ניסוי רתרפורד ואבות הטיפוס שלו

ה ניסוי רתרפורד אפשרה לקבוצת מדענים לגלות שלכל אטום יש גרעין טעון חיובי.

ארנסט רתרפורד, היה פיזיקאי וכימאי בניו זילנד. הוא התמקד בחקר חלקיקים רדיואקטיביים וערך כמה חקירות שאיפשרו לו לזכות בפרס נובל בכימיה ב -1908.

בניהולו של רתרפורד, הנס גייגר וארנסט מרסדן, הם עזרו ליצור את המודל האטומי, במעבדות של אוניברסיטת מנצ'סטר.

אחת התיאוריות האטומיות הראשונות שקיימה תומסון, מגלה האלקטרון. הוא האמין כי האטומים הם כדורים עם מטען חיובי, וכי האלקטרונים חולקו בו.

התיאוריה של תומסון אמרה שאם חלקיק אלפא התנגש באטום, החלקיק הזה יעבור דרך האטום. זה יהיה מושפע השדה החשמלי של האטום על פי מודל זה.

בשלב זה, פרוטונים ונייטרונים לא התגלו. תומסון לא יכול להוכיח את קיומו ואת המודל שלו לא התקבלה על ידי הקהילה המדעית.

כדי להדגים את קיומו של התיאוריה של תומסון, רתרפורד, גייגר ו Marsdend ניסוי שבו הם מופגזים חלקיקי אלפא, שנעשו עם גרעיני גז הליום, על גיליון מתכת.

אם מודל Thomson עבד, החלקיקים צריכים לעבור את גיליון המתכת ללא כל סטייה.

פיתוח הניסוי של רתרפורד

אב טיפוס ראשון

אב טיפוס העיצוב הראשון של הניסוי, שנערך בשנת 1908, הוסבר על ידי גייגר במאמר שכותרתו על פיזור חלקיקים.

הם בנו צינור זכוכית באורך שני מטרים, בקצה אחד היה מקור רדיו, ובצד השני הונח מסך זרחני. באמצע הצינור הונח מעין משפך כדי שחלקיקי האלפא יעברו דרכו.

התהליך הבא היה להעביר את חלקיקי אלפא דרך החריץ כך שזה יהיה פרוייקט קרן האור על המסך זרחני.

על ידי שאיבת כל האוויר מן הצינור, את התמונה שהתקבל היה ברור תואמים את הפתיחה באמצע הצינור. כאשר כמות האוויר בצינור הורידה, התמונה הפכה מפוזרת יותר.

לאחר מכן, כדי לראות איזה תוואי עוקבים אחרי חלקיקים אם הם פוגעים במשהו או חוצים אותו, כפי שתיארה תיאומסון, עלה זהב הוכנס לתוך החריץ.

זה הראה כי האוויר מוצקים גרמה פיזור של חלקיקים אשר באה לידי ביטוי במסך זרחני עם תמונות יותר מפוזרים.

הבעיה עם אב טיפוס זה הראשון היא כי זה רק הראה את התוצאה של הפיזור, אבל לא את המסלול כי חלקיקי אלפא.

אב טיפוס שני

Geiger ו Marsden לפרסם מאמר בשנת 1909 שבו הם הסבירו ניסוי כדי להדגים את התנועה של חלקיקי אלפא.

בהשתקפות מפוזר של חלקיקי אלפא הוא הסביר כי הניסוי נועד לגלות כי חלקיקים לנוע בזוויות של יותר מ 90 מעלות.

הם יצרו אב טיפוס שני לניסוי, שבו נוצר מיכל זכוכית עם צורה חרוטית. הם רכבו על צלחת עופרת, כך שחלקיקי האלפא התנגשו בה, וכדי לראות את פיזורה, הונח צלחת ניאון מאחור.

הבעיה עם התצורה של המכשיר הזה היא כי חלקיקים נמנעו צלחת להוביל, מקפץ את מולקולות האוויר.

הם נבדקו על ידי הנחת גיליון מתכת וראו על המסך פלואורסצנטי כי היו יותר מכות של החלקיקים.

הוכח כי מתכות בעלות מסה אטומית גבוהה משקפות יותר חלקיקים, אך גייגר ומזדן רצו לדעת את מספר החלקיקים המדויק. אבל הניסוי עם רדיו, חומרים רדיואקטיביים, לא יכול להיות מדויק.

אב טיפוס שלישי

המאמר פיזור חלקיקי α לפי חומר של 1910 מסביר את הניסוי השלישי כי גייגר תוכנן. כאן הוא כבר התמקד במדידת זווית הפיזור של החלקיקים, בהתאם לחומר שבו הם באים במגע.

הפעם היתה הצינורית אטומה למים, והכספית שאבה ראדון אל מסך הפלורסנט. בעזרת המיקרוסקופ נספרו הבזקים שהופיעו על מסך הפלורסנט.

הזוויות שבאו בעקבות החלקיקים חושבו והוסקו המסקנות כי זווית ההסטה גדלה עם המסה האטומית הגדולה של החומר, וכי היא גם פרופורציונלית למסה האטומית של החומר.

עם זאת, הזווית הסבירה ביותר של סטייה יורדת עם המהירות ואת ההסתברות שהיא חורג יותר מ 90 מעלות הוא זניח.

עם התוצאות שהתקבלו אב טיפוס זה, Rutherford מחושב לפיזור תבנית מתמטית.

באמצעות משוואה מתמטית, זה היה מחושב איך הגיליון צריך לפזר את החלקיקים, בהנחה כי אטום יש את המטען החשמלי חיובי במרכזו. אף על פי שהאחרון נחשב רק להיפותזה.

המשוואה שפותחה היתה כך:

איפה, s = מספר חלקיקי אלפא נופלים על אזור היחידה עם זווית הסטה Φ

• r = המרחק של נקודת ההיארעות של קרני האלפא על חומר הפיזור
• X = המספר הכולל של חלקיקים נופלים על חומר הפיזור
• n = מספר האטומים בנפח יחידה של החומר
• t = עובי הסדין
• Qn = החיוב החיובי של הגרעין האטומי
• Qα = החיוב החיובי של חלקיקי אלפא
• m = המסה של חלקיק אלפא
• v = מהירות החלקיק אלפא

אב טיפוס סופי

עם המודל של המשוואות של רתרפורד, ניסוי ניסו להוכיח את מה שהיה מונח, וכי האטומים היו גרעין עם מטען חיובי.

המשוואה המתוכננת חזה שמספר ההבזקים לדקה (ים) שנצפה בזווית נתונה (Φ) צריך להיות פרופורציונלי ל:

• csc⁴Φ / 2
• עובי הסדין
• גודל של עומס מרכזי Qn
• 1 / (mv²)²

כדי להדגים את ארבע ההשערות הללו, נוצרים ארבעה ניסויים, שמוסברים על ידי המאמר חוקי סטיה של חלקיקי α על ידי זוויות גדולות של 1913.

כדי לבדוק את האפקט היחסי ל- csc⁴Φ / 2, בנה גליל על גבי פטיפון, על עמודה.

הטור המשאיר את האוויר והמיקרוסקופ מכוסה במסך ניאון מותר להתבונן בחלקיקים שחרגו עד ל -150 מעלות, שעליה הודגמה ההשערה של ראת'רפורד.

כדי לבדוק את ההשערה של עובי הסדין, רכוב דיסק עם 6 חורים מכוסים בגליונות של עובי משתנה. נצפתה כי מספר הבזקים היו פרופורציונליים לעובי.

הם השתמשו שוב בדיסק של הניסוי הקודם כדי למדוד את דפוס הפיזור, בהנחה שהעומס של הגרעין היה פרופורציונלי למשקל האטומי, הם נמדדו אם הפיזור היה פרופורציונלי למשקל האטומי בריבועים.

עם הבזקים המתקבלים, מחולקים שווה ערך של אוויר, ולאחר מכן מחולק על ידי השורש הריבועי של המשקל האטומי, הם מצאו כי הפרופורציות היו דומים

ולבסוף, עם אותו דיסק של הניסוי, הם היו הנחת דיסקים יותר מיקה כדי לעכב את החלקיקים, ועם טווח שגיאה מקובל, הם הראו כי מספר scintillations היה פרופורציונלי 1 / v⁴, כפי שחזה רתרפורד במודל שלו.

באמצעות הניסויים הוכיחו שכל השערותיו של רתרפורד נתקלו באופן שקבע את המודל האטומי של רתרפורד. במודל זה, שפורסם סוף סוף בשנת 1917, הוא הניח כי אטומים יש גרעין מרכזי עם מטען חיובי.

אם הגרעין המרכזי של האטום הוא זה עם המטען החיובי, שאר האטום יהיה ריק עם האלקטרונים המקיפים אותו.

במודל זה הוכח כי אטומים יש מטען נייטרלי וכי המטען החיובי כי הוא בגרעין הוא counteracted על ידי אותו מספר של אלקטרונים המקיפים סביב.

אם נסיר אלקטרונים מן האטום, הם יישארו עם חיוב חיובי. האטומים יציבים, שכן הכוח הצנטריפוגלי שווה לכוח החשמלי, תוך שמירה על האלקטרונים במקום

הפניות

1. CUÉLLAR FERNÁNZZ, לואיג'י; גאלגו באדילו, רומולו; PERZ MIRANDA, רוימן. המודל האטומי של א 'רתרפורד.הוראת המדעים, 2008, כרך א. 26.
2. בוהר, נילס. ההרצאה לזכרו של רתרפורד 1958 זיכרונותיו של מייסד המדע הגרעיני ושל כמה התפתחויות המבוססות על עבודתו.ההליכים של החברה הפיזית, 1961.
3. ג'וסטי, רוזריה; ג 'ילברט, ג' ון. היסטוריה ופילוסופיה של המדע באמצעות מודלים: אתגרים מסוימים במקרה של 'האטום'.כתב העת הבינלאומי לחינוך מדעי, 2000, כרך א. 22.
4. כהן-טנוג'י, קלוד ואחרים.אינטראקציות אטום פוטון: תהליכים בסיסיים ויישומים. ניו יורק: ויילי, 1992.
5. אגילרה, דאמריס, ואחרים. מודלים קונספטואליים של סטודנטים באוניברסיטה על המבנה האטומי על סמך ניסויים של תומסון, רתרפורד ו בוהר / מודלים קונספטואליים של סטודנטים באוניברסיטה על מבנה אטומי מבוסס על ניסויים של תומסון, Rutherford ו בוהר.כתב עת לחינוך מדעי, 2000, כרך א. 1, לא 2.
6. DE LA LLATA Loyyola, מריה דולורס.כימיה אנאורגנית. עריכה פרוגרסו, 2001.
7. טורס, עמליה ויליארט. ניסוי היסטורי: גילוי הגרעין האטומי: הניסוי של רתרפורד.ללא שם: 100cias UNED, 2003, no 6, p. 107-111.