Modelo de atomo de rutherford
Modelo científico
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El modelo de Rutherford fue ideado por el físico neozelandés Ernest Rutherford para describir un átomo. Rutherford dirigió el experimento Geiger-Marsden en 1909, que sugirió, tras el análisis de Rutherford en 1911, que el modelo del átomo de J. J. Thomson era incorrecto. El nuevo modelo de Rutherford[1] para el átomo, basado en los resultados experimentales, contenía nuevas características de una carga central relativamente alta concentrada en un volumen muy pequeño en comparación con el resto del átomo y con este volumen central conteniendo también la mayor parte de la masa atómica del átomo. Esta región se conocería como el "núcleo" del átomo.
Rutherford echó por tierra el modelo de Thomson en 1911 con su conocido experimento de la lámina de oro, en el que demostró que el átomo tiene un núcleo diminuto y pesado. Rutherford diseñó un experimento para utilizar las partículas alfa emitidas por un elemento radiactivo como sondas del mundo invisible de la estructura atómica. Si Thomson estaba en lo cierto, el haz atravesaría la lámina de oro. La mayoría de los haces atravesaron la lámina, pero unos pocos fueron desviados.
Experimento con láminas de oro
Thomson describió el átomo como compuesto por electrones rodeados de una carga positiva que neutraliza el átomo. Los electrones se distribuyen como las ciruelas dentro de un budín, o las pasas dentro de un pastel de frutas.
Ernest Rutherford refutó la teoría del átomo de Thomson en 1911 cuando demostró que los átomos están compuestos en su mayoría por espacio vacío. Rutherford lo descubrió disparando rayos alfa -núcleos de helio- a una fina lámina de oro[3].
Si la teoría de Thomson fuera correcta, los rayos alfa deberían atravesar los átomos de oro. En cambio, Rutherford descubrió que algunos de los núcleos se desviaban en grandes ángulos. Algunos incluso fueron desviados hacia el lugar de donde venían.
Es el acontecimiento más increíble que me ha sucedido en mi vida. Fue casi tan increíble como si dispararas un proyectil de quince pulgadas a un trozo de papel de seda y éste volviera y te golpeara. Al considerarlo, me di cuenta de que esta dispersión hacia atrás debía ser el resultado de una sola colisión, y cuando hice cálculos vi que era imposible obtener algo de ese orden de magnitud a menos que se tomara un sistema en el que la mayor parte de la masa del átomo estuviera concentrada en un núcleo diminuto. Fue entonces cuando se me ocurrió la idea de un átomo con un diminuto centro masivo, portador de una carga[4].
Modelo de budín de ciruelas
Las partículas alfa son partículas con carga positiva que tienen 2 unidades de carga positiva y 4 unidades de masa. Son emitidas por elementos radiactivos como el radio y el polonio. Las partículas alfa de movimiento rápido tienen una cantidad considerable de energía. Pueden penetrar en la materia.
(2) El núcleo está rodeado de electrones cargados negativamente. Los electrones giran alrededor del núcleo en trayectorias circulares a una velocidad muy alta, y estas trayectorias circulares de los electrones se llaman órbitas.
En el modelo de Rutherford de un átomo, el electrón cargado negativamente gira alrededor del núcleo cargado positivamente en una trayectoria circular. Si un objeto se mueve en una trayectoria circular, se dice que su movimiento es acelerado. Esto significa que el movimiento de un electrón que gira alrededor del núcleo está acelerado. Si una partícula cargada experimenta un movimiento acelerado, entonces debe irradiar energía continuamente. Por lo tanto, la energía del electrón que gira disminuirá gradualmente y su velocidad también seguirá disminuyendo y, finalmente, los electrones deben caer en el núcleo. Esto hace que el átomo sea muy inestable y por lo tanto el átomo debe colapsar.
Teoría atómica
Experimento de dispersión de partículas alfa: Rutherford, (en 1909-1911) puso a prueba la distribución de cargas propuesta por Thomson en su modelo. Realizó algunos experimentos de dispersión de partículas alfa en los que bombardeó láminas delgadas de metales como el oro, la plata, el cobre o el platino con un haz de partículas alfa de movimiento rápido (es decir, que emiten de Ra o Po).
ii) Unas pocas partículas alfa cargadas positivamente fueron desviadas a través de un pequeño ángulo. Estas podían ser desviadas sólo por algún cuerpo positivo presente en el átomo, concentrado en un volumen muy pequeño. Esta pequeña porción del átomo fue llamada núcleo por Rutherford.
vii) Los electrones giran en realidad alrededor del núcleo en órbitas planetarias circulares en las que la fuerza centrípeta necesaria se deriva de la fuerza electrostática de atracción (de trabajo) entre el núcleo y el electrón.
viii) La dimensión del núcleo es del orden de 10-13cm y la dimensión del átomo es del orden de 10-8 cm. r = R0A1/3, donde R0 (constante) = 1,4 x 10-13cm = 1,4x10-15 m donde r = radio del núcleo, A = masa del núcleo Así, el modelo atómico de Rutherford es comparable con el sistema solar. Por lo tanto, también se denomina modelo planetario.