Eksperimen Rutherford dan Prototaipnya



The Percubaan Rutherford membenarkan sekumpulan saintis mengetahui bahawa setiap atom mempunyai nukleus bercas positif.

Ernest Rutherford, seorang ahli fizik dan ahli kimia New Zealand. Beliau memberi tumpuan kepada kajian zarah radioaktif dan menjalankan beberapa penyiasatan yang membolehkannya memenangi Hadiah Nobel dalam Kimia pada tahun 1908.

Di bawah arahan Rutherford, Hans Geiger dan Ernest Marsden, mereka membantu mewujudkan model atom, di makmal Universiti Manchester.

Salah satu teori atom pertama yang wujud ialah yang dirumuskan oleh Thomson, penemu elektron. Dia percaya bahawa atom adalah sfera dengan tuduhan positif, dan bahawa elektron telah diedarkan di dalamnya.

Teori Thomson mengatakan bahawa jika zarah alfa bertembung dengan atom, zarah ini akan melalui atom. Ini akan terjejas oleh medan elektrik atom mengikut model ini.

Pada masa ini, proton dan neutron tidak dapat ditemui. Thomson tidak dapat membuktikan kewujudannya dan modelnya tidak diterima oleh komuniti saintifik.

Untuk menunjukkan kewujudan teori Thomson, Rutherford, Geiger dan Marsdend merupakan eksperimen di mana mereka membombardir zarah alfa, dibuat dengan nukleus gas helium, melawan lembaran logam.

Sekiranya model Thomson bekerja, zarah perlu melalui lembaran logam tanpa sebarang penyelewengan.

Pembangunan eksperimen Rutherford

Prototaip pertama

Prototaip reka bentuk pertama percubaan, yang dilakukan pada tahun 1908, dijelaskan oleh Geiger dalam satu artikel bertajuk Mengenai Penyebaran Zarah Mengikut Perkara.

Mereka membina tiub kaca kira-kira dua meter panjang, pada satu hujung terdapat sumber radio, dan pada akhir yang sama skrin berpusat telah diletakkan. Di tengah-tengah tiub, sejenis corong diletakkan untuk zarah alpha untuk melaluinya.

Proses yang diikuti adalah untuk lulus zarah alfa melalui celah supaya ia akan memproyeksikan pancaran cahaya ke skrin phosphorescent.

Dengan mengepam semua udara dari tiub, imej yang diperoleh adalah jelas dan sesuai dengan pembukaan di tengah-tengah tiub. Apabila jumlah udara dalam tiub itu diturunkan, imej menjadi lebih tersebar.

Kemudian, untuk melihat trajektori mana zarah-zarah diikuti jika mereka memukul sesuatu atau dilalui, kerana teori Thomson dipelihara, daun emas dimasukkan ke dalam slot.

Ini menunjukkan bahawa udara dan pepejal menyebabkan penyebaran zarah-zarah yang dicerminkan dalam skrin phosphorescent dengan imej yang lebih tersebar.

Masalah dengan prototaip pertama ini ialah ia hanya menunjukkan hasil penyebaran, tetapi bukan lintasan bahawa zarah alfa diikuti.

Prototaip kedua

Geiger dan Marsden menerbitkan sebuah artikel pada tahun 1909 di mana mereka menerangkan eksperimen untuk menunjukkan pergerakan zarah alfa.

Dalam Refleksi Berkisar Alpha Zarah dijelaskan bahawa eksperimen ini bertujuan untuk mengetahui bahawa zarah bergerak pada sudut lebih dari 90 darjah.

Mereka mencipta prototaip kedua untuk eksperimen, di mana sebuah bekas kaca dengan bentuk konik dicipta. Mereka dipasang plat plumbum, supaya zarah alfa bertembung dengannya, dan untuk melihat penyebarannya, plat pendarfluor diletakkan di belakang.

Masalah dengan konfigurasi peranti ini adalah bahawa zarah-zarah mengelakkan plat plumbum, memantul molekul udara.

Mereka diuji dengan meletakkan lembaran logam dan melihat pada skrin pendarfluor bahawa terdapat lebih banyak pukulan zarah.

Telah ditunjukkan bahawa logam yang mempunyai jisim atom yang lebih tinggi mencerminkan lebih banyak zarah, tetapi Geiger dan Masden ingin mengetahui bilangan zarah yang tepat. Tetapi percubaan dengan mempunyai radio, dan bahan radioaktif, tidak dapat tepat.

Prototaip ketiga

Artikel itu Penyebaran α-zarah oleh perkara 1910 menerangkan percubaan ketiga yang direka oleh Geiger. Di sini ia telah memberi tumpuan kepada mengukur sudut penyebaran zarah, bergantung kepada bahan di mana mereka bersentuhan.

Kali ini, tiub itu kedap air, dan merkuri dipam-radon-222 ke skrin pendarfluor. Dengan bantuan mikroskop, kilauan yang muncul pada skrin pendarfluur dikira.

Sudut-sudut yang mengikuti zarah telah dikira dan kesimpulan dicapai bahawa sudut pesongan meningkat dengan jisim atom yang lebih tinggi dari bahan, dan ia juga berkadar dengan jisim atom bahan.

Walau bagaimanapun, sudut pesongan yang paling mungkin menurun dengan kelajuan dan kebarangkalian bahawa ia menyimpang lebih daripada 90º diabaikan.

Dengan hasil yang diperolehi dalam prototaip ini, Rutherford mengira corak penyebaran secara matematik.

Melalui persamaan matematik, ia dikira bagaimana lembaran itu mesti menyebarkan zarah, dengan anggapan bahawa atom mempunyai caj elektrik yang positif di pusatnya. Walaupun yang terakhir hanya dianggap sebagai hipotesis.

Persamaan yang maju adalah seperti ini:

Di mana, s = bilangan zarah alfa yang jatuh di kawasan unit dengan sudut pesongan Φ

  • r = jarak titik kejadian sinaran alfa pada bahan penyebaran
  • X = jumlah zarah yang jatuh pada bahan penyebaran
  • n = bilangan atom dalam isipadu unit bahan
  • t = ketebalan lembaran
  • Qn = caj positif nukleus atom
  • Qα = caj positif terhadap zarah alfa
  • m = jisim zarah alfa
  • v = kelajuan zarah alfa

Prototaip terakhir

Dengan model persamaan Rutherford, eksperimen telah cuba untuk menunjukkan apa yang sedang diulas, dan bahawa atom mempunyai nukleus dengan caj positif.

Persamaan yang direkabentuk meramalkan bahawa bilangan kilat per minit yang akan dipatuhi pada sudut tertentu (Φ) hendaklah berkadaran dengan:

  • csc4Φ / 2
  • ketebalan lembaran t
  • magnitud beban pusat Qn
  • 1 / (mv2)2

Untuk menunjukkan empat hipotesis ini, empat eksperimen dibuat, yang diterangkan oleh artikel Undang-undang pesongan zarah α dengan sudut besar 1913.

Untuk menguji kesan berkadaran dengan csc4Φ / 2, membina silinder di atas meja putar, di atas lajur.

Lajur mengepam udara dan mikroskop yang ditutup dengan skrin pendarfluor yang dibenarkan untuk memerhatikan zarah-zarah yang menyimpang sehingga 150º, dengan mana hipotesis Rutherford ditunjukkan.

Untuk menguji hipotesis ketebalan lembaran, memasang cakera dengan 6 lubang yang diliputi dengan ketebalan pelbagai ketebalan. Telah diperhatikan bahawa bilangan kilauan berkadaran dengan ketebalan.

Mereka menggunakan cakera eksperimen sebelumnya untuk mengukur corak penyebaran, dengan anggapan bahawa beban nukleus adalah berkadar dengan berat atom, mereka mengukur jika penyebaran itu berkadar dengan berat atom yang berkadar.

Dengan kilauan yang diperolehi, dibahagikan dengan udara yang setara, dan kemudian dibahagikan dengan akar kuadrat dari berat atom, mereka mendapati bahawa proporsinya sama

Dan akhirnya, dengan cakera eksperimen yang sama, mereka meletakkan lebih banyak cakera mika untuk menghalang zarah-zarah tersebut, dan dengan julat ralat yang boleh diterima, mereka menunjukkan bahawa bilangan kilauan adalah berkadar dengan 1 / v4, seperti yang diramalkan oleh Rutherford dalam modelnya.

Melalui eksperimen mereka membuktikan bahawa semua hipotesis Rutherford dipenuhi dengan cara yang menentukan Model Rutherford Atom. Dalam model ini, akhirnya diterbitkan pada tahun 1917, ia menganggap bahawa atom mempunyai nukleus sentral dengan caj positif.

Sekiranya nukleus pusat atom adalah satu dengan cas positif, selebihnya atom akan kosong dengan elektron yang mengorbit di sekelilingnya.

Dengan model ini ditunjukkan bahawa atom-atom mempunyai cas neutral dan caj positif yang berada di dalam nukleus diatasi oleh bilangan elektron yang sama yang mengelilingi sekitar.

Jika kita mengeluarkan elektron dari atom, mereka akan ditinggalkan dengan caj positif. Atom adalah stabil, kerana daya empar bersamaan dengan kuasa elektrik, menjaga elektron di tempat

Rujukan

  1. CUÉLLAR FERNÁDDEZ, Luigi; GALLEGO BADILLO, Romulo; PÉREZ MIRANDA, Royman. Model atom E. Rutherford.Pengajaran Sains, 2008, vol. 26.
  2. BOHR, Niels. Kuliah Memorial Rutherford 1958 Reminiscences of the Founder of Science Nuclear and Some Developments Based on his Work.Prosiding Persatuan Fizikal, 1961.
  3. JUSTI, Rosaria; GILBERT, John. Sejarah dan falsafah sains melalui model: beberapa cabaran dalam hal of'the atom '.Jurnal Pendidikan Sains Antarabangsa, 2000, vol. 22.
  4. COHEN-TANNOUDJI, Claude, et al.Interaksi atom-foton: proses asas dan aplikasi. New York: Wiley, 1992.
  5. AGUILERA, Damarys, et al. Model konsep pelajar universiti mengenai struktur atom berdasarkan percubaan model Thomson, Rutherford dan Bohr / Conceptual pelajar universiti mengenai struktur atom berdasarkan eksperimen Thomson, Rutherford dan Bohr.Jurnal Pendidikan Sains, 2000, vol. 1, tidak 2.
  6. DE LA LLATA LOYOLA, María Dolores.Kimia anorganik. Editorial Progreso, 2001.
  7. TORRES, Amalia Williart. Eksperimen sejarah: penemuan nukleus atom: eksperimen Rutherford.100ci UNED, 2003, no 6, p. 107-111.