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Experimento de Rutherford sobre la dispersión de partículas alfa y el descubrimiento del núcleo atómico

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Ernest Rutherford realizó un experimento disparando partículas alfa a una delgada lámina de oro. Contrario a lo esperado, algunas partículas fueron desviadas a ángulos amplios e incluso rebotadas. Esto llevó a Rutherford a proponer un modelo atómico donde los átomos consisten principalmente en espacio vacío, con una pequeña pero masiva carga positiva concentrada en el núcleo atómico, alrededor del cual giran los electrones.

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Ernest Rutherford (1871-1937) • Aprendió física en el lab de J.J. Thomson. • Notó que las partículas alfa se desiaban en algún momento por algo en el aire • Experimento de la lámina de oro
Rutherford-‘Dispersión’ • • • • En 1909 Rutherford desarrolló una serie de experimentos Él disparó partículas α (alfa) a una muestra muy delgada de lámina de oro. De acuerdo al Modelo de Thomson las partículas α deberían ser levemente desviadas Rutherford descubrió que esas partículas se desviaban en ángulos amplios y podían ser reflejadas directamente hacia a tras de la fuente. colimador de plomo Lámina de oro α Fuente de partículas θ
el aparato de Rutherford Rutherford received the 1908 Nobel Prize En Chemistry for his pioneering work en nuclear chemistry. Rayo de partículas alfa Sustancia radiactiva ZnS circular – cubierta de Pantalla fluorescente Lámina de oro
el aparato de Rutherford Rayo de Partículas alfa Sustancia radiactiva Pantalla fluorescente circular –cubierta con ZnS Lámina de oro
¿Qué esperaba Rutherford? …
¿Qué obtuvo?… Reflexión de partículas alfa
Los resultados que predijo: Vía esperada Marcas esperadas en la pantalla Resultados observados: Marcas en la pantalla Vía probable de partículas alfa
Interpretando las desviaciones observadas . . . . Rayo de Partículas alfa . . . . . . . . . . . partículas No desviadas . . Lámina de oro Partícula desviada
Interpretación por Rutherford Rutherford interpretó este resultado sugeriendo que las partículas α interactuaban con partículas muy pequeñas y densas. partícula rebota en el átomo? Caso A Caso B partícula pasa a través del átomo? partícula atraída por el átomo? Caso C Caso D . el trayecto de la Partícula es alterado a medida que pasa a través del átomo?
Explicación de los resultados del modo de dispersión de las partículas alfa partículas alfa Núcleo + + - - + + - + + - + - + - - Pudin de pasas Modelo de Thomson Átomo nuclear Modelo de Rutherford
Resultado del experimento si el modelo Pudin de pasas hubiese sido correcto. Electrones dispersos en el átomo - + - Cargas positivas + + + + - - + + + - -
Interpretando las desviaciones observadas Partícula desviada . . . . Rayo de partículas alfa . . . . . . . . . . . . . Lámina de oro Partículas no desviadas
Experimento de la lámina de oro Conclusiones: El átomo es en su mayor parte espacio vacío el núcleo tiene carga(+) los Electrones giran alrededor del núcleo
• Golpe de polilla con un auto – no cambia la dirección del auto • Golpe de venado – cambia mucho dirección del auto Partícula alfa polilla Átomo de oro venado ¡Un ángulo grande de desviación, debe haber chocado con un objeto masivo!

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Experimento de Rutherford sobre la dispersión de partículas alfa y el descubrimiento del núcleo atómico

  • 1. Ernest Rutherford (1871-1937) • Aprendió física en el lab de J.J. Thomson. • Notó que las partículas alfa se desiaban en algún momento por algo en el aire • Experimento de la lámina de oro
  • 2. Rutherford-‘Dispersión’ • • • • En 1909 Rutherford desarrolló una serie de experimentos Él disparó partículas α (alfa) a una muestra muy delgada de lámina de oro. De acuerdo al Modelo de Thomson las partículas α deberían ser levemente desviadas Rutherford descubrió que esas partículas se desviaban en ángulos amplios y podían ser reflejadas directamente hacia a tras de la fuente. colimador de plomo Lámina de oro α Fuente de partículas θ
  • 3. el aparato de Rutherford Rutherford received the 1908 Nobel Prize En Chemistry for his pioneering work en nuclear chemistry. Rayo de partículas alfa Sustancia radiactiva ZnS circular – cubierta de Pantalla fluorescente Lámina de oro
  • 4. el aparato de Rutherford Rayo de Partículas alfa Sustancia radiactiva Pantalla fluorescente circular –cubierta con ZnS Lámina de oro
  • 7. Los resultados que predijo: Vía esperada Marcas esperadas en la pantalla Resultados observados: Marcas en la pantalla Vía probable de partículas alfa
  • 8. Interpretando las desviaciones observadas . . . . Rayo de Partículas alfa . . . . . . . . . . . partículas No desviadas . . Lámina de oro Partícula desviada
  • 9. Interpretación por Rutherford Rutherford interpretó este resultado sugeriendo que las partículas α interactuaban con partículas muy pequeñas y densas. partícula rebota en el átomo? Caso A Caso B partícula pasa a través del átomo? partícula atraída por el átomo? Caso C Caso D . el trayecto de la Partícula es alterado a medida que pasa a través del átomo?
  • 10. Explicación de los resultados del modo de dispersión de las partículas alfa partículas alfa Núcleo + + - - + + - + + - + - + - - Pudin de pasas Modelo de Thomson Átomo nuclear Modelo de Rutherford
  • 11. Resultado del experimento si el modelo Pudin de pasas hubiese sido correcto. Electrones dispersos en el átomo - + - Cargas positivas + + + + - - + + + - -
  • 12. Interpretando las desviaciones observadas Partícula desviada . . . . Rayo de partículas alfa . . . . . . . . . . . . . Lámina de oro Partículas no desviadas
  • 13. Experimento de la lámina de oro Conclusiones: El átomo es en su mayor parte espacio vacío el núcleo tiene carga(+) los Electrones giran alrededor del núcleo
  • 14. • Golpe de polilla con un auto – no cambia la dirección del auto • Golpe de venado – cambia mucho dirección del auto Partícula alfa polilla Átomo de oro venado ¡Un ángulo grande de desviación, debe haber chocado con un objeto masivo!

Notas del editor

  1. Objetivo: Describir el modelo atómico nuclear de Rutherford
  2. Ernest Rutherford recibió el premio Nobel en química (1908) por su trabajo en radiactividad. Ernest Rutherford (1871-1937) comenzó a trabajar con J.J. Thompson en su laboratorio en 1895. In 1910, con los co-investigadores Geiger y Marsden descubrieron que las partículas alfa podían ser desviadas si se disparaban en una lámina de metal. Este trabajo lo capacitó para proponer una estructura para el átomo. Mas tarde propuso la existencia del protón y predijo la existencia del neutrón. Murió en1937.¿es el núcleo fundamental? Debido a que da la impresión de que es muy pequeño, sólido y denso, los científicos originalmente pensaban que el núcleo era fundamental. Más tarde se descubrió que estaba hecho de protones (p+), que tienen carga positiva y de neutrones, que no tienen carga.
  3. Los resultados de Rutherford sugerían que tanto la masa como la carga positiva estaba concentrada en una pequeña fracción del volumen del átomo, llamado núcleo. Rutherford estableció que el núcleo del átomo de H tenía una partícula cargada positivamente, el cual él le llamó protón. También sugirió que el núcleo de otros elementos diferentes al H deben contener partículas eléctricamente neutras, con igual masa que el protón. El neutrón fue descubierto en 1932 por el estudiante de Rutherford, Chadwick. Debido al trabajo de Rutherford, quedó claro que una partícula α contiene 2 protones y 2 neutrones—el núcleo del átomo de helio.
  4. Alquimia moderna “Ernest Rutherford (1871-1937) fue la primera persona en bombardear átomos artificialmente para producir elementos transmutados. Cuando Rutherford disparó partículas alfa a una delgada lámina de oro, descubrió que mientras que la mayoría viajaba en línea recta, algunas partículas eran desviadas en diferentes ángulos.
  5. Rutherford, deseaba saber cuán grande eran los átomos. Usó radioactividad, partículas alfa – partículas cargadas positivamente, liberadas por los átomos de Polonio. Le disparó a una pequeña Lámina de oro (~0.5 um grosor) la cual tiene unos pocos átomos de espesor.
  6. Las observaciones: (1) la mayoría de las partículas alfa pasaron sin desviarse a través de la lámina de oro. (2) algunas partículas alfa se desviaron levemente a medida que pasaban a través de la lámina de oro (3) unas pocas (aproximadamente 1 en 20.000) eran muy desviadas. (4) un pequeño número de partículas, similar al anterior, no cruzó la lámina de oro, pero rebotaban y volvían a la fuente de partículas. Rutherford pensó que cuando las cargas positivas de las partículas alfa pasaban cerca de la carga positiva del núcleo, ocurría una fuerte repulsión provocando la desviación de las partículas en ángulos extremos. interpretación del experimento de Rutherford: Si los átomos de la lámina de oro tienen un núcleo masivo cargado positivamente positiva y los electrones livianos están fuera del núcleo, se puede explicar esto como: (1) una partícula alfa pasa a través del átomo sin desviarse (un destino compartido por la mayoría de las partículas alfa); (2) una partícula alfa es desviada levemente cuando pasa cerca de un electrón; (3) una partícula alfa es muy desviada cuando pasa cerca al núcleo atómico; y (4) una partícula alfa rebota y vuelve hacia atrás cuando alcanza el centro del núcleo.
  7. El átomo está en su mayor parte vacío Una porción pequeña, densa, y de carga positiva en su centro (el núcleo). partículas alfa son desviadas por … si ellas pasan muy cerca del núcleo. Conclusión: A partir de sus resultados, Rutherford propuso un modelo de átomo Nuclear donde hay un centro denso de carga positiva llamado núcleo alrededor del cual se mueven los electrones en un espacio que es casi vacío.
  8. “Experimento de la lámina de oro de Rutherford”   Descripción Esta diapositiva ilustra el experimento de E. Rutherford con partículas alfa y una Lámina de oro y su interpretación de los resultados.   Conceptos Básicos Cuando partículas cargadas son dirigidas a alta velocidad hacia una lámina metálica que hace de BLANCO, la mayoría pasa a través de ella sin sufrir desviación, pero algunas partículas son desviadas en ángulos grandes. Los Solidos están compuestos de átomos que están estrechamente empacados. Los átomos en su mayor parte corresponde a espacio vacío. Todos los átomos contienen un núcleo relativamente pequeño, masivo y cargado positivamente. El núcleo está rodeado por electrones cargados negativamente, los cuales tienen un masa insignificante y que ocupan un volumen relativamente grande.   Sugerencias de enseñanza Use esta diapositiva para describir y explicar el experimento de Rutherford’s. Rutherford diseñó el aparato mostrado en la figura (A) para estudiar la dispersión de partículas alfa por los átomos de oro. Los estudiantes pueden tener dificultades con los conceptos en este experimento debido a que ellos carecen de los antecedentes físicos necesarios. Para ayudar a los estudiantes a comprender cómo se determinó que el núcleo es relativamente masivo, use las preguntas 3 y 4 para explicar el concepto de inercia. Explique que la fuerza electrostática es directamente proporcional a la cantidad de carga eléctrica involucrada. Una carga mayor ejerce una fuerza mayor (Trate de comparar la fuerza electrostática con la fuerza de gravedad, la cual es mayor cerca de un objeto masivo como el sol, pero es menor cerca de un objeto menos masivo, como la luna.) La fuerza ejercida sobre una partícula alfa por un núcleo concentrado debería ser mucho mayor que la fuerza ejercida sobre una partícula alfa por un solo protón. Así, mayores desviaciones resultarán de un núcleo denso que de un átomo con cargas positivas difusas (como lo ilustra el modelo de Thomson). Señale que Rutherford usó la física para calcular cuán pequeño debería ser el núcleo para producir las amplias desviaciones observadas. Él calculó que el tamaño máximo posible del núcleo es de aproximadamente1/10.000 del diámetro del átomo. Rutherford concluyó que el átomo es en su mayor parte espacio vacío.     Preguntas Si los átomos de oro fueran esferas sólidas, empacadas muy juntas sin espacio entre ellos ¿qué esperarías que pase con las partículas alfa disparadas sobre ellos? Explica tu respuesta. Cuando Ernest Rutherford ejecutó el experimento mostrado en diagrama (A) observó que la mayoría de las partículas alfa partículas alfa pasaban a través de la lámina de oro. También notó que la Lámina de oro no pareció ser afectada. ¿cómo pueden ser explicadas estas dos observaciones? ¿Puedes explicar por qué Rutherford concluyó que la masa del núcleo del átomo de oro debe ser mucho mayor que la masa de una partícula alfa? (Pista: Imagina que una canica (bolita de vidrio) golpea a otra bolita a alta velocidad. Compara esto con una bolita chocando con una bola de boliche.) ¿Piensas que, en el experimento de Rutherford, los electrones en los átomos de oro deberían desviar a las partículas alfa significativamente? ¿por qué si o por qué no? (Pista: la masa del electrón es extremadamente pequeña) Rutherford experimentó con muchas clases de láminas metálicas como blanco. Los resultados fueron siempre similares. ¿Por qué fue importante hacer esto? Un amigo trata de convencerte de que los átomos de oro son sólidos debido a que el oro también se siente sólido. Tu amigo también te argumenta que, debido a los electrones cargados negativamente son atraídos hacia el núcleo cargado positivamente, los electrones colapsarían en el núcleo. ¿qué le responderías? Como sabes, las cargas similares se repelen unas a otra. Más aún, Rutherford determinó que el núcleo contiene toda la carga positiva de un átomo. Invente una teoría que explique cómo todas las cargas positivas pueden estar contenidas es esa pequeña área sin repelerse entre ellas. Sea creativo.
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