Rutherford-experimentet och dess prototyper

den Rutherford-experiment tillät en grupp av forskare att upptäcka att varje atom har en positivt laddad kärna.

Ernest Rutherford, var en Nya Zeeland fysiker och kemist. Han fokuserade på studier av radioaktiva partiklar och genomförde flera undersökningar som gjorde att han kunde vinna Nobelpriset i kemi 1908.

Under ledning av Rutherford, Hans Geiger och Ernest Marsden, hjälpte de till att skapa atommodellen i laboratorierna vid University of Manchester.

En av de första atomteorier som existerar är den som formulerats av Thomson, upptäckaren av elektronen. Han trodde att atomerna var sfärer med en positiv laddning och att elektronerna distribuerades i den.

Thomsons teori sa att om en alfagrupp kolliderades med en atom skulle denna partikel passera genom atomen. Detta skulle påverkas av atomens elektriska fält enligt denna modell.

Vid denna tidpunkt hade protoner och neutroner inte upptäckts. Thomson kunde inte bevisa sin existens och hans modell accepterades inte av det vetenskapliga samfundet.

Att påvisa förekomsten av det teoretiska Thomson, Rutherford, Geiger och Marsdendiseñaron ett experiment bombardera alfapartiklar, kärnor gjorda med heliumgas, mot en metallplåt.

Om Thomson-modellen fungerade, ska partiklarna gå igenom metallplåten utan avvikelse.

Utveckling av Rutherford-experimentet

Första prototypen

Den första designprototypen av experimentet, utförd 1908, förklarades av Geiger i en artikel med titeln Om spridningen av partiklar efter ämne.

De byggde ett glasrör ungefär två meter långt, i ena änden fanns en radiokälla och i motsatt ände placerades en fosforescerande skärm. I mitten av röret placerades en typ av tratt för alfapartiklarna att passera genom den.

Processen som följde var att passera alfapartiklarna genom slitsen så att den skulle projektera ljusstrålen på den fosforescerande skärmen.

Genom att pumpa all luft från röret var den erhållna bilden klar och motsvarade öppningen i mitten av röret. När mängden luft i röret sänktes blev bilden mer diffus.

Sedan, för att se om banan följde partiklar kolliderar med något eller korsas, som underhålls Thomsons teori, en bladguld kom in i spåret.

Detta visade att luft och fastämnen orsakade en dispersion av partiklar som återspeglas på fosforskärmen mer suddiga bilder.

Problemet med denna första prototyp är att det bara visade resultatet av dispersionen, men inte den bana som alfapartiklarna följde.

Andra prototypen

Geiger och Marsden publicerar en artikel 1909, där de förklarade ett experiment för att visa alfapartiklarna.

I en diffus reflektion av Alpha-partiklar Det förklaras att experimentet syftar till att upptäcka att partiklarna rör sig vid vinklar på mer än 90 grader.

De skapade en andra prototyp för experimentet, där en glasbehållare med konisk form skapades. De monterade en blyplatta, så att alfapartiklarna kolliderade med den och för att se dess dispersion placerades en fluorescerande platta bakom.

Problemet med konfigurationen av denna enhet är att partiklarna undviker blyplattan, studsar från luftmolekylerna.

De testade genom att placera ett metallplåt och såg på den fluorescerande skärmen att det fanns fler slag av partiklarna.

Det visades att metaller som hade en högre atommassa återspeglade fler partiklar, men Geiger och Masden ville veta det exakta antalet partiklar. Men experimentet med radio och radioaktiva material kunde inte vara exakt.

Tredje prototypen

Artikeln Spridningen av a-partiklar genom material av 1910 förklarar det tredje experimentet som Geiger konstruerade. Här var det redan fokuserat på mätning av partikelns dispersionsvinkel beroende på materialet i vilket de kom i kontakt.

Denna gång var röret vattentätt och kvicksilver pumpade radon-222 till fluorescerande skärmen. Med hjälp av mikroskopet räknades de blixtar som uppträdde på fluorescerande skärm.

vinklar var partiklarna och de slutsatser avböjningsvinklar ökar med högre atommassa av material och som också är proportionell mot atommassa av substansen beräknades.

Den mest sannolika avböjningsvinkeln minskar emellertid med hastighet och sannolikheten att den avviker mer än 90º är försumbar.

Med resultaten erhållna i denna prototyp beräknade Rutherford dispersionsmönstret matematiskt.

Genom en matematisk ekvation beräknades hur arket skulle dispergera partiklarna, förutsatt att atomen har den positiva elektriska laddningen i centrum. Även om den senare endast betraktades som en hypotes.

Den utvecklade ekvationen var så här:

Var, s = antalet alfapartiklar som faller på enhetsområdet med en avböjningsvinkel Φ

• r = avståndet för incidenspunkten för alstrålarna på dispersionsmaterialet
• X = det totala antalet partiklar som faller på dispersionsmaterialet
• n = antalet atomer i en enhetsvolym av materialet
• t = tjockleken på arket
• Qn = den positiva laddningen av atomkärnan
• Qa = den positiva laddningen av alfapartiklarna
• m = massan av en alfapartikel
• v = alfapartikelens hastighet

Slutlig prototyp

Med Rutherford modellekvationer, försökte vi att göra ett experiment för att visa vad postulerades och att atomerna har en kärna med en positiv laddning.

Den utformade ekvationen förutsagde att antalet blinkningar per minut (er) som ska observeras vid en viss vinkel (Φ) borde vara proportionella mot:

• csc⁴Φ / 2
• tjockleken på arket t
• storleken på den centrala belastningen Qn
• 1 / (mv²)²

För att demonstrera dessa fyra hypoteser skapas fyra experiment som förklaras av artikeln Lagarna för avböjning av a-partiklar med stora vinklar av 1913.

För att testa effekten proportionell mot csc⁴Φ / 2, byggd en cylinder ovanpå en skivspelare, på en kolonn.

Kolumn bombendo luft och täcktes med en fluorescerande skärm mikroskop tillåts att observera partiklarna avvikit till 150 °, så att hypotesen bevisades Rutherford.

För att testa hypotesen av arkets tjocklek monterade en skiva med 6 hål täckta med skikt av varierande tjocklek. Det observerades att antalet blinkar var proportionella mot tjockleken.

De återanvända disken i föregående experiment för att mäta dispersionsmönstret, förutsatt att kärnans belastning var proportionell mot atomvikten, uppmättes de om dispersionen var proportionell mot den kvadratiska atomvikten.

Med de erhållna blixtarna, dividerat med ekvivalenten av luft och sedan delad med kvadratroten av atomvikten, fann de att proportionerna var lika

Och slutligen, med samma skiva experimentet placera fler skivor för att fördröja glimmerpartiklar, och en rad fel, visade de att antalet scintillation var proportionell mot 1 / v⁴, som Rutherford hade förutsagt i sin modell.

Genom experimenten visade de att alla Rutherfords hypoteser möttes på ett sätt som bestämde Rutherford Atomic Model. I denna modell, som slutligen publicerades 1917, postuleras det att atomerna har en central kärna med positiv laddning.

Om atomens centrala kärna är den som har den positiva laddningen kommer resten av atomen vara tom med elektronerna som kretsar kring den.

Med denna modell visades att atomerna har en neutral laddning och att den positiva laddningen som ligger i kärnan motverkas av samma antal elektroner som kretsar runt.

Om vi ​​tar bort elektroner från atomen kommer de då att lämnas med en positiv laddning. Atomerna är stabila, eftersom centrifugalkraften är lika med den elektriska kraften och håller elektronerna på plats

referenser

1. CUÉLLAR FERNÁNDEZ, Luigi; GALLEGO BADILLO, Romulo; PÉREZ MIRANDA, Royman. Atommodellen av E. Rutherford.Vetenskapsundervisning, 2008, vol. 26.
2. BOHR, Niels. Rutherfords minnesföreläsning 1958 Reminiscences av grundaren av kärnvetenskap och några utvecklingar baserat på hans arbete.Förlopp i det fysiska samhället, 1961.
3. JUSTI, Rosaria; GILBERT, John. Vetenskapens historia och filosofi genom modeller: några utmaningar när det gäller "atomen".International Journal of Science Education, 2000, vol. 22.
4. COHEN-TANNOUDJI, Claude et al.Atom-foton-interaktioner: grundläggande processer och tillämpningar. New York: Wiley, 1992.
5. AGUILERA, Damarys et al. Konceptuella modeller av universitetsstudenter om den atomära strukturen bygger på experiment Thomson, Rutherford och Bohr / konceptuella modeller av universitetsstudenter atomära strukturen bygger på Acerca experiment Thomson, Rutherford och Bohr.Journal of Science Education, 2000, vol. 1, nr 2.
6. DE LA LLATA LOYOLA, María Dolores.Oorganisk kemi. Editorial Progreso, 2001.
7. TORRES, Amalia Williart. Historiskt experiment: upptäckt av atomkärnan: Rutherford-experimentet.100cias UNED, 2003, nr 6, sid. 107-111.