La física requiere una comprensión de la estructura subyacente de la materia. Sin el experimento de la lámina de oro de Rutherford, sería imposible determinar el tamaño del núcleo, que es el tema de este artículo. El modelo atómico de Rutherford fue la primera interpretación adecuada del átomo y sirvió de base para la interpretación de Bohr.
Rutherford demostró a partir de sus experimentos que el radio de un núcleo es más pequeño que el radio de un átomo por un factor de aproximadamente 10 4 y que el núcleo atómico es el núcleo central de cada átomo. El núcleo contiene entrar carga positiva y más del 99,9 % de la masa del átomo, es decir, un átomo está casi vacío.
Un átomo consta de una región central cargada positivamente llamada núcleo que consta de partículas cargadas positivamente llamadas protones y partículas neutras llamadas neutrones.
Experimento de lámina de oro de Rutherford
JJ Thompson en 1898, propuso un modelo del átomo que se parecía más o menos a un pudín de pasas. Supuso que un átomo era un cuerpo esférico en el que los electrones se distribuyen de manera desigual en una esfera que tiene una carga positiva que equilibra la carga del electrón. Se llama el modelo Plum Pudding .
Se supone que la masa del átomo se distribuye uniformemente en todo el átomo. Fracasó después del experimento de dispersión α de Rutherford, que demostró que el átomo era bastante diferente.
En este experimento, Rutherford permite que un estrecho haz de partículas α caiga sobre una lámina de oro muy delgada. Esta lámina de oro tenía una pantalla de sulfuro de zinc fluorescente circular a su alrededor. Las partículas α emitidas por las sustancias radiactivas son iones dipositivos de Helio (He +2 ) que tienen una masa de 4 unidades y 2 unidades de carga positiva. Se produjo un pequeño destello de luz en el punto donde se acumulan las partículas α.
Experimento de lámina de oro de Rutherford
Observaciones del experimento de lámina de oro de Rutherford:
- La mayoría de las partículas alfa atravesaron la lámina sin desviarse.
- Pocas partículas α fueron desviadas por pequeños ángulos.
- Muy pocas partículas alfa (1 de cada 20 000 partículas) rebotan por completo. es decir, desviado a ∼180.
Conclusión del experimento de la lámina de oro de Rutherford:
- La presencia de espacio en gran parte vacío en el átomo.
- La carga positiva se concentra en una región muy pequeña y no se distribuye uniformemente en todo el átomo (si no, una gran cantidad de partículas α se habrían desviado al experimentar la enorme fuerza repulsiva de la carga positiva del átomo).
- El núcleo cargado positivamente se conoce como el núcleo.
- Basado en el experimento de dispersión alfa, Rutherford dio el modelo nuclear de un átomo.
Características del experimento de lámina de oro de Rutherford:
- En un átomo, la masa y la carga positiva están ubicadas centralmente en una región extremadamente pequeña llamada núcleo.
- El volumen del núcleo es insignificante en comparación con el volumen total del átomo.
- Tanto los protones como los neutrones presentes en el núcleo se denominan colectivamente nucleones.
- Parte extranuclear: el núcleo está rodeado de electrones giratorios. los electrones giran a muy alta velocidad en trayectorias circulares llamadas órbitas, así como en contrapeso de la fuerza de atracción electrostática entre protones y electrones.
- El modelo atómico de Rutherford se asemeja al sistema solar en el que el núcleo desempeña el papel del sol y los electrones de los planetas giratorios.
- La fuerza centrífuga que actúa hacia el exterior equilibra la atracción culómbica hacia el interior del núcleo. Esto estabiliza los electrones en sus órbitas.
Se requería un nuevo modelo del átomo para explicar estos hallazgos. Se pensó que las cosas positivas estaban concentradas en un lugar pequeño pero vasto denominado núcleo en el nuevo concepto. Para completar esta imagen, se pensaba que los electrones giraban alrededor del núcleo, evitando que un átomo se entrometiera en el espacio de su vecino.
Tamaño del núcleo
La primera determinación experimental del tamaño de un núcleo se hizo a partir de los resultados de la dispersión de Rutherford de partículas α. Se encontró que la distancia del acercamiento más cercano se lee en 3 × 10 -14 m para partículas α energéticas de 7,7 MeV. Este hecho indicaba que el tamaño del núcleo debería ser inferior a 3 × 10 -14 m. Para las partículas α que tienen una energía cinética de más de 7,7 MeV, la distancia de máxima aproximación será menor.
En KE, más de 5,5 MeV, la distancia de máxima aproximación será menor. A KE de más de 5,5 MeV, las fuerzas nucleares de atracción comienzan a afectar la fuerza de repulsión de Coulomb entre las partículas α y el núcleo de oro. El tamaño del núcleo se puede medir utilizando electrones rápidos en lugar de partículas α para el experimento de dispersión. Se encontró que el tamaño nuclear varía linealmente con el número de masa (A). Como se supone que el núcleo es esférico, con radio R.
R = R 0 A 1/3
donde R0 = 1,2 ×10 -15 m
Densidad nuclear
La densidad de un núcleo (ρ) es igual a su masa dividida por su volumen total. Los nucleones son el número de protones y neutrones en un núcleo, y su masa es A por la masa del nucleón (A es el número de nucleones en el átomo).
Densidad nuclear, ρ = masa del núcleo /volumen del núcleo = (masa del protón o neutrón)(número de masa) / Volumen del núcleo.
Considere un núcleo A con número de masa A y radio R.
El volumen del núcleo = 4/3 πR 3
Pero
R = R 0 A 1/3
donde R 0 es una constante.
El volumen del núcleo=4/3 π R 0 3 A
Después
ρ = (1.66×12 -27 )A/4/3 π R 0 3 A
= (1,66×10 -27 )/4/3π (1,2×10 -15 ) 3
R0 = 1,2× 10 -15 m
r = 3 × 1,66 × 10 -27 /4 × 3,14 (1,2 × 10 -15 ) 3
= 2,38×10 17 kg m -3
Por tanto, la densidad nuclear ρ es constante. Eso es independiente del número de masa para todos los núcleos.
Nota:
- Los núcleos más pesados son más grandes que los núcleos más ligeros.
- La densidad nuclear es independiente del número de masa de un átomo.
- La densidad nuclear (=10 17 kgm -3 ) es aproximadamente 10 13 veces la densidad promedio de la tierra (=10 4 kg m -3 )
Ejemplos de preguntas
Pregunta 1: Calcular el radio de un núcleo de número de masa 8.
Responder:
El radio de un núcleo está dado por,
R = R 0 A 1/3
R0 = 1,2 x 10-15 m ; A=8
R=1,2×10 -15 ×(8) 1/3
=1,2 ×10 -15 ×2 =2,4 ×10 -15 m.
Pregunta 2: ¿Cuál es el radio nuclear del 125 Fe, si el del 27 Al es 3,6 Fermi?
Responder:
Ya que,
R = R 0 A 1/3
R Fe /R Al = (A Fe /A Al ) 1/3
= (125/27) 1/3
R Fe = 5/3 R Al
= 5/3 × 3,6
= 6,0 Fermi
Pregunta 3: Encuentra la densidad de masa del núcleo de oxígeno 8 O 16 .
Responder:
Ya que, Volumen, V = 4/3π R 3 = 4/3 π (1.2×10 -15 ) 3 A
=1.16 ×10 -43 m 3
La masa de átomos de oxígeno (A = 16) es de aproximadamente 16 u.
Por lo tanto la densidad es,
r = m/V
= 16 × 1,66 × 10 -27 / 1,16 × 10 -43
= 2,3 × 10 17 kg/m 3 .
Pregunta 4: Encuentre la relación de los radios nucleares del isótopo de tungsteno 74 W 186 y el isótopo de hierro 26 Fe 56 .
Responder:
Número de masa de tungsteno, A 1 = 186
Radio nuclear del tungsteno R 1 = R 0 A 1 1/3
Número de masa de hierro, A 2 = 56
Radio nuclear del hierro, R 2 = R 0 A 2 1/3
R 1 /R 2 = (A 1 /A 2 ) 1/3
= (186/56) 1/3
= (3.32) 1/3
O
R 1 /R 2 = 1,491
Tomando logaritmo de la ecuación (i), obtenemos
registro (R 1 /R 2 ) = 1/3 registro (3.32)
= 1/3(0,5211) = 0,1737
Tomando antilog a ambos lados,
R 1 /R 2. = 1.491
Pregunta 5: Dada la masa del núcleo de hierro como 55.85 u con A = 56. Encuentra la densidad nuclear.
Responder:
M = 55 × 85 u
= 55,85 × 1,67 × 10 -27 kg
Volumen, V = 4/3 π R 3 = 4/3 (R 0 A 1/3 ) 3
= 4/3π R 0 3 × UN
Densidad nuclear = M/V = 3M/4π R 0 3 A
= 3 × 55,85 (1,67 × 10 -27 ) / 4 × 3,14 (1,2 × 10 -15 ) 3 × 56
= 2,29×10 17 kg/m 3
Publicación traducida automáticamente
Artículo escrito por anisharachel2012 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA