Rutherford Deneyi ve Prototipleri



Rutherford deneyi bir grup bilim insanının, her atomun pozitif yüklü bir çekirdeği olduğunu keşfetmesine izin verdi..

Ernest Rutherford, Yeni Zelandalı bir fizikçi ve kimyagerdi. Radyoaktif partiküllerin çalışmasına odaklandı ve 1908 yılında Nobel Kimya Ödülü'nü kazanmasına izin veren birçok soruşturma yaptı..

Rutherford, Hans Geiger ve Ernest Marsden yönetiminde, Manchester Üniversitesi laboratuvarlarında atom modelinin yaratılmasına yardımcı oldular..

Var olan ilk atom teorilerinden biri, elektronun keşfi Thomson tarafından formüle edilmiş olandır. Atomların pozitif yüklü küreler olduğuna ve elektronların içinde dağıldığına inanıyordu..

Thomson'ın teorisi, eğer bir alfa parçacığı bir atomla çarpışırsa, bu parçacığın atomdan geçeceğini söyledi. Bu, bu modele göre atomun elektrik alanından etkilenir..

Bu zamanda, protonlar ve nötronlar keşfedilmemişti. Thomson varlığını kanıtlayamadı ve modeli bilimsel topluluk tarafından kabul edilmedi.

Thomson'ın teorisinin varlığını göstermek için Rutherford, Geiger ve Marsdend, helyum gazı çekirdeği ile yapılmış alfa parçacıklarını bir metal levhaya karşı bombaladıkları bir deney.

Thomson modeli işe yaradıysa, parçacıklar metal levhadan sapma olmadan geçmelidir..

Rutherford deneyinin geliştirilmesi

İlk prototip

1908 yılında gerçekleştirilen deneyin ilk tasarım prototipi, Geiger tarafından başlıklı bir makalede açıklanmıştır. Parçacıkların Maddeyle Dağılımı Hakkında.

Yaklaşık iki metre uzunluğunda bir cam tüp yaptılar, bir ucunda bir radyo kaynağı vardı ve diğer ucunda fosforlu bir elek yerleştirildi. Borunun ortasına, alfa parçacıklarının içinden geçmesi için bir çeşit huni yerleştirildi..

İzlenen işlem alfa parçacıklarını yarıktan geçirmekti, böylece ışık huzmesini fosforlu ekrana yansıtacaktı.

Tüpteki tüm havanın pompalanmasıyla, elde edilen görüntü netti ve tüpün ortasındaki açıklığa karşılık geldi. Tüpteki hava miktarı düşürüldüğünde, görüntü daha dağınık hale geldi..

Ardından, parçacıkların hangi yörüngeyi takip ettiğini görmek için bir şeye çarptıklarında ya da çarptıklarında, Thomson'ın teorisinin sürdürdüğü gibi, yuvaya altın bir yaprak sokuldu.

Bu, havanın ve katıların, daha dağınık görüntülerle fosforlu ekrana yansıyan parçacıkların dağılmasına neden olduğunu gösterdi..

Bu ilk prototip ile ilgili sorun yalnızca dağılımın sonucunu göstermesidir, ancak alfa parçacıklarının izlediği yörüngeyi değil.

İkinci prototip

Geiger ve Marsden 1909'da alfa parçacıklarının hareketini gösteren bir deney açıkladıkları bir makale yayınladılar..

Alfa Parçacıklarının Yaygın Yansımasında Deneyin, parçacıkların 90 dereceden fazla açılarla hareket ettiğini bulmayı amaçladığı açıklanmaktadır..

Konik şekle sahip bir cam kabın yapıldığı deney için ikinci bir prototip yarattılar. Bir kurşun levha monte ettiler, böylece alfa parçacıkları onunla çarpıştı ve dağılımını görmek için arkasına bir floresan levha yerleştirildi.

Bu cihazın konfigürasyonundaki problem, partiküllerin kurşun levhadan kaçınarak hava moleküllerinden sıçramasıdır..

Bir metal levha yerleştirerek test edildiler ve floresan ekrana parçacıkların daha fazla üflendiğini gördüler..

Atom kütlesi daha yüksek olan metallerin daha fazla parçacığı yansıttığı gösterilmiştir, ancak Geiger ve Masden parçacıkların kesin sayısını bilmek istedi. Ancak, radyo ve radyoaktif malzemelere sahip olma denemesi kesin olamaz..

Üçüncü prototip

Makale Α-parçacıklarının maddeye göre dağılımı 1910’da Geiger’ın tasarladığı üçüncü deneyi açıklıyor. Burada, temas ettikleri malzemeye bağlı olarak parçacıkların dağılım açısını ölçmeye odaklanmıştı..

Bu kez, tüp su geçirmezdi ve cıva, radon-222'yi floresan ekrana pompaladı. Mikroskop yardımıyla, floresan ekranda görünen flaşlar sayıldı.

Parçacıkları takip eden açılar hesaplandı ve sapma açılarının malzemenin daha büyük atom kütlesi ile arttığı ve aynı zamanda maddenin atom kütlesi ile orantılı olduğu sonucuna varıldı..

Bununla birlikte, en olası sapma açısı hızla azalır ve 90º'den fazla sapma olasılığı önemsizdir..

Bu prototipte elde edilen sonuçlarla Rutherford, dağılım modelini matematiksel olarak hesapladı.

Matematiksel bir denklem aracılığıyla, atomun merkezinde pozitif elektrik yüküne sahip olduğunu varsayarak, tabakanın parçacıkları nasıl dağıtması gerektiği hesaplandı. İkinci sadece bir hipotez olarak kabul edildi rağmen.

Geliştirilen denklem şuydu:

Burada, s = sapma açısına sahip ünite alanına düşen alfa parçacıklarının sayısı Φ

  • r = dağılım malzemesi üzerindeki alfa ışınlarının görülme noktası arasındaki mesafe
  • X = dağılım malzemesi üzerine düşen toplam parçacık sayısı
  • n = malzemenin birim hacmindeki atom sayısı
  • t = tabakanın kalınlığı
  • Qn = Atom çekirdeğinin pozitif yükü
  • Qα = alfa parçacıklarının pozitif yükü
  • m = bir alfa parçacığının kütlesi
  • v = alfa parçacığının hızı

Son prototip

Rutherford denklemlerinin modeliyle, neyin varsayıldığını ve atomların pozitif yüke sahip bir çekirdeği olduğunu göstermek için bir deneme yapıldı..

Tasarlanan denklem, belirli bir açıda (Φ) gözlemlenecek olan dakikadaki flaş sayısının şu değerlerle orantılı olması gerektiğini öngördü:

  • csc4Φ / 2
  • sac kalınlığı t
  • merkezi yükün büyüklüğü Qn
  • 1 / (mv2)2

Bu dört hipotezi göstermek için, makale tarafından açıklanan dört deney yaratılmıştır. Α parçacıklarının büyük açılardan sapma kanunları 1913.

Csc ile orantılı efekti test etmek için4Φ / 2, bir döner tablanın üstüne, bir sütuna bir silindir inşa etti.

Havayı pompalayan sütun ve bir flüoresan elek ile kaplı mikroskop, Rutherford'un hipotezinin gösterildiği, 150 dev ye kadar sapan parçacıkları gözlemlemeye izin verdi..

Tabaka kalınlığının hipotezini test etmek için, değişen kalınlıkta tabakalarla kaplı 6 delikli bir disk monte edilmiştir. Yanıp sönme sayısının kalınlığa orantılı olduğu görülmüştür..

Çekirdeğin yükünün atom ağırlığı ile orantılı olduğu varsayılarak dağılım modelini ölçmek için önceki deneyin diskini yeniden kullandılar, dağılımın atom ağırlığı ile orantılı olup olmadığını ölçtüler..

Elde edilen flaşlarla, havanın eşdeğeri ile bölünmüş ve daha sonra atom ağırlığının karekökü ile bölünmüş, oranların benzer olduğunu bulmuşlardır.

Ve son olarak, denemenin aynı diskiyle partikülleri geciktirmek için daha fazla mika disk yerleştiriyorlardı ve kabul edilebilir bir hata aralığında sintilasyon sayısının 1 / v ile orantılı olduğunu gösterdiler.4, Rutherford'un modelinde dediği gibi.

Deneyler aracılığıyla tüm Rutherford hipotezlerinin Rutherford Atom Modelini belirleyecek şekilde karşılandığını kanıtladılar. Sonunda 1917'de yayınlanan bu modelde, atomların pozitif yük ile merkezi bir çekirdeğe sahip olduğu varsayılmaktadır..

Atomun merkezi çekirdeği pozitif yüke sahip olan ise, atomun geri kalanı etrafında dönen elektronlarla boş olacaktır..

Bu modelde atomların nötr bir yükü olduğu ve çekirdekte bulunan pozitif yükün etrafındaki yörüngede aynı sayıda elektron tarafından karşılandığı gösterilmiştir..

Elektronları atomdan çıkarırsak, pozitif yükle bırakılırlar. Atomlar kararlıdır, çünkü merkezkaç kuvveti elektrik kuvvetine eşittir, elektronları yerinde tutar.

referanslar

  1. CUÉLLAR FERNÁNDEZ, Luigi; GALLEGO BADILLO, Romulo; PRERE MIRANDA, Royman. E. Rutherford'un atom modeli.Fen Bilgisi Öğretimi, 2008, cilt. 26.
  2. BOHR, Niels. Rutherford Memorial Anlatımı 1958 Nükleer Bilimin Kurucusunun ve Çalışmalarına Dayalı Bazı Gelişmelerin Hatırlatılması.Fiziksel Toplumun Bildirileri, 1961.
  3. JUSTI, Rosaria; Gilbert, John. Modeller aracılığıyla bilimin tarihi ve felsefesi: atom durumunda bazı zorluklar.Uluslararası Bilim Eğitimi Dergisi, 2000, cilt. 22.
  4. COHEN-TANNOUDJI, Claude, vd..Atom-foton etkileşimleri: temel işlemler ve uygulamalar. New York: Wiley, 1992.
  5. AGUILERA, Damarys ve ark. Thomson, Rutherford ve Bohr deneylerine dayanan atomik yapıdaki üniversite öğrencilerinin kavramsal modelleri / Thomson, Rutherford ve Bohr deneylerine dayanan atomik yapı hakkındaki üniversite öğrencilerinin kavramsal modeller.Fen Eğitimi Dergisi, 2000, cilt. 1, hayır 2.
  6. DE LA LLATA LOYOLA, María Dolores.İnorganik kimya. Editoryal Progreso, 2001.
  7. TORRES, Amalia Williart. Tarihsel deney: atom çekirdeğinin keşfi: Rutherford deneyi.100cias UNED, 2003, no 6, s. 107-111.