Rutherford-eksperimentet og dets prototyper

den Rutherford-eksperiment tillod en gruppe forskere at opdage, at hvert atom har en positivt ladet kerne.

Ernest Rutherford, var en newzealandsk fysiker og kemiker. Han fokuserede på studiet af radioaktive partikler og gennemførte adskillige undersøgelser, der gjorde det muligt for ham at vinde Nobelprisen i kemi i 1908.

Under ledelse af Rutherford, Hans Geiger og Ernest Marsden bidrog de til at skabe den atommodel, i laboratorierne ved University of Manchester.

En af de første atomteorier, der findes, er den formuleret af Thomson, opdageren af ​​elektronen. Han troede at atomerne var kugler med en positiv ladning, og at elektronerne blev fordelt i det.

Thomsons teori sagde, at hvis en alfapartikel kolliderede med et atom, ville denne partikel passere gennem atomet. Dette ville blive påvirket af atomets elektriske felt ifølge denne model.

På dette tidspunkt var protoner og neutroner ikke blevet opdaget. Thomson kunne ikke bevise sin eksistens, og hans model blev ikke accepteret af det videnskabelige samfund.

At påvise eksistensen af ​​teorien Thomson, Rutherford, Geiger og Marsdendiseñaron et eksperiment bombardere alfapartikler, kerner lavet med heliumgas, mod en metalplade.

Hvis Thomson-modellen fungerede, skal partiklerne gå gennem metalpladen uden nogen afvigelse.

Udvikling af Rutherford-eksperimentet

Første prototype

Den første designprototype af eksperimentet, udført i 1908, blev forklaret af Geiger i en artikel med titlen Om Dispersionen af ​​Partikler efter Materiel.

De byggede et glasrør omkring to meter lang, i den ene ende var der en radiokilde, og i den modsatte ende blev der anbragt en phosphorescerende skærm. I midten af ​​røret blev en slags tragt anbragt for alfa partiklerne til at passere gennem den.

Processen fulgte, var at passere alfapartiklerne gennem spalten, så den ville projisere lysstrålen på den phosphorescerende skærm.

Ved at pumpe hele luften fra røret, var det opnåede billede klart og svarede til åbningen i midten af ​​røret. Når mængden af ​​luft i røret blev sænket, blev billedet mere diffust.

Derefter for at se, hvilket trajector partiklerne fulgte, hvis de ramte noget eller traverserede det, som Thomsons teori fastholdt, blev et guldblad indsat i spalten.

Dette viste at luften og faste stoffer forårsagede en dispersion af partiklerne, der blev reflekteret i den phosphorescerende skærm med mere diffuse billeder.

Problemet med denne første prototype er, at det kun viste resultatet af dispersionen, men ikke den bane, som alfa-partiklerne fulgte.

Anden prototype

Geiger og Marsden udgiver en artikel i 1909, hvor de forklarede et eksperiment for at demonstrere bevægelsen af ​​alfa partikler.

I en diffus refleksion af Alpha Partikler Det forklares, at eksperimentet har til formål at finde ud af, at partiklerne bevæger sig i vinkler på mere end 90 grader.

De skabte en anden prototype til eksperimentet, hvor der blev skabt en glasbeholder med konisk form. De monterede en blyplade, så alfa-partiklerne kolliderede med den, og for at se dens dispersion blev der anbragt en fluorescerende plade.

Problemet med konfigurationen af ​​denne enhed er, at partiklerne undgik blypladen og hopper af luftmolekylerne.

De testede ved at placere et metalark og så på fluorescerende skærm, at der var flere slag af partiklerne.

Det blev vist, at metaller, der havde en højere atommasse, afspejlede flere partikler, men Geiger og Masden ønskede at vide det nøjagtige antal partikler. Men eksperimentet med at have radio og radioaktive materialer kunne ikke være præcis.

Tredje prototype

Artiklen Spredning af a-partikler ved materiale af 1910 forklarer det tredje eksperiment, Geiger designet. Her var det allerede fokuseret på måling af partiklernes dispersionsvinkel afhængigt af det materiale, de kommer i kontakt med.

Denne gang var røret vandtæt, og kviksølv pumpede radon-222 til fluorescerende skærm. Ved hjælp af mikroskopet blev de blinker, der optrådte på fluorescerende skærm, talt.

vinkler var partikler og konklusionerne udbøjningsvinkler øges med højere atommasse af materiale, og som også er proportional med atommassen af ​​stoffet blev beregnet.

Den mest sandsynlige afvigelsesvinkel falder dog med hastighed, og sandsynligheden for, at den afviger mere end 90º, er ubetydelig.

Med de resultater, der blev opnået i denne prototype, beregnede Rutherford dispersionsmønstret matematisk.

Gennem en matematisk ligning blev det beregnet, hvordan pladen skulle sprede partiklerne, forudsat at atomet har den positive elektriske ladning i centrum. Selv om sidstnævnte kun blev betragtet som en hypotese.

Den udviklede ligning var som denne:

Hvor, s = antallet af alfa partikler, der falder på enhedens område med en afbøjningsvinkel Φ

• r = afstanden for forekomsten af ​​alfastrålerne på dispersionsmaterialet
• X = det totale antal partikler, som falder på dispersionsmaterialet
• n = antallet af atomer i et enhedsvolumen af ​​materialet
• t = tykkelsen af ​​arket
• Qn = den positive ladning af atomkernen
• Qa = den positive ladning af alfa partiklerne
• m = massen af ​​en alfapartikel
• v = alfapartiklernes hastighed

Endelig prototype

Med modellen af ​​Rutherfords ligninger forsøgte et forsøg at demonstrere, hvad der blev postuleret, og at atomerne havde en kerne med positiv ladning.

Den udformede ligning forudsagde, at antallet af blink per minut (er), der skal observeres i en given vinkel (Φ), skal være proportional med:

• csc⁴Φ / 2
• tykkelsen af ​​arket t
• størrelsen af ​​den centrale belastning Qn
• 1 / (mv²)²

For at demonstrere disse fire hypoteser oprettes fire eksperimenter, som forklares af artiklen Loven om afbøjning af a partikler med store vinkler af 1913.

For at teste effekten proportionel med csc⁴Φ / 2, bygget en cylinder oven på en drejeskive på en søjle.

Kolonne bombendo luft og dækkes med en fluorescerende skærm mikroskop lov til at observere partiklerne træder til 150 °, således at den hypotese var bevist Rutherford.

For at teste hypotesen om tykkelsen af ​​arket monterede en disk med 6 huller dækket af plader af forskellig tykkelse. Det blev observeret, at antallet af blinker var proportional med tykkelsen.

De genbruges skive ovennævnte eksperiment for at måle dispersionen mønster, idet det antages, at kernen belastning var proportional med atomvægt, hvis dispersionen målte var proportional med kvadratet atomvægt.

Med de opnåede blink, divideret med ækvivalenten af ​​luft og derefter divideret med kvadratroden af ​​atomvægten, fandt de, at proportionerne var ens

Og endelig med den samme disk eksperiment blev anbringe flere skiver for at forsinke glimmerpartikler, og en række fejl, viste de, at antallet af scintillation var proportional med 1 / v⁴, som Rutherford havde forudsagt i sin model.

Gennem eksperimenterne viste de sig, at alle Rutherfords hypoteser blev opfyldt på en måde, der bestemte Rutherford Atomic Model. I denne model, der blev offentliggjort i 1917, er det postuleret, at atomerne har en central kerne med positiv ladning.

Hvis atomets centrale kernen er den med den positive ladning, vil resten af ​​atomet være tomt med elektronerne, der kredser rundt om det.

Med denne model blev det vist at atomerne har en neutral ladning, og at den positive ladning, der er i kernen, modvirkes af det samme antal elektroner, der kredser rundt.

Hvis vi fjerner elektroner fra atomet, vil de blive efterladt med en positiv ladning. Atomerne er stabile, da centrifugalkraften er lig med den elektriske kraft, idet elektronerne holdes på plads

referencer

1. CUÉLLAR FERNÁNDEZ, Luigi; GALLEGO BADILLO, Romulo; PÉREZ MIRANDA, Royman. Den atomiske model af E. Rutherford.Undervisning af videnskab, 2008, vol. 26.
2. BOHR, Niels. Rutherford Memorial Lecture 1958 Reminiscences af grundlæggeren af ​​Nuclear Science og nogle Udviklinger Baseret på hans arbejde.Forfølgelser af det fysiske samfund, 1961.
3. JUSTI, Rosaria; GILBERT, John. Videnskabens historie og filosofi gennem modeller: nogle udfordringer i forbindelse med 'atomen'.International Journal of Science Education, 2000, vol. 22.
4. COHEN-TANNOUDJI, Claude et al.Atom-foton-interaktioner: grundlæggende processer og applikationer. New York: Wiley, 1992.
5. AGUILERA, Damarys et al. Konceptuelle modeller af universitetsstuderende om den atomare struktur baseret på eksperimenter af Thomson, Rutherford og Bohr / Konceptuelle modeller af universitetsstuderende atomare struktur baseret på acerca eksperimenter af Thomson, Rutherford og Bohr.Journal of Science Education, 2000, vol. 1, nr. 2.
6. DE LA LLATA LOYOLA, María Dolores.Uorganisk kemi. Editorial Progreso, 2001.
7. TORRES, Amalia Williart. Historisk eksperiment: Opdagelse af atomkernen: Rutherford-eksperimentet.100cias UNED, 2003, nr. 6, s. 107-111.