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Biografía Rutherford – Modelo Atómico

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Ernesto Rutherford (1871-1937) fue uno de los mayores científicos experimentales de todos los tiempos. Nació enBrightwater, cerca de Nelson (Nueva Zelandia), de una familia de colonos ingleses.

Ernesto Rutherford fisicoAunque fue un buen alumno en la escuela, Ernesto no mostró una especial inclinación por la ciencia. En 1890, ingresó en el Canterbury College, de Christchurch, Nueva Zelandia, donde su aptitud científica se hizo patente, graduándose con las mejores notas, tanto en ciencias como en matemáticas.

Continuó en Christchurch en trabajos de investigación, y desarrolló un detector de ondas de radio, que dependía de la magnetización del hierro. En 1894, la Universidad de Cambridge, en Inglaterra, sacó a concurso una beca con destino a un posgraduado de Nueva Zelandia, y Rutherford la ganó. Llegó a Inglaterra en 1895, tras pedir dinero prestado para el viaje.

En Cambridge, J. J. Thomson era profesor del famoso laboratorio Cavendish, y, en aquel tiempo, estaba trabajando en experimentos sobre la conducta de los gases después de ser expuestos a los recientemente descubiertos rayos X. Rutherford dejó de trabajar en su detector de radio-ondas, que eventualmente Marconi tuvo en cuenta y a partir del cual se estableció la potencialidad de las emisiones de radio, y se unió a J. J. Thomson en su trabajo.

Cuando Rutherford estaba colaborando con Thomson en sus experimentos, en 1896, se anunció en París el descubrimiento de la radiactividad. En 1897, Thomson hizo pública su demostración de la existencia de los electrones, pero Rutherford estaba ya trabajando en experimentos sobre la conducta de los gases, después de haber sido expuestos a la radiactividad.

Durante estos años, observó muchas de las propiedades de ésta, y se familiarizó con los métodos experimentales de dicha ciencia. En 1898, Rutherford solicitó una plaza de profesor de investigación en la Universidad de McGill, de Montreal (Canadá), lográndola cuando tenía 28 años de edad, y dando comienzo así al primer gran período de descubrimientos científicos de su vida.

En 1901, el químico inglés F. W. Soddy colaboró con Rutherford en sus investigaciones sobre radiactividad, y, al cabo de un año, comprobaron que un átomo radiactivo se transforma en otro átomo diferente por emisión de radiación. Juntos, publicaron trabajos sobre la causa y naturaleza de la radiactividad, y acerca de la teoría de la “transformación espontánea”.

Rutherford también se preocupó de las partículas alfa (las partículas beta fueron identificadas por entonces como electrones), y publicó un trabajo general sobre los cambios radiactivos, en 1903. En 1904, dio a la imprenta su primer libro, titulado Radiactividad.

En cinco años, Rutherford, con la ayuda de Soddy, resolvió muchos problemas de esta nueva ciencia, observando que los átomos radiactivos se transforman espontáneamente en otros átomos, y definió el concepto de isótopos. En 1906, la Universidad de Manchester le ofreció ocupar la cátedra de un profesor que había prometido jubilarse si Rutherford aceptaba. Rutherford aceptó, y, en 1907, se trasladó a Manchester, que tenía laboratorios nuevos y bien equipados. Aquí empezó su segundo período de descubrimientos, probablemente el más importante y de seguro el más feliz de su vida.

Se encontró que, cuando una hoja metálica era bombardeada por partículas alfa, la mayor parte de estas partículas no se desviaban, o se desviaban en ángulos muy pequeños, cuando pasaban a través de la hoja. Sin embargo, algunas se desviaban un gran ángulo, y, en realidad, eran rechazadas por la hoja. Rutherford probó, matemáticamente, que tal comportamiento sólo se podía explicar con su modelo del átomo “nuclear”, es decir, un átomo en que un pequeño núcleo cargado positivamente está rodeado de un número de electrones. Cuando las partículas alfa pasan cerca del núcleo, son repelidas fuertemente (las cargas positivas se repelen entre sí), produciéndose un gran cambio de dirección. Cuando pasan a mayor distancia del núcleo, la desviación es muy pequeña.

En 1908, Rutherford recibió el Premio Nobel de Química, por sus trabajos en radiactividad, estando, por entonces, ocupado en investigar las propiedades de las partículas alfa, con la colaboración de varios de sus quince alumnos. Una serie de experimentos le llevó a la conclusión de que dichas partículas eran, en realidad, átomos de helio, y para probarlo efectuó en 1909 una sencilla e inteligente experiencia.

Puso una sustancia (radón), que emitía partículas alfa, fuera de un tubo donde se había hecho el vacío y se había cerrado después, teniendo un electrodo metálico en cada extremo. Pasados unos días, se aplicó una corriente de alto voltaje a los electrodos metálicos, y el espectro de la descarga eléctrica obtenida probó, sin duda alguna, la existencia de átomos de helio en el tubo, Las partículas alfa debían haber atravesado las paredes del tubo, almacenándose allí, y las partículas alfa tenían que ser átomos de helio. En realidad, sabemos hoy que las partículas alfa son núcleos de helio.

En 1911, Rutherford propuso su idea más revolucionaria relativa a la existencia del núcleo atómico. Hasta entonces se creía que el átomo era una esfera cargada positivamente, con electrones cargados negativamente, moviéndose en su interior. Dos de sus colaboradores descubrieron que, cuando se dejaba que muchas partículas alfa chocasen con una hoja fina de metal, varias de las partículas retrocedían, saltaban hacia atrás. Para explicarlo, Rutherford supuso que la carga positiva total del átomo se concentraba en un núcleo muy pequeño y que los electrones ocupaban el espacio externo del núcleo.



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Esto, en 1911, era una idea revolucionaria, aunque hoy día está totalmente aceptada, y se la ha aceptado como el mayor cambio ocurrido en nuestra idea sobre la materia, desde el tiempo de los griegos. Esta teoría del núcleo sentó las bases para una nueva ciencia: la física nuclear.

^En 1912, Niels Bohr, el gran científico danés, se unió a Rutherford, y desarrollaron el modelo atómico de Bohr, con lo que se logró una aceptación general del átomo nuclear. En 1914, estalló la primera guerra mundial, y los científicos hubieron de abandonar los laboratorios. Tras algún tiempo de ausencia de Manchester, Rutherford volvió a su investigación académica, en el laboratorio desierto, dando comienzo a su tercer período de descubrimientos. Y, en 1918, ya estaba convencido de que podía demostrar experimentalmente la trasmutación artificial del nitrógeno (es decir, el cambio del átomo de nitrógeno en un átomo diferente).

Rutherford sólo puede ser igualado por Faraday en lo que respecte a la sencillez de los aparatos empleados, y su claro visión del significado de ¡os resultados experimentales. Sus tres grandes contribuciones a la teoría atómica fueron:
1°) Descubrió las leyes principales de la radiactividad y la Química de los elementos radiactivos naturales (1901-1906); 2°) descubrió el “núcleo” y ayudó al desarrollo del modelo nuclear del átomo (1909-1914), y 3°) descubrió la “trasmutación artificial” del nitrógeno (1917-1920).Rutherford estableció la naturaleza de las partículas alfa, recogiéndolas en un tubo de vidrio donde se había hecho el vacío.  Pasados unos días, el nivel de mercurio se había elevado, desplazando las partículas hacia la parte superior del tubo. El espectro de descarga entre los electrodos indicó la presencia de helio.

En 1919, Rutherford fue nombrado profesor del laboratorio Cavendish, de Cambridge, y rápidamente confirmó la certeza de dicha trasmutación artificial del nitrógeno. Para ello, hizo pasar partículas alfa provenientes del polonio, a través del gas nitrógeno; cuando una de ellas chocaba con un núcleo de nitrógeno, se desprendía un núcleo de hidrógeno y se formaba un núcleo de oxígeno. En 1920, llamó al núcleo de hidrógeno protón.

Y, pese a la gran cantidad de trabajo experimental que desarrollaba, Rutherford se encontró más ocupado cada vez en dirigir y organizar la investigación científica. El Cavendish creció en tamaño y fama bajo su dirección, pero ahora los descubrimientos eran realizados por la serie de hombres que trabajaban a sus órdenes, a los que él ayudaba con entusiasmo e interés. Ernesto Rutherford fue presidente de la Royal Society, desde 1925 a 1930, y, en 1931, fueron reconocidos públicamente sus grandes descubrimientos, mediante la concesión del título de Barón Rutherford de Nelson.
En plena actividad y con creciente optimismo en sus empresas científicas, la muerte sorprende a Rutherford, luego de una breve enfermedad, en octubre de 1937, siendo sus restos depositados en la abadía de Westminster.

DETECCIÓN DE PARTÍCULAS ALFA

esquema deteccion particula alfa
Una partícula alfa se puede detectar cuando choca con una pantalla de sulfuro de cinc, ya que produce una luz observable a través de un ocular (izquierda). Este método fue empleado por William Crookes. Ernesto Rutherford, junto con H. Geiger, inventó un método eléctrico para detectar partículas simples. En el aparato (derecha), se introducían, por unos instantes, partículas alfa en la cámara “C”. En esta cámara, el cilindro metálico “M” rodeaba el alambre aislado “W”, y se aplicaba un voltaje alto entre “M” y “W”. Cuando una partícula alfa chocaba con una molécula de gas en “C”, la molécula perdía un electrón, y éste electrón era acelerado en el campo eléctrico, chocando con una segunda molécula de gas, con lo que se liberaba un segundo electrón. Y volvía a repetirse, varias veces, toda la operación. De esta manera, se obtenía un flujo de electrones, que podía detectarse como un impulso eléctrico.

Fuente Consultada:
Revista TECNIRAMA N°60
El Estallido Científico en el Siglo XX Trevor Williams




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