Respuestas
Respuesta:Los experimentos de Rutherford fueron una serie de experimentos históricos mediante los cuales los científicos descubrieron que cada átomo tiene un núcleo donde tiene las cargas positivas y la mayor parte de su masa se concentran. Ellos dedujeron esto midiendo cómo un haz de partículas alfa se dispersa cuando golpea una delgada hoja metálica. Los experimentos se realizaron entre 1908 y 1924 por Hans Geiger y Ernest Marsden bajo la dirección de Ernest Rutherford en los laboratorios de la Universidad de Mánchester.
Explicación:a teoría popular de la estructura atómica fue la de JJ Thomson. Thomson fue el científico que descubrió el electrón que forma parte de cada átomo. Thomson creía que el átomo era una esfera de carga positiva en la cual estaban dispuestos los electrones. Los protones y los neutrones eran desconocidos en esa época.
El modelo de Thomson no fue universalmente aceptado. Thomson mismo no fue capaz de desarrollar un modelo estable y completo de su concepto. Hantaro Nagaoka, un científico japonés, lo rechazó alegando que las cargas eléctricas opuestas no pueden penetrar entre sí. En cambio, propuso que los electrones orbitaban la carga positiva como los anillos de Saturno.1
La predicción
Unas partículas alfa el bueno una partícula sub-microscópica con una carga positiva. Según el modelo de Thomson, si una partícula alfa chocara con un átomo, pasaría directamente a través. A escala atómica, el concepto de «materia sólida» carece de sentido, por lo que la partícula alfa no rebotaría en el átomo como si fueran canicas. Solo se vería afectada por los campos eléctricos del átomo, y en el modelo de Thomson los campos eléctricos eran demasiado débiles para afectar una partícula alfa pasajera en un grado significativo. Ambas cargas negativas y positivas dentro del átomo de Thomson se extienden sobre todo el volumen del átomo. De acuerdo con la Ley de Coulomb, cuanto menos concentrada es una esfera de carga eléctrica, más débil será su campo eléctrico en su superficie.
Thomson model alpha particle scattering.svg
Como ejemplo trabajado, considere una partícula alfa que pasa tangencialmente a un átomo de oro de Thomson, donde experimentará el campo eléctrico en su punto más fuerte y, de este modo, experimentará la máxima deflexión θ. Puesto que los electrones son muy ligeros comparados con la partícula alfa, su influencia puede ser despreciada y el átomo puede ser visto como una esfera de carga positiva.
Qn = carga de un átomo de oro = 79e = 1.266 × 10-17 C
Qα = carga de una partícula alfa = 2e = 3.204 × 10-19 C
r = radio de un átomo de oro = 1.44 × 10-10 m
vα = velocidad de una partícula alfa = 1.53 107 m/s
mα = masa de una partícula alfa = 6.645 × 10-27 kg
k = Constante de Coulomb = 8.998 × 109 N·m²/C2
Usando la física clásica, el cambio lateral de la partícula alfa en el momento Δp puede ser aproximado usando el impulso de la relación de fuerza y la expresión fuerza de Coulomb.
{\displaystyle \Delta p=F\Delta t=k\cdot {\frac {Q_{\alpha }Q_{n}}{r^{2}}}\cdot {\frac {2r}{v_{\alpha }}}}{\displaystyle \Delta p=F\Delta t=k\cdot {\frac {Q_{\alpha }Q_{n}}{r^{2}}}\cdot {\frac {2r}{v_{\alpha }}}}
{\displaystyle \theta \approx {\frac {\Delta p}{p}}<k\cdot {\frac {2Q_{\alpha }Q_{n}}{m_{\alpha }rv_{\alpha }^{2}}}=8.998\cdot 10^{9}\times {\frac {2\times 3.204\cdot 10^{-19}\times 1.266\cdot 10^{-17}}{6.645\cdot 10^{-27}\times 1.44\cdot 10^{-10}\times (1.53\cdot 10^{7})^{2}}}}{\displaystyle \theta \approx {\frac {\Delta p}{p}}<k\cdot {\frac {2Q_{\alpha }Q_{n}}{m_{\alpha }rv_{\alpha }^{2}}}=8.998\cdot 10^{9}\times {\frac {2\times 3.204\cdot 10^{-19}\times 1.266\cdot 10^{-17}}{6.645\cdot 10^{-27}\times 1.44\cdot 10^{-10}\times (1.53\cdot 10^{7})^{2}}}}
{\displaystyle \theta <0.000326~\mathrm {rad} ~(\mathrm {or} ~0.0186^{\circ })}{\displaystyle \theta <0.000326~\mathrm {rad} ~(\mathrm {or} ~0.0186^{\circ })}
El cálculo anterior no es más que una aproximación, pero está claro que la deflexión a lo sumo estará en el orden de una pequeña fracción de un grado. Si la partícula alfa pasara a través de una lámina de oro de unos 400 átomos de espesor y experimentara una deflexión máxima en la misma dirección (poco probable), seguiría siendo una pequeña deflexión.
El resultado
A petición de Rutherford, Geiger y Marsden realizaron una serie de experimentos en los que dirigieron un haz de partículas alfa en una fina lámina de oro y midieron el patrón de dispersión usando una pantalla fluorescente. Detectaron partículas alfa rebotando en la hoja de oro en todas las direcciones, algunas de vuelta en la fuente. Esto debía ser imposible según el modelo de Thomson. Obviamente, esas partículas habían encontrado una fuerza electrostática mucho mayor que el modelo de Thomson, lo que a su vez implicaba que la carga positiva del átomo se concentraba en un volumen mucho más pequeño de lo que Thomson imaginaba.2