Eksperimen Rutherford dan Prototipe-nya



itu Percobaan Rutherford memungkinkan sekelompok ilmuwan untuk menemukan bahwa setiap atom memiliki inti bermuatan positif.

Ernest Rutherford, adalah seorang ahli fisika dan kimia Selandia Baru. Dia fokus pada studi partikel radioaktif dan melakukan beberapa penyelidikan yang memungkinkannya untuk memenangkan Hadiah Nobel dalam Kimia pada tahun 1908.

Di bawah arahan Rutherford, Hans Geiger dan Ernest Marsden, mereka membantu menciptakan model atom, di laboratorium Universitas Manchester.

Salah satu teori atom pertama yang ada adalah yang dirumuskan oleh Thomson, penemu elektron. Dia percaya bahwa atom adalah bola dengan muatan positif, dan bahwa elektron didistribusikan di dalamnya.

Teori Thomson mengatakan bahwa jika partikel alpha bertabrakan dengan atom, partikel ini akan melewati atom. Ini akan dipengaruhi oleh medan listrik atom sesuai dengan model ini.

Pada saat ini, proton dan neutron belum ditemukan. Thomson tidak dapat membuktikan keberadaannya dan modelnya tidak diterima oleh komunitas ilmiah.

Untuk menunjukkan keberadaan teori Thomson, Rutherford, Geiger, dan Marsdend melakukan percobaan di mana mereka membombardir partikel alfa, dibuat dengan inti gas helium, terhadap selembar logam.

Jika model Thomson bekerja, partikel-partikel harus melalui lembaran logam tanpa penyimpangan.

Pengembangan percobaan Rutherford

Prototipe pertama

Prototipe desain pertama percobaan, dilakukan pada tahun 1908, dijelaskan oleh Geiger dalam sebuah artikel berjudul Tentang Dispersi Partikel oleh Materi.

Mereka membangun sebuah tabung kaca yang panjangnya sekitar dua meter, di satu ujung ada sumber radio, dan di ujung yang lain sebuah layar berpendar. Di tengah tabung, semacam corong ditempatkan agar partikel alfa melewatinya.

Proses yang diikuti adalah untuk melewatkan partikel alfa melalui celah sehingga akan memproyeksikan sinar cahaya ke layar berpendar.

Dengan memompa semua udara dari tabung, gambar yang diperoleh jernih dan berhubungan dengan bukaan di tengah tabung. Ketika jumlah udara dalam tabung diturunkan, gambar menjadi lebih tersebar.

Kemudian, untuk melihat lintasan mana partikel diikuti jika mereka menabrak sesuatu atau melewatinya, seperti teori Thomson berpendapat, daun emas dimasukkan ke dalam slot.

Ini menunjukkan bahwa udara dan padatan menyebabkan dispersi partikel-partikel yang terpantul di layar berpendar dengan gambar yang lebih tersebar..

Masalah dengan prototipe pertama ini adalah bahwa ia hanya menunjukkan hasil dispersi, tetapi bukan lintasan yang diikuti oleh partikel alfa..

Prototipe kedua

Geiger dan Marsden menerbitkan sebuah artikel pada tahun 1909 di mana mereka menjelaskan percobaan untuk menunjukkan pergerakan partikel alpha.

Dalam Refleksi Diffuse Partikel Alpha dijelaskan bahwa percobaan ini bertujuan untuk mengetahui bahwa partikel bergerak pada sudut lebih dari 90 derajat.

Mereka menciptakan prototipe kedua untuk percobaan, di mana wadah kaca dengan bentuk kerucut dibuat. Mereka memasang pelat timah, sehingga partikel-partikel alfa bertabrakan dengannya, dan untuk melihat dispersinya, sebuah pelat fluoresen ditempatkan di belakangnya..

Masalah dengan konfigurasi perangkat ini adalah partikelnya menghindari pelat timah, memantul dari molekul udara.

Mereka menguji dengan menempatkan selembar logam dan melihat pada layar fluorescent bahwa ada lebih banyak pukulan partikel.

Terlihat bahwa logam yang memiliki massa atom lebih tinggi memantulkan lebih banyak partikel, tetapi Geiger dan Masden ingin mengetahui jumlah pasti partikel. Tetapi percobaan dengan memiliki radio, dan bahan radioaktif, tidak bisa tepat.

Prototipe ketiga

Artikel itu Dispersi partikel-α oleh materi tahun 1910 menjelaskan percobaan ketiga yang dirancang Geiger. Di sini ia sudah fokus pada pengukuran sudut dispersi partikel, tergantung pada bahan di mana mereka bersentuhan.

Kali ini, tabung itu kedap air, dan merkuri memompa radon-222 ke layar neon. Dengan bantuan mikroskop, kilatan yang muncul pada layar fluorescent dihitung.

Sudut yang mengikuti partikel dihitung dan kesimpulan dicapai bahwa sudut defleksi meningkat dengan massa atom yang lebih besar dari bahan, dan juga sebanding dengan massa atom zat..

Namun, sudut defleksi yang paling mungkin berkurang dengan kecepatan dan probabilitas bahwa itu menyimpang lebih dari 90º diabaikan..

Dengan hasil yang diperoleh dalam prototipe ini, Rutherford menghitung pola dispersi secara matematis.

Melalui persamaan matematika, dihitung bagaimana lembaran harus membubarkan partikel, dengan asumsi bahwa atom memiliki muatan listrik positif di pusatnya. Meskipun yang terakhir hanya dianggap sebagai hipotesis.

Persamaan yang dikembangkan adalah seperti ini:

Di mana, s = jumlah partikel alfa yang jatuh pada area unit dengan sudut defleksi Φ

  • r = jarak titik kejadian sinar alpha pada bahan dispersi
  • X = jumlah total partikel yang jatuh pada bahan dispersi
  • n = jumlah atom dalam satuan volume materi
  • t = ketebalan lembaran
  • Qn = muatan positif inti atom
  • Qα = muatan positif dari partikel alfa
  • m = massa partikel alfa
  • v = kecepatan partikel alfa

Prototipe akhir

Dengan model persamaan Rutherford, sebuah percobaan dilakukan untuk menunjukkan apa yang dipostulasikan, dan bahwa atom memiliki inti dengan muatan positif..

Persamaan yang dirancang memperkirakan bahwa jumlah blitz per menit yang akan diamati pada sudut tertentu (Φ) harus sebanding dengan:

  • csc4Φ / 2
  • ketebalan lembaran t
  • besarnya beban pusat Qn
  • 1 / (mv2)2

Untuk menunjukkan keempat hipotesis ini, empat percobaan dibuat, yang dijelaskan oleh artikel Hukum defleksi partikel α dengan sudut besar tahun 1913.

Untuk menguji efek yang sebanding dengan csc4Φ / 2, buat silinder di atas meja putar, di atas kolom.

Kolom yang memompa udara dan mikroskop yang ditutupi dengan layar fluorescent memungkinkan untuk mengamati partikel yang menyimpang hingga 150º, yang dengannya hipotesis ditunjukkan oleh Rutherford..

Untuk menguji hipotesis ketebalan lembaran, pasang cakram dengan 6 lubang yang ditutup dengan lembaran dengan ketebalan yang bervariasi. Diamati bahwa jumlah blitz sebanding dengan ketebalan.

Mereka menggunakan kembali cakram percobaan sebelumnya untuk mengukur pola dispersi, dengan asumsi bahwa beban nukleus sebanding dengan berat atom, mereka mengukur jika dispersi sebanding dengan berat atom kuadrat.

Dengan kilasan yang diperoleh, dibagi dengan ekuivalen udara, dan kemudian dibagi dengan akar kuadrat dari berat atom, mereka menemukan bahwa proporsinya sama.

Dan akhirnya, dengan cakram percobaan yang sama, mereka menempatkan lebih banyak cakram mika untuk memperlambat partikel, dan dengan rentang kesalahan yang dapat diterima, mereka menunjukkan bahwa jumlah kilau sebanding dengan 1 / v4, seperti yang diprediksi Rutherford dalam modelnya.

Melalui percobaan mereka membuktikan bahwa semua hipotesis Rutherford dipenuhi dengan cara yang menentukan Model Atom Rutherford. Dalam model ini, akhirnya diterbitkan pada tahun 1917, diduga bahwa atom memiliki inti pusat dengan muatan positif.

Jika inti pusat atom adalah satu dengan muatan positif, sisa atom akan kosong dengan elektron yang mengorbit di sekitarnya.

Dengan model ini ditunjukkan bahwa atom memiliki muatan netral dan muatan positif yang ada di dalam nukleus dinetralkan dengan jumlah elektron yang sama yang mengorbit di sekitar.

Jika kita menghilangkan elektron dari atom, mereka akan dibiarkan dengan muatan positif. Atom-atom stabil, karena gaya sentrifugal sama dengan gaya listrik, menjaga elektron tetap di tempatnya

Referensi

  1. CUÉLLAR FERNÁNDEZ, Luigi; GALLEGO BADILLO, Romulo; PÉREZ MIRANDA, Royman. Model atom E. Rutherford.Pengajaran Ilmu, 2008, vol. 26.
  2. BOHR, Niels. Ceramah Peringatan Rutherford 1958 Kenang-kenangan dari Pendiri Ilmu Nuklir dan Beberapa Perkembangan Berdasarkan Karyanya.Prosiding Masyarakat Fisik, 1961.
  3. JUSTI, Rosaria; GILBERT, John. Sejarah dan filsafat ilmu melalui model: beberapa tantangan dalam kasus 'atom'.Jurnal Internasional Pendidikan Sains, 2000, vol. 22.
  4. COHEN-TANNOUDJI, Claude, et al.Interaksi atom-foton: proses dasar dan aplikasi. New York: Wiley, 1992.
  5. AGUILERA, Damarys, dkk. Model konseptual mahasiswa pada struktur atom berdasarkan percobaan Thomson, Rutherford dan Bohr / Model konseptual mahasiswa tentang struktur atom berdasarkan percobaan Thomson, Rutherford dan Bohr.Jurnal Pendidikan Sains, 2000, vol. 1, no 2.
  6. DE LA LLATA LOYOLA, María Dolores.Kimia anorganik. Editorial Progreso, 2001.
  7. TORRES, Amalia Williart. Eksperimen sejarah: penemuan inti atom: percobaan Rutherford.100cas UNED, 2003, no 6, hal. 107-111.