Experimento de la lamina de oro:
La estructura del átomo fue dada primero por el modelo de pudín de ciruela de J.J. Thomson antes del experimento de Ernest Rutherford. El modelo de budín de ciruela explicó un átomo como un cuerpo de carga positiva que contiene pequeñas partículas cargadas negativamente que se llaman electrones. También describió que la carga negativa en el átomo se equilibra con la misma cantidad de carga positiva para mantener la neutralidad del átomo. Pero hubo algunas fallas en este modelo de Thomson. No dio la estructura completa del átomo que Rutherford le dio en su Experimento de hoja de oro en 1898, que se publicó en 1911.
Él descubrió el concepto de núcleo en átomo. Su investigación se basa en el experimento con partículas alfa. Las partículas alfa son partículas de átomos de helio. Él bombardeó partículas alfa positivas en una fina lámina de oro aprox. 8.6 x 10 -6 centímetros de grosor y tomó las observaciones en la pantalla de sulfuro de zinc que estaba detrás de la lámina de oro. Observó la desviación de estas partículas alfa bombardeadas en la película fotográfica. Echemos un vistazo al experimento de la lámina de oro de Rutherford.
En 1910, un físico de Nueva Zelanda, Ernest Rutherford realizó un experimento conocido como experimento de lámina de oro de Rutherford. Este experimento se determinó para descubrir la estructura de un átomo. En este momento fue descubierto por J.J. Thomson que los electrones están presentes en un átomo y que están cargados negativamente. Entonces se asumió que dado que un átomo es neutral y los electrones presentes están cargados negativamente, debería haber una carga positiva dentro de él que lo haga neutral. Así que Rutherford trabajó bajo los descubrimientos y la asunción de J.J. Thomson. Él aceptó J.J. Modelo de Thomson de un átomo que era modelo de budín de ciruela.
De acuerdo con el modelo de pudín de ciruela, había partículas cargadas negativamente, es decir, electrones incrustados o suspendidos en una esfera de carga positiva (electrones presentados como ciruelas dentro del tazón de budín).
Earnest Rutherford instaló un aparato e hizo un experimento que podría confirmar el modelo de átomo de JJ Thomson. Pero terminó con algunos hechos nuevos en la estructura del átomo. Su experimento es el siguiente:
Construcción de su experimento:
Tiene una fuente radioactiva rica en partículas alfa pesadas cargadas positivamente dentro de una caja de plomo gruesa en forma de cubo con una abertura estrecha.
Las partículas alfa se limitaron a un haz estrecho pasando a través de una lámina de plomo a través de una rendija. Una lámina de oro extremadamente delgada fue bombardeada con el haz estrecho de partículas alfa en movimiento rápido. Al bombardear las partículas alfa se dispersaron en diferentes direcciones con diferentes ángulos y se detectaron mediante un detector rotativo fluorescente que tiene un microscopio y una pantalla recubierta con sulfuro de zinc. Toda la configuración experimental se colocó en una cámara de vacío para evitar la dispersión por las moléculas de aire. Estas partículas después de golpear en la pantalla causaron centelleos. Antes de realizar este experimento, Rutherford asumió que la mayoría de las partículas alfa pasarían a través de la lámina de oro con menos deflexión. Él asumió esto sobre la base de la teoría propuesta por JJ Thomson. Esto se asumió porque las partículas alfa son pesadas y la carga negativa en el “modelo de budín de ciruela” está ampliamente extendida.
Después de realizar su experimento, hizo observaciones:
Casi todas las partículas alfa pasaron a través de la lámina pero
Algunas partículas alfa se desviaron en diferentes ángulos como se observa en la pantalla del detector.
Muy pocas de las partículas alfa (una o dos) incluso rebotó hacia atrás después de golpear la lámina de oro.
Sobre la base de estas observaciones, Rutherford llegó a las siguientes conclusiones:
Como la mayoría de las partículas alfa pasan directamente a través de la lámina de oro sin desviación, la mayor parte del espacio dentro de los átomos está vacío.
Dado que algunas de las partículas alfa (que son de gran tamaño) se desviaron en grandes ángulos o rebotaban hacia atrás, deben haberse acercado a alguna región cargada positivamente responsable de la deflexión. Esta región cargada positivamente ahora se llama núcleo.
Como muy pocas partículas alfa sufrieron la desviación, se concluyó que el volumen ocupado por la región central (núcleo) es muy pequeño.
Dado que las partículas alfa que son relativamente más densas, fueron desviadas por el volumen central de carga, muestra que casi la masa completa del átomo debe estar dentro del volumen central.
Modelo Atómico de RutherfordVolver arriba
El modelo atómico de Rutherford, también conocido como modelo planetario, es un modelo del átomo propuesto por el físico Ernest Rutherford. Rutherford dirigió el famoso experimento realizado por Geiger-Marsden en 1910. Tras el análisis de su experimento en 1911, sugirió que el modelo de pudín de ciruela de J.J. Thomson del átomo tenía inconvenientes. El nuevo modelo de Rutherford para el átomo, basado en los resultados experimentales, contenía las nuevas características de la siguiente manera:
La alta carga central se concentró en un volumen muy pequeño en comparación con el resto del átomo y
El modelo de Rutherford no avanzó en la explicación de la estructura electrónica del átomo. El artículo de Rutherford se limitó a mencionar el modelo atómico “Saturniano” anterior de 1904 de Hantaro Nagaoka a este respecto, en el que un número de pequeños electrones rodeaban el núcleo como las partículas y luego especularon para formar el anillo alrededor de Saturno. La concentración de Rutherford de la mayor parte de la masa del átomo en un núcleo muy pequeño, hizo algún tipo de modelo planetario, ya que ese núcleo contendría la mayor parte de la masa del átomo, similar al Sol que contiene la mayor parte de la masa del sistema solar. El modelo de Rutherford fue luego mejorado y cuantificado por uno de sus estudiantes, Niels Bohr, con el conocido modelo de átomo de Bohr.
“Para la concreción, considere el paso de una partícula α de alta velocidad a través de un átomo que tenga una carga central N positiva, y rodeado por una carga igual de electrones N.”
Rutherford fue capaz de calcular el radio de su carga central de oro a partir de consideraciones puramente energéticas de hasta qué punto las partículas de velocidad conocida podrían penetrar hacia una carga central de 100e. Él fundó que necesitaría ser menos (cuánto menos podría decirse) que 3.4 x 10-14m. Esto era en un átomo de oro conocido por tener 10-10 metros de radio, un hallazgo muy sorprendente ya que implicaba una fuerte carga central menor que (1/3000) del diámetro del átomo.
El modelo de Rutherford sirvió para concentrar gran parte de la carga y masa del átomo en un núcleo muy pequeño. Pero no pudo contribuir con ninguna estructura de los electrones restantes y la masa atómica restante. Mencionó el modelo atómico de Hantaro Nagaoka, que propuso que los electrones están dispuestos en uno o más anillos, con la estructura metafórica específica de los anillos estables de Saturno.
El descubrimiento de Rutherford ha contribuido mucho en el campo de la ciencia moderna. Después de la teoría de Rutherford, los científicos comenzaron a considerar que el átomo no es una sola partícula en última instancia, sino que está formado por partículas subatómicas muy pequeñas. Después de la investigación se hizo para descubrir la estructura atómica exacta que condujo al experimento de la lámina de oro de Rutherford. Descubrieron finalmente que los átomos tienen un núcleo con carga positiva (con un número atómico exacto de cargas) en el centro, que tiene un radio de aproximadamente 1,2 × 10-15 × [Número de masa atómica] 1/3 metros. Dado que se descubrió que los electrones eran aún más pequeños, esto concluyó que el átomo consiste principalmente en un espacio vacío.
Posteriormente, mediante el uso de rayos X los científicos encontraron el número esperado de electrones (igual al número atómico) en un átomo. Cuando una radiografía atraviesa un átomo, algunos de los rayos se dispersan y el resto pasa a través del átomo. A medida que los rayos X pierden su intensidad debido principalmente a la dispersión en los electrones, el número de electrones contenidos en un átomo puede estimarse con precisión al observar la tasa de disminución de la intensidad de los rayos X.