi împărțite la rădăcina pătrată a greutății atomice, au constatat că proporțiile erau similare

Și în cele din urmă, cu același disc din experiment, ei au introdus mai multe discuri de mică pentru a întârzia particulele și cu un interval acceptabil de eroare au arătat că numărul de scintilații a fost proporțional cu 1 / v⁴, așa cum a prezis Rutherford în modelul său.

Prin experimente au demonstrat că toate ipotezele lui Rutherford au fost întâlnite într-un mod care a determinat modelul atomic al lui Rutherford. În acest model, publicat în 1917, se presupune că atomii au un nucleu central cu o sarcină pozitivă.

Dacă nucleul central al atomului este cel cu sarcină pozitivă, restul atomului va fi gol cu ​​electronii care orbitează în jurul acestuia.

Cu acest model sa arătat că atomii au o încărcătură neutră și că sarcina pozitivă găsită în nucleu este contracarată de același număr de electroni care orbitează în jurul ei.

Dacă îndepărtăm electronii de la atom, atunci vom avea o încărcătură pozitivă. Atomii sunt stabili, deoarece forța centrifugă este egală cu forța electrică, menținând electronii în loc

referințe

1. CUÉLLAR FERNÁNDEZ, Luigi; GALLEGO BADILLO, Romulo; PÉREZ MIRANDA, Royman. Modelul atomic al lui E. Rutherford.Predarea științelor, 2008, voi. 26.
2. BOHR, Niels. Ritherford Memorial Lecture 1958 Reminiscențele fondatorului științei nucleare și a unor dezvoltări bazate pe lucrarea sa.Procesele Societății Fizice, 1961.
3. JUSTI, Rosaria; GILBERT, John. Istoria și filozofia științei prin modele: unele provocări în cazul "atomului".Jurnalul Internațional al Educației Științifice, 2000, voi. 22.
4. COHEN-TANNOUDJI, Claude și colab.Atom-foton interactions: procese de bază și aplicații. New York: Wiley, 1992
5. AGUILERA, Damarys și colab. Modele conceptuale ale studenților cu privire la structura atomică bazate pe experimentele lui Thomson, Rutherford și Bohr / Modele conceptuale ale studenților universitari despre structura atomică pe baza experimentelor lui Thomson, Rutherford și Bohr.Jurnal al educației științifice, 2000, voi. 1, nu 2.
6. Din LA LLATA LOYOLA, María Dolores.Chimie anorganică. Editorial Progreso, 2001.
7. TORRES, Amalia Williart. Experiment istoric: descoperirea nucleului atomic: experimentul lui Rutherford.100cias UNED, 2003, nr. 6, p. 107-111.