Té coneixement del que és el model atòmic de Rutherford? Va ser el resultat d'un experiment que va demostrar que el model de Thomson estava equivocat i que els electrons no es trobaven només en un entorn amb càrrega elèctrica de signe positiu.
Model Atòmic de Rutherford
El model atòmic de Rutherford, que igualment va rebre el nom de model planetari va ser creat l'any de 1911. Partint d'estudis fets al voltant del model de Thomson que estava basat en l'afirmació que els electrons es trobaven en un entorn de càrrega elèctrica positiva, dos assistents de Rutherford, Geiger i Marsden, van idear al any de 1909 un experiment.
Tal estudi, en què es baso la teoria atòmica de Rutherford que va rebre el nom de la comprovació de la làmina d'or, va provar que el model de Thomson era errat, ja que van poder demostrar que l'àtom tenia una estructura amb una gran part de càrrega de signe positiu. Aquest estudi que va ser ideat i dirigit per Rutherford, va donar lloc a conclusions que van originar el que va ser anomenat el model atòmic de Rutherford, el 1911.
L'Experiment del Full d'Or
Es va tractar d'una quantitat d'experiències dutes a terme entre els anys 1909 i 1913, als laboratoris de física de la Universitat de Manchester per dos investigadors, Hans Geiger i Ernest Marsden, que eren deixebles d'Ernest Rutherford i sota la seva direcció. La rellevància d'aquestes experimentacions és que les seves deduccions i consideracions van donar origen a un nou i versàtil model atòmic.
L'experiència rau a bombardejar amb partícules alfa una làmina estreta d'or de 100 nm de gruix. Les partícules alfa es tractaven d'ions, és a dir, d'àtoms sense electrons, perquè només contenien protons i neutrons i, per tant, una càrrega elèctrica de signe positiu. Per això, si el model atòmic de Thomson era veritable, les partícules alfa d'ions traspassarien els àtoms d'or en una línia recta.
Perquè es poguessin estudiar els efectes de la deflexió que era originada per les partícules alfa, es va situar un filtre fluorescent de sulfur de zinc al voltant de la fina làmina d'or, i es va poder veure que, malgrat algunes partícules traspassaven els àtoms de or en una línia recta, d'altres es desviaven en trajectòries aleatòries.
Conclusions de l'Experiment
De resultes d'aquestes investigacions, van deixar de banda els antecessors models atòmics amb què es pensava que la càrrega elèctrica de signe positiu es trobava distribuïda de manera uniforme en els àtoms, i que això facilitava poder traspassar-la, pel fet que la seva càrrega elèctrica no seria tan poderosa en un punt determinat.
Com que algunes partícules alfa es van desviar en adreces aleatòries, els resultats d'aquests experiments van ser inesperats i van fer considerar Rutherford que l'àtom havia de tenir un centre amb una poderosa càrrega elèctrica de signe positiu, que en el cas que una partícula alfa tractés de travessar-la era rebutjada per aquest eix central.
Tenint en compte la suma de partícules reflectides i les que patien d'aquest efecte, es va aconseguir establir el diàmetre d'aquest eix central, comparant-lo amb l'òrbita dels electrons al seu entorn i també es va aconseguir arribar a la conclusió que la major part del espai dun àtom es troba buit.
Igualment, es va demostrar que diverses partícules alfa van ser desviades de la seva trajectòria per la làmina d'or en angles molt estrets, i aquesta raó es va arribar a la conclusió que la càrrega elèctrica de signe positiu en un àtom no es troba distribuïda de manera uniforme. La càrrega elèctrica de signe positiu en un àtom es concentra en una quantitat molt petita.
Finalment, ja que algunes poques de les partícules alfa van ser desviades cap enrere, és a dir, com si hagués passat un fenomen de rebot, es va aconseguir establir la quantitat de l'espai que ocupaven les partícules carregades amb energia elèctrica de signe positiu en un àtom , resultant ser molt petit si se'l comparava amb l'espai total d'un àtom.
Com a resultat d'aquestes rellevants troballes, va resultar evident a la ment de Rutherford que el model atòmic, tal com es coneixia fins aquell moment era errat, per la qual cosa es va preocupar per crear un nou model atòmic, tenint en compte les consideracions següents:
Principis bàsics del model atòmic de Rutherford
Les partícules que tenen càrrega elèctrica de signe positiu es troben en una quantitat molt petita en comparació de la mida de l'àtom.
Una gran porció de la massa de l'àtom està situada en un petit espai central. Rutherford no va arribar a anomenar-lo nucli en les seves anotacions inicials, però va utilitzar el terme a partir de l'any 1912.
Els electrons amb càrrega elèctrica de signe negatiu, ronden al voltant del nucli.
Els electrons giren a grans velocitats al voltant del nucli i en trajectòries circulars a què els va posar el nom d'òrbites.
Els electrons carregats amb energia elèctrica de signe negatiu com el nucli amb càrrega elèctrica de signe positiu es mantenen acoblats per una força d'atracció electrostàtica.
Acceptació del Model Atòmic de Rutherford
El model atòmic de Rutherford va tenir una aprovació immediata per part de la comunitat científica i va ser el punt d'origen d'una visió de l'àtom amb diverses partícules subatòmiques. Investigadors anys després van ser capaços destablir la quantitat delectrons i el nombre atòmic de cada element.
De manera cultural, malgrat les noves troballes posteriors, el model de paradigma planetari de Rutherford-Bohr és el que es troba a la consciència de gran quantitat de gent i segueix sent la manera més simple de demostrar la manera com funciona un àtom , amb el seu nucli de protons, mentre que els neutrons i els electrons es troben circumdant en òrbites que giren al seu entorn.
Limitacions i Errors al model de Rutherford
Tot i que el model atòmic de Rutherford es va traduir en un avenç científic per a la física, no es va tractar d'un model pulcre ni perfecte, és més, segons les lleis d'explicades a la Biografia d'Isaac Newton aquesta configuració era una qüestió inadmissible i tampoc no donava explicació a un element molt rellevant de les lleis de Maxwell. En aquest sentit, el model atòmic de Rutherford no va poder explicar qüestions com ara:
La raó per la qual romanien unides una quantitat de càrregues elèctriques de signe positiu al nucli. Si seguim la teoria elèctrica, les càrregues de signe positiu s'han de repel·lir. Però el nucli és el lloc de l'agrupament de diversos protons.
Una altra contradicció d'aquest model atòmic eren les lleis fonamentals de l'electrodinàmica, ja que en establir que els electrons amb càrrega elèctrica de signe negatiu roten al voltant del nucli, segons les lleis de Maxwell, haurien d'emanar la radiació electromagnètica. Aquesta emissió hauria de consumir energia i provocaria que els electrons xoquessin amb el nucli. Per tant, no va poder explicar perquè l'àtom es mantenia estable.
Consideracions addicionals del Model de Rutherford
Tot i que el model atòmic de Rutherford va ser canviat properament pel Model Atòmic de Bohr, amb què es resolien alguns dels problemes i contradiccions del primer, la nova conceptualització del model atòmic va ser revolucionària i va constituir l'inici d'una nova visió de l'estudi de l'àtom i les aplicacions científiques, per la qual cosa es considera que Rutherford és el pare de la física nuclear.
Qui era Ernest Rutherford?
Ernest Rutherford va néixer el 30 d'agost de 1871, era oriünd de Nova Zelanda. El seu pare va ser pagès i la seva mare va ser mestra d'escola. Els seus pares eren britànics emigrants que es van establir anys abans a Nova Zelanda.
Va assistir a l'escola ia la universitat a Nova Zelanda, però l'any 1895 va obtenir una beca per seguir estudis a Cambridge, Anglaterra, on va poder fer amistat amb JJ Thomson, qui va ser el que va descobrir l'electró i va crear el model d'àtom que té el nom.
Gràcies a la recomanació que va donar el mateix Thomson, Rutherford va arribar a ocupar una càtedra en una universitat del Canadà, en què va poder realitzar estudis de la química de substàncies radioactives, treball pel qual va obtenir el premi Nobel de Química el 1908.
Rutherford va tornar al Regne Unit l'any 1907, dirigint-se a la universitat de Manchester, on va poder efectuar les seves majors aportacions a la ciència. L'any 1908 i en anys posteriors Rutherford, amb l'assistència dels seus col·laboradors, va poder dur a terme els experiments que el van portar a crear un nou i versàtil model atòmic el 1911.
L'any 1914 va tenir l'honor de ser nomenat cavaller de la corona anglesa, pels seus treballs a la guerra que van contribuir a la detecció de submarins a través del sonar i l'any 1917 va obtenir el nomenament de director del laboratori Cavendish a Cambridge, succeint al lloc a JJ Thomson. Sota la seva adreça molts dels seus col·laboradors van aconseguir obtenir diversos premis Nobel.
Gràcies als seus innombrables encerts, el 1931 va ser nomenat Baró Rutherford de Nelson, pocs anys abans de la seva mort el 1937.
Contribucions Científiques
Rutherford va efectuar diverses contribucions científiques, que es van iniciar amb els seus treballs amb els raigs X en gasos, que van servir de base perquè JJ Thomson pogués descobrir l'electró. Les seves investigacions sobre la radioactivitat de l'Urani van fer possible que pogués detectar l'existència de dues classes de radiació, els raigs alfa i els raigs beta. Però en definitiva, la seva aportació més reeixida va ser el seu model atòmic.
