El “gigante” de los átomos; Rutherford.

El 30 de agosto de 1871, nacía el físico y químico neozelandés Ernest Rutherford (Brightwater, Nueva Zelanda, 30 de agosto de 1871 – Cambridge, Reino Unido, 19 de octubre de 1937).

RutherfordRutherford recibió el Premio Nobel de Química de 1908 en reconocimiento a sus investigaciones relativas a la desintegración de los elementos.

Se licenció en 1893, en Christchurch (Nueva Zelanda), En 1894 obtuvo el título de Bachelor of Science, que le permitió proseguir sus estudios en Gran Bretaña, en los Laboratorios Cavendish de Cambridge, En 1895 comenzó a trabajar como ayudante de JJ. Thomson. En 1898 fue nombrado catedrático de la Universidad McGill de Montreal, en Canadá. En 1907 en Reino Unido se incorporó a la docencia en la Universidad de Manchester, y en 1919 sucedió al propio Thomson como director del Cavendish Laboratory de la Universidad de Cambridge.

Pese a comenzar sus actividad investigadora trabajando con la propagación de las ondas hertzianas y su transmisión a grandes distancias, serían sus trabajos sobre la física atómica, los que le convertirían en una de las mentes mas brillantes del siglo XX.

En 1895 comenzó a trabajar con Thomson en el estudio del efecto de los rayos X sobre un gas. Descubrieron que los rayos X tenían la propiedad de ionizar el aire, puesto que pudieron demostrar que producía grandes cantidades de partículas cargadas, tanto positivas como negativas, y que esas partículas podían recombinarse para dar lugar a átomos neutros.
Conocedor del descubrimiento de la radioactividad en1896 por el físico francés Antoine Henri Becquerel, Rutherford identificó los tres componentes principales de la radiación y los denominó rayos alfa, beta y gamma.Para ello y trabajando con muestras de uranio entre dos placas cargadas y midiendo la corriente que pasaba. Estudió así el poder de penetración de las radiaciones, cubriendo sus muestras de uranio con hojas metálicas de distintos espesores. Apuntó la ionización empezaba disminuyendo rápidamente conforme aumentaba el espesor de las hojas, pero que por encima de un determinado espesor disminuía más débilmente. Dedujo que el uranio emitía dos radiaciones diferentes, puesto que tenían poder de penetración distinto. Llamó a la radiación menos penetrante radiación alfa, y a la más penetrante (y que producía necesariamente una menor ionización puesto que atravesaba el aire) radiación beta.

Los rayos alfa son altamente energéticos pero tienen poco alcance y son absorbidos por el medio con rapidez.Los rayos beta, contrariamente son altamente penetrantes y de mucho mayor alcance. Mediante el uso de campos eléctricos y magnéticos analiza estos rayos y deduce su velocidad, el signo de su carga y la relación entre carga y masa. También encuentra un tercer tipo de radiación muy energético al que denominará rayos gamma.

rutherford2En 1902, en colaboración con Fredecik Soddy y trabajando con muestras de torio, Rutherford formuló la teoría sobre la radioactividad natural asociada a las transformaciones espontáneas de los elementos. Enuncia el principio de que la radioactividad viene acompañada de una desintegración de los elementos. La radioactividad no estaba influida por las condiciones externas de presión y temperatura, ni por las reacciones químicas, pero que comportaba como una emisión de calor superior al de una reacción química (la energía térmica debido a la desintegración nuclear era entre 20.000 y 100.000 veces superior al producido por una reacción química).. Explicaba también que se producían nuevos elementos con características químicas distintas, mientras desaparecían los elementos radiactivos.

En 1908 demuestra que las partículas alfa son núcleos de helio. Aisló la sustancia radiactiva en un material suficientemente delgado para que las partículas alfa lo atravesaran efectivamente, pero para ello bloquea cualquier tipo de “emanación” de elementos radiactivos, es decir, cualquier producto de la desintegración. Recoge a continuación el gas que se halla alrededor de la caja que contiene las muestras, y analiza su espectro. Encuentra entonces gran cantidad de helio: los núcleos que constituyen las partículas alfa han recuperado electrones disponibles.

En 1911 describe un nuevo modelo atómico (modelo atómico de Rutherford), que posteriormente sería perfeccionado por su alumno Niels Bohr. Al bombardear una fina lámina de mica con partículas alfa se obtenía una deflexión de dichas partículas. Utilizando una lámina de oro, se dio cuenta de que algunas partículas alfa se desviaban más de 90 grados.

Era de esperar que, si las cargas estaban distribuidas uniformemente según el modelo atómico de Thomson, la mayoría de las partículas atravesarían la delgada lámina sufriendo sólo ligerísimas deflexiones, siguiendo una trayectoria aproximadamente recta. Aunque esto era cierto para la mayoría de las partículas alfa, un número importante de estas sufrían deflexiones de cerca de 180º, es decir, prácticamente salían rebotadas en dirección opuesta a la incidente.

Rutherford pensó que esta fracción de partículas rebotadas en dirección opuesta podía ser explicada si se suponía la existencia de fuertes concentraciones de carga positiva en el átomo.

Lo que Rutherford consideró , fue “una concentración de carga” en el centro del átomo, ya que sin ella, no podía explicarse que algunas partículas fueran rebotadas en dirección casi opuesta a la incidente, lo que implicaba la existencia de un núcleo atómico donde se concentraba toda la carga positiva y más del 99,9% de la masa. Las estimaciones del núcleo revelaban que el átomo en su mayor parte estaba vacío.

Rutherford propuso que los electrones orbitarían en ese espacio vacío alrededor de un minúsculo núcleo atómico, situado en el centro del átomo

rutherford3En 1906 Rutherford publicó “El retraso de la partícula alfa del radio cuando atraviesa la materia”, en Philosophical Magazine (12, p. 134-46). En 1911-2 Rutherford explicó ante la Royal Society los experimentos y propuso la nueva teoría del núcleo atómico. Por lo que se considera que Rutherford demostró en 1911 la existencia del núcleo atómico.

El modelo de Rutherford fue el primer modelo atómico que consideró al átomo formado por dos partes: la “corteza” (luego denominada periferia), constituida por todos sus electrones, girando a gran velocidad alrededor de un “núcleo” muy pequeño; que concentra toda la carga eléctrica positiva y casi toda la masa del átomo.

En 1919, Rutherford realiza la primera transmutación artificial de la Historia. Bombardeó nitrógeno con partículas alfa y obtuvo átomos de un isótopo de oxígeno y protones. Esta transmutación de nitrógeno en oxígeno fue la primera que produjo una reacción nuclear de forma artificial.

Rutherford fue elegido miembro de la Sociedad Real en 1903 y ejerció como presidente de esta institución desde 1925 a 1930.

En 1908 fue galardonado con el Premio Nóbel de Química y recibió el título de sir en 1914.

Entre sus escritos se encuentran: Radioactivity (Radiactividad, 1904); Radiations from Radioactive Substances (Radiaciones de las sustancias radiactivas, 1930), que redactó con los físicos James Chadwick y Charles Drummond Ellis y The Newer Alchemy (La Nueva alquimia, 1937).

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Publicado el 1 septiembre, 2015 en Física, Química. Añade a favoritos el enlace permanente. Deja un comentario.

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