EKSPERIMENTO NI RUTHERFORD: KASAYSAYAN, PAGLALARAWAN AT KONKLUSYON - SCIENCE - 2025

Ang eksperimento na Rutherford , na isinagawa sa pagitan ng 1908 at 1913 ay binubuo ng bomba ng isang manipis na gintong pelikula ng .0004 mm makapal, na may mga partikulo ng alpha at pinag-aralan ang pattern ng pagkalat ng nasabing mga particle na naiwan sa isang fluorescent screen.

Sa katunayan, Rutherford ay nagsagawa ng maraming mga eksperimento, pinino ang mga detalye nang higit pa. Matapos maingat na pag-aralan ang mga resulta, lumitaw ang dalawang napakahalagang konklusyon:

-Ang positibong singil ng atom ay puro sa isang rehiyon na tinatawag na nucleus.

-Ang atomic nucleus na ito ay hindi kapani-paniwala maliit kumpara sa laki ng atom.

Larawan 1. eksperimento ni Rutherford. Pinagmulan: Wikimedia Commons. Kurzon

Si Ernest Rutherford (1871-1937) ay isang pisika na ipinanganak sa New Zealand na ang larangan ng interes ay radioactivity at ang likas na bagay. Ang radioactivity ay isang kamakailang kababalaghan nang sinimulan ni Rutherford ang kanyang mga eksperimento, natuklasan ito ni Henri Becquerel noong 1896.

Noong 1907, lumipat si Rutherford sa Unibersidad ng Manchester sa Inglatera upang pag-aralan ang istraktura ng atom, gamit ang mga parteng ito ng alpha bilang probes upang sumilip sa loob ng tulad ng isang maliit na istraktura. Sinamahan siya ng mga pisika na si Hans Geiger at Ernest Marsden sa gawain.

Inaasahan nilang makita kung paano ang isang parteng alpha, na kung saan ay isang doble na na-ionized na helium atom, ay makikipag-ugnay sa isang solong atom na ginto, upang matiyak na ang anumang paglihis na naranasan nito ay dahil lamang sa lakas ng koryente.

Gayunpaman, ang karamihan sa mga partikulo ng alpha ay dumaan sa gintong foil na may kaunting paglihis.

Ang katotohanang ito ay kumpleto na kasunduan sa modelo ng atomic ni Thomson, gayunpaman, sa sorpresa ng mga mananaliksik, isang maliit na porsyento ng mga parteng alpha ang nakaranas ng isang hindi kapani-paniwalang paglihis.

At ang isang mas maliit na porsyento ng mga particle ay babalik, nagba-bounce nang ganap. Ano ang mga hindi inaasahang resulta na ito?

Paglalarawan at konklusyon ng eksperimento

Sa katunayan, ang mga partikulo ng alpha na ginamit ni Rutherford bilang isang probe ay ang helium nuclei, at sa oras na iyon ay nalaman lamang na ang mga partikulo na ito ay positibong sisingilin. Ngayon kilala na ang mga partikulo ng alpha ay binubuo ng dalawang proton at dalawang neutron.

Ang mga partikulo ng Alpha at mga partikulo ng beta ay nakilala ng Rutherford bilang dalawang magkakaibang uri ng radiation mula sa uranium. Ang mga partikulo ng Alpha, mas malaki kaysa sa elektron, ay may positibong singil sa koryente, habang ang mga partikulo ng beta ay maaaring mga elektron o positron.

Larawan 2. Detalyadong pamamaraan ng eksperimento ng Rutherford, Geiger at Marsden. Pinagmulan: R. Knight. Physics para sa Siyentipiko at Engineering: isang Diskarte sa Diskarte. Pearson.

Ang isang pinasimple na pamamaraan ng eksperimento ay ipinapakita sa Larawan 2. Ang alpha particle beam ay nagmula sa isang radioactive na mapagkukunan. Ginamit ng Geiger at Marsden ang radon gas bilang emitter.

Ang mga bloke ng tingga ay ginamit upang idirekta ang radiation patungo sa gintong foil at pigilan ito mula sa diretso sa screen ng fluorescent. Ang tingga ay isang materyal na sumisipsip ng radiation.

Kasunod nito, ang beam kaya nakadirekta, ay ginawa upang maipaputok sa isang manipis na foil na ginto at ang karamihan sa mga particle ay nagpatuloy sa pagpunta sa fluorescent zinc sulfate screen, kung saan nag-iwan sila ng isang maliit na light trace. Si Geiger ang namamahala sa pagbilang ng mga ito nang paisa-isa, bagaman sa ibang pagkakataon dinisenyo nila ang isang aparato na gumawa nito.

Ang katotohanan na ang ilang mga partikulo ay sumailalim sa isang maliit na pagpapalihis ay hindi nakakagulat sa Rutherford, Geiger, at Marsden. Pagkatapos ng lahat, may mga positibo at negatibong singil sa atom na nagpipilit ng mga partikulo ng alpha, ngunit dahil neutral ang atom, na alam na nila, ang mga paglihis ay kailangang maliit.

Ang sorpresa ng eksperimento ay ang ilang mga positibong partikulo ay bomba halos direkta pabalik.

Konklusyon

Halos 1 sa 8000 na mga alpha particle ay nakaranas ng pagpapalihis sa mga anggulo na mas malaki kaysa sa 90º. Kaunting, ngunit sapat na upang magtanong ng ilang mga bagay.

Ang modelo ng atomic sa vogue ay ang ng raisin puding ni Thomson, ang dating propesor ni Rutherford sa Cavendish Laboratory, ngunit nagtaka si Rutherford kung ang ideya ng isang atom na walang nucleus at may mga electron na naka-embed bilang mga pasas, tama.

Dahil ito ay lumiliko na ang mga malalaking pagkukulang na ito ng mga partikulo ng alpha, at ang katunayan na ang iilan ay maaaring bumalik, maipaliwanag lamang kung ang isang atom ay may maliit, mabigat, positibong nucleus. Ipinagpalagay ni Rutherford na tanging ang mga de-koryenteng kaakit-akit at nakatatakot na puwersa, tulad ng ipinahiwatig ng batas ni Coulomb, ay may pananagutan sa anumang paglihis.

Kapag ang ilan sa mga partikulo ng alpha ay direktang lumapit patungo sa nucleus na ito at dahil ang lakas ng elektrikal ay nag-iiba sa kabaligtaran parisukat na distansya, nakakaramdam sila ng isang pagtanggi na nagiging sanhi sa kanila ng malawak na anggulo na nagkakalat o sa likuran na pagpapalihis.

Tiyaking, nag-eksperimento ang Geiger at Marsden sa mga bombing na may iba't ibang mga metal, hindi lamang ginto, bagaman ang metal na ito ay ang pinaka-angkop para sa kahinaan nito, upang lumikha ng napaka manipis na mga sheet.

Sa pamamagitan ng pagkuha ng magkatulad na mga resulta, si Rutherford ay kumbinsido na ang positibong singil sa atom ay dapat na matatagpuan sa nucleus, at hindi magkalat sa buong dami nito, tulad ng pag-post ng Thomson sa kanyang modelo.

Sa kabilang banda, dahil ang karamihan sa mga partikulo ng alpha ay lumipas nang walang paglihis, ang nucleus ay kailangang napakaliit, napakaliit kumpara sa laki ng atom. Gayunpaman, ang nucleus na ito ay kailangang mag-concentrate ng halos lahat ng masa ng atom.

Mga impluwensya sa modelo ng atom

Laking gulat ang mga resulta ni Rutherford, na nagpahayag sa isang kumperensya sa Cambridge: "… ito ay tulad ng kapag kukunan ka ng isang 15-pulgada na kanyon sa isang sheet ng tisyu at ang projectile ay nagba-bounce direkta sa iyo at nag-hit ka".

Dahil ang mga resulta ay hindi maipaliwanag ng modelo ng atomic ni Thomson, iminungkahi ni Rutherford na ang atom ay binubuo ng isang nucleus, napakaliit, napakalaking at positibong sisingilin. Ang mga electron ay nanatili sa mga orbit sa paligid niya, tulad ng isang miniature solar system.

Larawan 3. Ang modelong atomic ni Rutherford sa kaliwa at modelo ng puding puding ni Thomson sa kanan. Pinagmulan: Wikimedia Commons. Kaliwa ng imahe: Jcymc90

Ito ay kung ano ang nukleyar na modelo ng atom na ipinakita sa Larawan 3 sa kaliwa ay tungkol sa lahat. Tulad ng mga elektron ay napakaliit, napakaliit din, lumiliko na ang atom ay halos lahat …. walang laman! Samakatuwid, ang karamihan sa mga partikulo ng alpha ay dumaan sa sheet na bahagya na hindi naipihit.

At ang pagkakatulad na may isang miniature solar system ay napaka tumpak. Ang atomic nucleus ay gumaganap ng papel ng Araw, na naglalaman ng halos lahat ng masa kasama ang positibong singil. Ang mga orbit ng elektron sa paligid nila tulad ng mga planeta at nagdadala ng negatibong singil. Ang pagpupulong ay electrically neutral.

Tungkol sa pamamahagi ng mga electron sa atom, ang eksperimento ni Rutherford ay walang nagpakita. Maaari mong isipin na ang mga partikulo ng alpha ay magkakaroon ng pakikipag-ugnay sa kanila, ngunit ang masa ng mga elektron ay napakaliit at hindi nila lubos na nai-deflect ang mga particle.

Mga kawalan ng modelo ng Rutherford

Ang isang problema sa modelong atomic na ito ay tiyak na pag-uugali ng mga elektron.

Kung ang mga ito ay hindi static, ngunit orbiting ang atomic nucleus sa pabilog o elliptical orbits, na hinimok ng elektrikal na pang-akit, tatapusin nila ang rushing patungo sa nucleus.

Ito ay dahil ang pinabilis na mga electron ay nawalan ng enerhiya, at kung nangyari iyon, ito ay ang pagbagsak ng atom at bagay.

Sa kabutihang palad hindi ito ang nangyayari. Mayroong isang uri ng pabago-bagong katatagan na pumipigil sa pagbagsak. Ang susunod na modelo ng atomic, pagkatapos ng Rutherford's, ay ang Bohr's, na nagbigay ng ilang mga sagot kung bakit hindi naganap ang pagbagsak ng atom.

Ang proton at ang neutron

Si Rutherford ay nagpatuloy sa paggawa ng mga eksperimento sa pagpapakalat. Sa pagitan ng 1917 at 1918, pinili niya at ang kanyang katulong na si William Kay na ibomba ang mga gas na may gas na may mataas na masigasig na mga alpha na alpha mula sa bismuth-214.

Nagulat siya muli, nang makita niya ang hydrogen nuclei. Ito ang ekwasyon ng reaksyon, ang unang artipisyal na paghahatid ng nuklear na nakamit:

Ang sagot ay: mula sa parehong nitroheno. Itinalaga ni Rutherford ang hydrogen ang atomic number 1, dahil ito ang pinakasimpleng elemento ng lahat: isang positibong nucleus at isang negatibong elektron.

Natagpuan ni Rutherford ang isang pangunahing sangkap na pinangalanan niya ang isang proton, isang pangalan na nagmula sa salitang Greek una. Sa ganitong paraan, ang proton ay isang mahalagang sangkap ng bawat atomic nucleus.

Nang maglaon, bandang 1920, iminungkahi ni Rutherford na dapat ay isang neutral na butil na may isang masa na katulad ng sa proton. Tinawag niya ang butil na ito ng isang neutron at bahagi ito ng halos lahat ng kilalang mga atomo. Sa wakas ay kinilala ito ng pisikal na si James Chadwick noong 1932.

Ano ang hitsura ng isang scale modelo ng hydrogen atom?

Ang hydrogen atom ay, tulad ng sinabi namin, ang pinakasimpleng lahat. Gayunpaman, hindi madaling bumuo ng isang modelo para sa atom na ito.

Ang matagumpay na pagtuklas ay nagbigay ng pagtaas sa Dami ng Dami at isang buong teorya na naglalarawan ng mga phenomena sa isang scale ng atomic. Sa prosesong ito, umunlad din ang modelo ng atomic. Ngunit tingnan natin ang tanong ng mga sukat:

Ang hydrogen atom ay may isang nucleus na binubuo ng isang proton (positibo) at may isang solong elektron (negatibo).

Ang radius ng hydrogen atom ay tinatayang sa 2.1 x 10 ^-10 m, habang ang proton ay 0.85 x 10 ^-15 m o 0.85 femtometer. Ang pangalan ng maliit na yunit na ito ay dahil kay Enrico Fermi at maraming ginagamit kapag nagtatrabaho sa scale na ito.

Well, ang quotient sa pagitan ng radius ng atom at na ng nucleus ay sa pagkakasunud-sunod ng 10 ⁵ m, iyon ay, ang atom ay 100,000 beses na mas malaki kaysa sa nucleus!

Gayunpaman, dapat tandaan na sa kontemporaryong modelo, batay sa Quantum Mekanika, ang elektron ay sumaklaw sa nucleus sa isang uri ng ulap na tinatawag na isang orbital (ang orbital ay hindi isang orbit) at ang elektron, sa isang scale ng atom, ay hindi punctual.

Kung ang atom ng hydrogen ay pinalaki - haka-haka - sa laki ng isang larangan ng football, kung gayon ang nucleus na binubuo ng isang positibong proton ay ang laki ng isang ant sa gitna ng bukid, habang ang negatibong elektron ay magiging tulad ng isang uri ng multo, nakakalat sa buong larangan at nakapaligid sa positibong core.

Ang modelo ng atomic ngayon

Ang "planetary type" na atomic model na ito ay napaka-ingrained at ang imahe na ang karamihan sa mga tao ng atom, dahil napakadali na mailarawan. Gayunpaman, hindi ito ang tinanggap na modelo ngayon sa larangan ng agham.

Ang mga kasalukuyang modelong atomic ay batay sa Quantum Mechanics. Tinukoy niya na ang elektron sa atom ay hindi isang negatibong singil na tuldok na sumusunod sa tumpak na mga orbit, tulad ng naisip ni Rutherford.

Sa halip, ang elektron ay nakakalat sa mga lugar sa paligid ng positibong nucleus, na tinatawag na atomic orbitals. Mula sa kanya malalaman natin ang posibilidad na nasa isang estado o sa iba pa.

Sa kabila nito, ang modelo ni Rutherford ay kumakatawan sa isang napakalaking pagsulong sa kaalaman ng panloob na istraktura ng atom. At ito ay naka-daan sa daan para sa karagdagang mga mananaliksik na magpatuloy upang pinuhin ito.

Mga Sanggunian

1. Andriessen, M. 2001. HSC Kurso. Pisika 2. Jacaranda HSC Science.
2. Arfken, G. 1984. Pamantika sa Unibersidad. Akademikong Press.
3. Knight, R. 2017. Physics para sa Siyentipiko at Teknolohiya: isang Diskarte sa Diskarte. Pearson.
4. Openings ng Physics. Ang Eksperimento ng Rutherford-Geiger-Marsden. Nabawi mula sa: physicsopenlab.org.
5. Rex, A. 2011. Mga Batayan ng Pisika. Pearson.
6. Tyson, T. 2013. Ang Eksperimento sa Scutting ng Rutherford. Nakuha mula sa: 122.physics.ucdavis.edu.
7. Xaktly. Eksperimento ng Rutherford. Nabawi mula sa: xaktly.com.
8. Wikipedia. Eksperimento ni Rutherford. Nabawi mula sa: es.wikipedia.org.