Rutherford eksperiments un tā prototipi

The Rutherford eksperimenta ļāva zinātnieku grupai atklāt, ka katram atoms ir pozitīvi uzlādēts kodols.

Ernest Rutherford, bija Jaunzēlandes fiziķis un ķīmiķis. Viņš koncentrējās uz radioaktīvo daļiņu izpēti un veica vairākus pētījumus, kas ļāva viņam iegūt Nobela prēmiju ķīmijā 1908. gadā.

Rutherford, Hans Geiger un Ernest Marsden vadībā viņi palīdzēja radīt atomu modeli Mančestras Universitātes laboratorijās..

Viena no pirmajām pastāvošajām atomu teorijām ir tā, ko izstrādājis elektronu atklājējs Thomson. Viņš uzskatīja, ka atomi bija sfēras ar pozitīvu lādiņu, un ka elektroni tika izplatīti tajā.

Thomson teorija teica, ka, ja alfa daļiņa saduras ar atomu, šī daļiņa šķērsos atomu. To ietekmētu atomu elektriskais lauks saskaņā ar šo modeli.

Šajā laikā protoni un neitroni nebija atklāti. Thomson nevarēja pierādīt savu eksistenci, un zinātnieku aprindas viņa modeli nepieņēma.

Lai pierādītu Thomson teorijas esamību, Rutherford, Geiger un Marsdend eksperimentu, kurā viņi bombardēja alfa daļiņas, kas izgatavotas no hēlija gāzes kodoliem, pret metāla loksni.

Ja Thomson modelis darbosies, daļiņām jāiet cauri metāla loksnei bez jebkādas novirzes.

Rutherford eksperimenta izstrāde

Pirmais prototips

Pirmais dizaina prototips eksperimentam, kas tika veikts 1908. gadā, tika izskaidrots Geigera rakstā ar nosaukumu Par daļiņu izkliedi pēc vielas.

Viņi uzcēla stikla cauruli apmēram divus metrus garš, vienā galā bija radio avots, un pretējā galā tika ievietots fosforizējošs ekrāns. Caurules vidū tika ievietota sava veida piltuve, lai alfa daļiņas izietu caur to.

Sekojošais process bija šķērsot alfa daļiņas caur spraugām tā, lai tas izstarotu gaismas staru uz fosforizējošā ekrāna.

Sūknējot visu gaisu no caurules, iegūtais attēls bija dzidrs un atbilsta atverei caurules vidū. Kad gaisa daudzums caurulē tika nolaists, attēls kļuva difūzāks.

Tad, lai redzētu, kuras trajektorijas daļiņas seko, ja tās kaut ko skāra vai šķērsoja to, kā Thomson teorija saglabāja, slotā tika ievietota zelta lapa..

Tas parādīja, ka gaiss un cietās daļiņas izraisīja daļiņu izkliedi, kas atspoguļojās fosforizējošajā ekrānā ar vairāk izkliedētiem attēliem.

Šīs pirmās prototipa problēma ir tāda, ka tā parādīja tikai izkliedes rezultātu, bet ne trajektoriju, ko sekoja alfa daļiņas.

Otrais prototips

Geigers un Marsdens publicē rakstu 1909. gadā, kurā viņi izskaidroja eksperimentu, lai demonstrētu alfa daļiņu kustību.

Alfa daļiņu difūzā atspoguļojumā ir paskaidrots, ka eksperimenta mērķis ir noskaidrot, ka daļiņas pārvietojas vairāk nekā 90 grādu leņķī.

Viņi izveidoja otru eksperimenta prototipu, kur tika izveidots stikla trauks ar konisku formu. Viņi uzstādīja svina plāksni, lai alfa daļiņas sadurtos ar to, un, lai redzētu tās dispersiju, aiz tā tika ievietota fluorescējoša plāksne.

Šīs ierīces konfigurācijas problēma ir tā, ka daļiņas izvairās no svina plāksnes, atsitoties no gaisa molekulām.

Viņi pārbaudīja, ievietojot metāla loksni un redzot fluorescējošajā ekrānā, ka bija vairāk daļiņu sitienu.

Tika parādīts, ka metāli ar augstāku atomu masu atspoguļoja vairāk daļiņu, bet Geigers un Masden vēlējās uzzināt precīzu daļiņu skaitu. Taču eksperimenta ar radio un radioaktīviem materiāliem nevarēja būt precīza.

Trešais prototips

Raksts Α-daļiņu izkliede pēc materiāla 1910.gadā izskaidrots trešais Geigera izstrādātais eksperiments. Šeit tas jau bija vērsts uz daļiņu izkliedes leņķa mērīšanu atkarībā no materiāla, kurā tie nonāk saskarē.

Šoreiz caurule bija ūdensnecaurlaidīga, un dzīvsudrabs sūknē radonu-222 uz fluorescējošo ekrānu. Ar mikroskopa palīdzību tika aprēķinātas mirgojošās gaismas, kas parādījās fluorescējošajā ekrānā.

Aprēķināja leņķus, kas sekoja daļiņām, un secināja, ka deformācijas leņķi palielinās līdz ar materiāla lielāko atomu masu un ka tas ir proporcionāls arī vielas atomu masai..

Tomēr visticamākais novirzes leņķis samazinās ar ātrumu un varbūtība, ka tā novirzīsies vairāk nekā 90º, ir niecīga.

Ar rezultātiem, kas iegūti šajā prototipā, Rutherford aprēķināja izkliedes modeli matemātiski.

Izmantojot matemātisko vienādojumu, tika aprēķināts, kā loksnei vajadzētu izkliedēt, pieņemot, ka atomam ir pozitīvs elektriskais lādiņš tās centrā. Lai gan pēdējais tika uzskatīts tikai par hipotēzi.

Izstrādātais vienādojums bija šāds:

Kur, s = alfa daļiņu skaits, kas nokrīt uz vienības laukumu ar novirzes leņķi Φ

• r = dispersijas materiāla alfa staru biežuma punkta attālums
• X = kopējā dispersijas materiāla daļiņu skaits
• n = atomu skaits materiāla vienības tilpumā
• t = loksnes biezums
• Qn = atomu kodola pozitīvais lādiņš
• Qα = alfa daļiņu pozitīvais lādiņš
• m = alfa daļiņas masa
• v = alfa daļiņas ātrums

Galīgais prototips

Ar Rutherfordas vienādojumu modeli tika mēģināts demonstrēt, kas ir postulēts, un ka atomiem bija kodols ar pozitīvu uzlādi.

Paredzētais vienādojums paredzēja, ka konkrētā leņķī (Φ) novēroto mirgumu skaits minūtē (-ās) ir proporcionāls:

• csc⁴2/2
• loksnes biezums t
• centrālās slodzes lielums Qn
• 1 / (mv²)²

Lai demonstrētu šīs četras hipotēzes, tiek izveidoti četri eksperimenti, kas izskaidroti ar rakstu Α daļiņu novirzes likumi lielos leņķos no 1913. gada.

Lai pārbaudītu ietekmi, kas ir proporcionāla csc⁴Φ / 2, uzcelta cilindra virs galda virsmas.

Kolonna, kas sūknē gaisu un mikroskopu, kas pārklāta ar fluorescējošu ekrānu, ļāva novērot daļiņas, kas novirzījušās līdz 150º, ar kurām tika pierādīta Rutherford hipotēze..

Lai pārbaudītu lapas biezuma hipotēzi, uzstādīts disks ar 6 caurumiem, kas pārklāti ar dažāda biezuma loksnēm. Tika novērots, ka zibspuldzes bija proporcionālas biezumam.

Viņi atkārtoti izmantoja iepriekšējā eksperimenta disku, lai izmērītu dispersijas modeli, pieņemot, ka kodola slodze bija proporcionāla atomu svaram, tās mēra, ja dispersija bija proporcionāla atomu svaram kvadrātā.

Iegūtie zibspuldzes, dalīti ar gaisa ekvivalentu un pēc tam dalīti ar atomu svara kvadrātsakni, viņi konstatēja, ka proporcijas ir līdzīgas

Un, visbeidzot, ar vienu un to pašu eksperimenta disku viņi ievietoja vairāk vizlas diski, lai atslābinātu daļiņas, un ar pieņemamu kļūdu diapazonu viņi parādīja, ka scintilāciju skaits bija proporcionāls 1 / v⁴, kā Rutherford bija paredzējis savā modelī.

Ar eksperimentiem viņi pierādīja, ka visas Rutherfordas hipotēzes tika izpildītas tādā veidā, kas noteica Rutherford Atomic Model. Šajā modelī, kas beidzot tika publicēts 1917. gadā, ir apgalvots, ka atomiem ir centrālais kodols ar pozitīvu uzlādi.

Ja atoma centrālais kodols ir tas, kuram ir pozitīvs lādiņš, pārējais atoms būs tukšs ar elektroniem, kas ap to rotē.

Ar šo modeli tika pierādīts, ka atomiem ir neitrāla uzlāde un ka pozitīvais lādiņš, kas atrodas kodolā, tiek kompensēts ar tādu pašu elektronu skaitu, kas orbītā apkārt.

Ja mēs atdalīsim elektronus no atoma, tad viņiem tiks atstāts pozitīvs lādiņš. Atomi ir stabili, jo centrbēdzes spēks ir vienāds ar elektrisko spēku, turot elektronus vietā

Atsauces

1. CUÉLLAR FERNÁNDEZ, Luigi; GALLEGO BADILLO, Romulo; PÉREZ MIRANDA, Royman. E. Rutherford atomu modelis.Zinātņu mācīšana, 2008, vol. 26.
2. BOHR, Niels. Rutherfordas memoriālā lekcija 1958 Atcerēšanās par kodolzinātņu dibinātāju un dažiem notikumiem, kas balstīti uz viņa darbu.Fiziskās biedrības lietas, 1961.
3. JUSTI, Rosaria; GILBERT, John. Zinātnes vēsture un filozofija, izmantojot modeļus: dažas problēmas atomu gadījumā.Starptautiskais zinātnes žurnāls, 2000, vol. 22.
4. COHEN-TANNOUDJI, Claude et al.Atomu fotonu mijiedarbība: pamata procesi un pielietojumi. Ņujorka: Wiley, 1992.
5. AGUILERA, Damarys, et al. Universitātes studentu konceptuālie modeļi par atomu struktūru, pamatojoties uz Thomson, Rutherford un Bohr eksperimentiem / Universitātes studentu konceptuālie modeļi par atomu struktūru, pamatojoties uz Thomson, Rutherford un Bohr eksperimentiem.Zinātnes izglītības žurnāls, 2000, vol. 1, Nr. 2.
6. DE LA LLATA LOYOLA, María Dolores.Neorganiskā ķīmija. Redakcija Progreso, 2001.
7. TORRES, Amalia Williart. Vēsturiskais eksperiments: atomu kodola atklāšana: Rutherford eksperiments.100cias UNED, 2003, Nr. 6, p. 107-111.