Rutherfordo eksperimentas ir jo prototipai

The Rutherfordo eksperimentas leido mokslininkų grupei atrasti, kad kiekvienas atomas turi teigiamai įkrautą branduolį.

Ernestas Rutherfordas buvo Naujosios Zelandijos fizikas ir chemikas. Jis sutelkė dėmesį į radioaktyviųjų dalelių tyrimą ir atliko kelis tyrimus, kurie leido jam 1908 m. Laimėti Nobelio chemijos premiją.

Vadovaudamiesi Rutherford, Hans Geiger ir Ernest Marsden, jie padėjo sukurti atominį modelį Mančesterio universiteto laboratorijose..

Viena iš pirmųjų egzistuojančių atominių teorijų yra elektrono atradėjas Thomsonas. Jis tikėjo, kad atomai buvo sferos, turinčios teigiamą krūvį, ir kad elektronai buvo platinami jame.

Thomson teorija teigė, kad jei alfa dalelė susidūrė su atomu, ši dalelė praeis per atomą. Tai paveiktų atomo elektrinis laukas pagal šį modelį.

Šiuo metu protonai ir neutronai nebuvo atrasti. Thomson negalėjo įrodyti savo egzistavimo ir jo bendruomenė nepriėmė jo modelio.

Parodyti Thomson teorijos egzistavimą, Rutherford, Geiger ir Marsdend eksperimentą, kuriame jie bombardavo alfa daleles, pagamintas iš helio dujų branduolių, prieš metalo lakštą.

Jei „Thomson“ modelis dirbo, dalelės turi eiti per metalo lakštą be jokių nukrypimų.

Rutherfordo eksperimento kūrimas

Pirmasis prototipas

Pirmasis dizaino prototipas, atliktas 1908 m., Buvo paaiškintas Geigerio straipsnyje Apie dalelių sklaidą pagal medžiagą.

Jie pastatė stiklo mėgintuvėlį apie du metrus ilgio, viename gale buvo radijo šaltinis, o priešingame gale - fosforizuojantis ekranas. Vamzdžio viduryje buvo įdėtas tam tikras piltuvėlis, kad alfa dalelės galėtų praeiti pro jį.

Vykdytas procesas buvo perduoti alfa daleles per plyšį taip, kad šviesos spindulys būtų nukreiptas į fosforizuojančią ekraną.

Siurbdamas visą orą iš vamzdelio, gautas vaizdas buvo skaidrus ir atitiko vamzdelio viduryje esančią angą. Kai oro srautas vamzdyje buvo nuleistas, vaizdas tapo difuzinis.

Tada, norėdami pamatyti, kokias trajektorijas seka dalelės, jei jos pasiekė kažką ar persikėlė jį, kaip Thomson teorija išliko, į angą buvo įdėta aukso lapų.

Tai parodė, kad oras ir kietosios medžiagos sukėlė dalelių, kurios atspindėjo fosforizuojančiame ekrane, dispersiją su labiau difuziniais vaizdais.

Šio pirmojo prototipo problema yra ta, kad jis parodė tik dispersijos rezultatą, bet ne trajektoriją, kurią sekė alfa dalelės.

Antrasis prototipas

Geigeris ir Marsdenas paskelbė straipsnį 1909 m., Kuriame jie paaiškino eksperimentą, parodantį alfa dalelių judėjimą.

Difuziniame Alpių dalelių atspindyje paaiškinama, kad eksperimento tikslas - išsiaiškinti, kad dalelės juda daugiau nei 90 laipsnių kampu.

Jie sukūrė antrąjį eksperimento prototipą, kur buvo sukurtas kūginės formos stiklinis indas. Jie sumontavo švino plokštę taip, kad alfa dalelės susidūrė su juo ir, norėdami pamatyti jos dispersiją, užsidėjo fluorescencinė plokštė.

Šio įrenginio konfigūracijos problema yra ta, kad dalelės vengia švino plokštės, atsimuša nuo oro molekulių.

Jie išbandė įdėdami metalo lakštą ir pamatė fluorescenciniame ekrane, kad buvo daugiau dalelių smūgių.

Buvo įrodyta, kad metalai, turintys didesnę atominę masę, atspindi daugiau dalelių, tačiau Geigeris ir Masdenas norėjo sužinoti tikslų dalelių skaičių. Tačiau eksperimentas su radiju ir radioaktyviosiomis medžiagomis negali būti tikslus.

Trečiasis prototipas

Straipsnis Α-dalelių dispersija pagal medžiagą 1910 m. paaiškina trečiąjį Geigerio atliktą eksperimentą. Čia jis jau buvo skirtas matuoti dalelių dispersijos kampą, priklausomai nuo medžiagos, kurioje jie liečiasi.

Šį kartą vamzdis buvo vandeniui nelaidus, o gyvsidabris pumpavo radoną-222 į fluorescencinį ekraną. Naudojant mikroskopą, skaičiuojami fluorescenciniame ekrane atsiradę blykstės.

Apskaičiuoti dalelės sekantys kampai ir buvo padaryta išvada, kad deformacijos kampai didėja su didesne medžiagos atomine mase ir kad jie taip pat yra proporcingi medžiagos atominei masei..

Tačiau greičiausiai mažiausias tikėtinas nukreipimo kampas sumažėja, o tikimybė, kad ji nukrypsta daugiau kaip 90º, yra nereikšminga.

Su šiuo prototipu gautais rezultatais Rutherfordas matematiniu būdu apskaičiavo dispersijos modelį.

Matematine lygtimi buvo apskaičiuota, kaip lakštas turi dalytis dalelėmis, darant prielaidą, kad atomas turi teigiamą elektros krūvį jos centre. Nors pastaroji buvo tik hipotezė.

Sukurta lygtis buvo tokia:

Kur, s = alfa dalelių, nukritusių į vieneto plotą, nukreipimo kampu Φ, skaičius

• r = dispersijos medžiagos alfa spindulių dažnio taško atstumas
• X = bendras dispersijos medžiagoje esančių dalelių skaičius
• n = medžiagos vieneto tūrio atomų skaičius
• t = lapo storis
• Qn = atominio branduolio teigiamas įkrovimas
• Qα = teigiamas alfa dalelių įkrovimas
• m = alfa dalelės masė
• v = alfa dalelės greitis

Galutinis prototipas

Su Rutherfordo lygčių modeliu buvo bandoma parodyti, kas buvo teigiama, ir kad atomai turėjo branduolį su teigiamu krūviu.

Numatyta lygtis prognozavo, kad blyksnių skaičius per minutę (-as), kurį reikia stebėti tam tikru kampu (Φ), turėtų būti proporcingas:

• csc⁴Φ / 2
• lapo t storis
• centrinės apkrovos dydis Qn
• 1 / (mv²)²

Siekiant parodyti šias keturias hipotezes, sukuriami keturi eksperimentai, kuriuos paaiškina straipsnis Α dalelių nukrypimo nuo didelių kampų įstatymai 1913 m.

Norėdami išbandyti proporcingą poveikį csc⁴Φ / 2, ant kolonėlės pastatytas cilindras ant stulpelio.

Kolonėlė, pumpuojanti orą ir mikroskopą, padengtą fluorescenciniu ekranu, leido stebėti daleles, kurios nukrito iki 150º, su kuriomis buvo įrodyta Rutherfordo hipotezė..

Norėdami patikrinti lapo storio hipotezę, sumontuotas diskas su 6 skylėmis, padengtomis skirtingo storio lapais. Pastebėta, kad blyksnių skaičius buvo proporcingas storiui.

Jie pakartotinai panaudojo ankstesnio eksperimento diską, kad išmatuotų dispersijos modelį, darant prielaidą, kad branduolio apkrova yra proporcinga atominiam svoriui, jie išmatuoti, jei dispersija buvo proporcinga atomo svoriui..

Kai gautos blykstės, padalintos iš oro ekvivalento, ir padalintos iš atominės masės kvadratinės šaknies, jos nustatė, kad proporcijos yra panašios

Galiausiai, naudojant tą patį eksperimento diską, jie įdėjo daugiau žėručio diskų, kad sumažintų daleles, ir su priimtinu klaidų diapazonu jie parodė, kad scenarijų skaičius buvo proporcingas 1 / v⁴, kaip Rutherfordas prognozavo savo modelyje.

Eksperimentais jie įrodė, kad visos Rutherfordo hipotezės buvo įvykdytos taip, kad nustatytų Rutherfordo atominį modelį. Šiame modelyje, galiausiai paskelbtame 1917 m., Teigiama, kad atomai turi centrinį branduolį su teigiamu įkrovimu.

Jei atomo centrinis branduolys yra tas, kuris turi teigiamą krūvį, likusi atomo dalis bus tuščia su aplink jį besisukančiais elektronais.

Su šiuo modeliu buvo parodyta, kad atomai turi neutralų krūvį ir kad branduolyje esantis teigiamas įkrovimas yra neutralizuojamas tuo pačiu skaičiumi elektronų, kurie orbitoje aplink.

Jei pašalinsime elektronus iš atomo, jie bus palikti teigiamam krūviui. Atomai yra stabilūs, nes išcentrinė jėga yra lygi elektros jėgai, išlaikant elektronus

Nuorodos

1. CUÉLLAR FERNÁNDEZ, Luigi; GALLEGO BADILLO, Romulo; PÉREZ MIRANDA, Royman. E. Rutherfordo atominis modelis.Mokslo mokymas, 2008, t. 26.
2. BOHR, Niels. Rutherfordo memorialinė paskaita, 1958 m..Fizinės visuomenės veikla, 1961 m.
3. JUSTI, Rosaria; GILBERT, John. Mokslo istorija ir filosofija per modelius: kai kurie atomo atrankos iššūkiai “.Tarptautinis mokslo mokslo žurnalas, 2000, t. 22.
4. COHEN-TANNOUDJI, Claude ir kt.Atomofono sąveika: pagrindiniai procesai ir taikymai. Niujorkas: Wiley, 1992.
5. AGUILERA, Damarys, et al. Universiteto studentų koncepciniai modeliai dėl atominės struktūros, remiantis Thomson, Rutherford ir Bohr eksperimentais / Universiteto studentų koncepciniai modeliai apie atominę struktūrą, paremtą Thomson, Rutherford ir Bohr eksperimentais.Mokslo mokslo žurnalas, 2000, t. 1, Nr. 2.
6. DE LA LLATA LOYOLA, María Dolores.Neorganinė chemija. Redakcija Progreso, 2001.
7. TORRES, Amalia Williart. Istorinis eksperimentas: atomo branduolio atradimas: Rutherfordo eksperimentas.100cias UNED, 2003, Nr. 6, p. 107-111.