Rutherford-eksperimentet og dets prototyper

den Rutherford-eksperiment tillot en gruppe forskere å oppdage at hvert atom har en positivt ladet kjerne.

Ernest Rutherford, var en New Zealand fysiker og kjemiker. Han fokuserte på studiet av radioaktive partikler og gjennomførte flere undersøkelser som tillot ham å vinne Nobelprisen i kjemi i 1908.

Under ledelse av Rutherford, Hans Geiger og Ernest Marsden, bidro de til å skape atommodellen, i laboratoriene ved University of Manchester.

En av de første atomteoriene som eksisterer er den som er formulert av Thomson, oppdageren av elektronen. Han trodde at atomene var sfærer med positiv ladning, og at elektronene ble distribuert i den.

Thomsons teori sa at hvis en alfagruppe kolliderte med et atom, ville denne partikkelen passere gjennom atomet. Dette vil bli påvirket av atomets elektriske felt i henhold til denne modellen.

På dette tidspunktet hadde ikke protoner og nøytroner blitt oppdaget. Thomson kunne ikke bevise sin eksistens og modellen hans ble ikke akseptert av det vitenskapelige samfunn.

For å demonstrere eksistensen av teorien Thomson, Rutherford, Geiger og Marsdendiseñaron et eksperiment for å bombardere alfa-partikler, kjerner som ble laget med heliumgass, mot en metallplate.

Hvis Thomson-modellen fungerte, bør partiklene gå gjennom metallplaten uten avvik.

Utvikling av Rutherford-eksperimentet

Første prototype

Den første designprototypen av forsøket, utført i 1908, ble forklart av Geiger i en artikkel med tittelen Om spredning av partikler etter forhold.

De bygde et glassrør om to meter lang, i en ende var det en radiokilde, og i den motsatte enden ble en fosforescerende skjerm plassert. I midten av røret ble en slags trakt plassert for alfa partiklene å passere gjennom den.

Prosessen som fulgte var å passere alfa-partiklene gjennom spalten slik at den ville projisere lysstrålen på fosforiserende skjermen.

Ved å pumpe all luften fra røret ble bildet oppnådd klart og korrespondert med åpningen i midten av røret. Når mengden luft i røret ble senket ble bildet mer diffust.

For å se hvilken bane partiklene fulgte hvis de slo noe eller traverserte det, som Thomsons teori opprettholdt, ble et gullblad satt inn i sporet.

Dette viste at luften og faste stoffer forårsaket en spredning av partiklene som ble reflektert i fosfororescerende skjerm med mer diffuse bilder.

Problemet med denne første prototypen er at det bare viste resultatet av dispersjonen, men ikke den bane som alfa-partiklene fulgte.

Andre prototype

Geiger og Marsden publiserer en artikkel i 1909 hvor de forklarte et forsøk for å demonstrere bevegelsen av alfa partikler.

I en diffus refleksjon av Alpha-partikler Det forklares at forsøket tar sikte på å finne ut at partiklene beveger seg i vinkler på mer enn 90 grader.

De opprettet en andre prototype for eksperimentet, hvor en glassbeholder med konisk form ble opprettet. De monterte en blyplate, slik at alfa partiklene kolliderte med den, og for å se dens spredning, ble en fluorescerende plate plassert bak.

Problemet med konfigurasjonen av denne enheten er at partiklene unngår blyplaten, spretter av luftmolekylene.

De testet ved å plassere et metallark og så på fluorescerende skjerm at det var flere slag av partiklene.

Det ble vist at metaller som hadde en høyere atommasse reflekterte flere partikler, men Geiger og Masden ønsket å vite nøyaktig antall partikler. Men eksperimentet med å ha radio og radioaktive materialer, kunne ikke være nøyaktig.

Tredje prototype

Artikkelen Spredning av a-partikler ved materie fra 1910 forklarer det tredje eksperimentet Geiger designet. Her var det allerede fokusert på måling av spredningsvinkelen til partiklene, avhengig av materialet de kommer i kontakt med.

Denne gangen var røret vanntett, og kvikksølv pumpet radon-222 til fluorescerende skjerm. Ved hjelp av mikroskopet ble blinkene som dukket opp på fluorescerende skjerm talt.

vinkel som kunne partikler og konklusjonene defleksjonsvinklene øke med høyere atommassen av materialet, og som også er proporsjonal med atomvekten av stoffet ble beregnet.

Imidlertid reduseres den mest sannsynlige avbøyningsvinkelen med hastighet, og sannsynligheten for at den avviger mer enn 90º er ubetydelig.

Med resultatene oppnådd i denne prototypen, beregnet Rutherford dispersjonsmønsteret matematisk.

Gjennom en matematisk ligning ble det beregnet hvordan platen skulle dispergere partiklene, forutsatt at atomet har den positive elektriske ladningen i midten. Selv om sistnevnte bare ble ansett som en hypotese.

Den utviklede ligningen var slik:

Hvor, s = antall alfa-partikler som faller på enhetsområdet med en avbøyningsvinkel Φ

• r = avstanden til forekomstpunktet av alfastrålene på dispersjonsmaterialet
• X = totalt antall partikler som faller på dispersjonsmaterialet
• n = antall atomer i et enhetens volum av materialet
• t = tykkelsen på arket
• Qn = den positive ladningen til atomkjernen
• Qα = den positive ladningen av alfa partiklene
• m = massen av en alfapartikkel
• v = hastigheten på alfa partikkelen

Endelig prototype

Med Rutherford modellen likninger, vi forsøkte å gjøre et eksperiment for å demonstrere hva som ble postulert, og at atomer har en kjerne med positiv ladning.

Ligningen designet spådd at antall tellinger per minutt (er) for å bli observert i en gitt vinkel (Φ) bør være proporsjonal med:

• CSC⁴Φ / 2
• tykkelsen på arket t
• størrelsen på den sentrale lasten Qn
• 1 / (mv²)²

For å demonstrere disse fire hypotesene, opprettes fire eksperimenter, som forklares av artikkelen Loven for avbøyning av a partikler med store vinkler av 1913.

For å teste effekten proporsjonal med csc⁴Φ / 2, bygget en sylinder på toppen av en plater, på en kolonne.

Kolonnen som pumper luften og mikroskopet dekket med en fluorescerende skjerm, fikk lov til å observere partiklene som var avviket opptil 150º, som hypotesen til Rutherford ble demonstrert.

For å teste hypotesen om tykkelsen på arket, monterte en disk med 6 hull dekket med ark med varierende tykkelse. Det ble observert at antall blinker var proporsjonal med tykkelsen.

De gjenbrukte disken i det foregående eksperimentet for å måle dispersjonsmønsteret, forutsatt at kjernens last var proporsjonal med atomvekten, målt de dersom dispersjonen var proporsjonal med atomvekten kvadratet.

Med de oppnådde blink, delt med ekvivalenten av luft, og deretter delt av kvadratroten av atomvekten, fant de at proporsjonene var like

Og til slutt, med den samme platen eksperiment var å plassere flere plater for å retardere glimmerpartikler, og en rekke feil, viste de at antallet scintillasjons var proporsjonal med 1 / v⁴, som Rutherford hadde spådd i sin modell.

Gjennom forsøkene viste de at alle Rutherfords hypoteser ble møtt på en måte som bestemte Rutherford Atomic Model. I denne modellen, som ble publisert i 1917, er det postulert at atomene har en sentral kjernen med positiv ladning.

Hvis atomens sentrale kjernen er den med den positive ladningen, vil resten av atomet være tomt med elektronene som kretser rundt det.

Med denne modellen ble det vist at atomene har en nøytral ladning, og at den positive ladningen som er i kjernen motvirkes av det samme antall elektroner som bane rundt.

Hvis vi fjerner elektroner fra atomen, vil de da bli igjen med en positiv ladning. Atomene er stabile, da sentrifugalkraften er lik den elektriske kraften, og holder elektronene på plass

referanser

1. CUÉLLAR FERNÁNDEZ, Luigi; GALLEGO BADILLO, Romulo; PÉREZ MIRANDA, Royman. Den atomiske modellen til E. Rutherford.Vitenskapsundervisning, 2008, vol. 26.
2. BOHR, Niels. Rutherford Memorial Lesson 1958 Reminiscences av grunnleggeren av kjernefysikk og noen utviklinger basert på hans arbeid.Foredrag i Fysisk Samfunn, 1961.
3. JUSTI, Rosaria; GILBERT, John. Vitenskapens historie og filosofi gjennom modeller: Noen utfordringer når det gjelder 'atomen'.International Journal of Science Education, 2000, vol. 22.
4. COHEN-TANNOUDJI, Claude, et al.Atom-foton-interaksjoner: grunnleggende prosesser og applikasjoner. New York: Wiley, 1992.
5. AGUILERA, Damarys, et al. Konseptuelle modeller av universitetsstudenter om atomstruktur basert på eksperimenter av Thomson, Rutherford og Bohr / konseptuelle modeller av universitetsstudenter atomstruktur basert på acerca eksperimenter av Thomson, Rutherford og Bohr.Journal of Science Education, 2000, vol. 1, nr. 2.
6. DE LA LLATA LOYOLA, María Dolores.Uorganisk kjemi. Editorial Progreso, 2001.
7. TORRES, Amalia Williart. Historisk eksperiment: funn av atomkjernen: Rutherford-eksperimentet.100cias UNED, 2003, nr. 6, s. 107-111.