Experimento de dispersión alfa de Rutherford

El modelo de pudín de ciruelas de JJ Thomson no pudo explicar ciertos resultados experimentales sobre la estructura atómica de los elementos. aún así, no había un modelo claro que definiera los átomos, por lo tanto, en 1909, Ernest Rutherford, un científico británico realizó un experimento y, en base al experimento, observó y propuso la estructura atómica de los elementos y el modelo atómico de Rutherford.

Constituyentes básicos de un átomo

Un átomo consta de electrones, protones y neutrones que son las partículas fundamentales o partículas subatómicas que construyen la estructura de un átomo. Entendamos cada término.

• Electrón: En 1897, JJ Thomson descubrió partículas cargadas negativamente hacia el áNode, estos rayos son emitidos por el cátodo en un experimento de rayos catódicos. Entonces estas partículas cargadas negativamente se proponen como electrones.
• Protones: En 1886, Ernest Goldstein descubrió que el áNode emitía partículas cargadas positivamente con una condición diferente en el mismo tubo, conocidas como rayos Canal o como Protones.
• Neutrones: J. Chadwick descubrió una partícula subatómica sin carga y con una masa equivalente a los protones en el núcleo de todos los átomos. Estas partículas con carga neutra se denominan neutrones.  

Los isótopos son los elementos que tienen el mismo número atómico pero distinta masa. Por ejemplo , los isótopos de los átomos de hidrógeno son protio ( ¹ H ₁ ), deuterio ( ² H ₁ ) y tritio ( ³ H ₁ ). Los isótopos de los átomos de carbono son ¹² C ₆ , ¹³ C ₆ , ¹⁴ C ₆ .

Las isobaras son los elementos que tienen diferente número atómico pero tienen el mismo número másico. por ejemplo , ¹⁹ K ₄₀ , ¹⁸ Ar ₄₀ , ²⁰ Ca ₄₀ , aquí todos los elementos que tienen el mismo número de masa, por lo tanto, son isobaras.

Experimento de dispersión alfa de Rutherford

Realiza un experimento bombardeando partículas alfa en una fina lámina de oro y luego nota su interacción con la hoja de oro y la trayectoria o camino seguido por estas partículas. 

En el experimento, Rutherford hace pasar flujos muy altos de partículas alfa desde una fuente radiactiva, es decir, un emisor de partículas alfa, en una lámina delgada de oro de 100 nm de espesor. Para examinar la desviación producida por las partículas alfa, colocó una pantalla de sulfuro de zinc fluorescente alrededor de la fina lámina de oro. Rutherford hizo ciertas observaciones que se oponen al modelo atómico de Thomson.

Observaciones del experimento de dispersión alfa de Rutherford

Las observaciones del experimento de dispersión alfa de Rutherford son:

1. En primer lugar, observa que la mayoría de las partículas α que son bombardeadas hacia la hoja de oro pasan la lámina sin desviarse y, por lo tanto, muestra que la mayor parte del espacio está vacío.
2. De todas, algunas de las partículas α se desviaron a través de la lámina de oro en ángulos muy pequeños y, por lo tanto, muestra que la carga positiva en un átomo no está distribuida uniformemente. La carga positiva se concentra en un volumen muy pequeño en un átomo.
3. Muy pocas de las partículas alfa (1-2%) se desviaron hacia atrás, es decir, sólo una cantidad muy inferior de partículas alfa tenía un ángulo de desviación de casi 180°. esto demuestra que el volumen ocupado por las partículas cargadas positivamente es muy pequeño en comparación con el volumen total de un átomo.

Modelo atómico de Rutherford

Rutherford propuso la estructura atómica de los elementos, sobre la base de su experimento. Según el modelo atómico de Rutherford:

• La partícula cargada positivamente estaba concentrada en un volumen extremadamente pequeño y la mayor parte de la masa de un átomo también estaba en ese volumen. Llamó a esto el núcleo de un átomo.
• Rutherford propuso que hay electrones cargados negativamente alrededor del núcleo de un átomo. el electrón que rodea al núcleo gira a su alrededor en una trayectoria circular con una velocidad muy alta. Llamó órbitas a estas trayectorias circulares.
• El núcleo, que es una masa densamente concentrada de partículas con carga positiva y los electrones con carga negativa, se mantienen unidos por una fuerte fuerza de atracción llamada fuerza de atracción electrostática.

Limitaciones del modelo atómico de Rutherford

El modelo atómico de Rutherford no logra explicar ciertas cosas.

1. Según Maxwell, un electrón que gira alrededor del núcleo debería emitir radiación electromagnética debido a que las partículas cargadas aceleradas emiten radiación electromagnética. pero el modelo de Rutherford dice que los electrones giran alrededor del núcleo en caminos fijos llamados órbitas. La radiación transportaría la energía del movimiento que condujo a la reducción de la órbita. En última instancia, los electrones colapsarían dentro del núcleo.
2. Según el modelo de Rutherford, los cálculos han demostrado que un electrón colapsaría en el núcleo en menos de 10 ^-8 segundos. Entonces, el modelo de Rutherford ha creado una gran contradicción con la teoría de Maxwell y Rutherford más tarde no pudo explicar la estabilidad de un átomo.
3. Rutherford tampoco describió la disposición de los electrones en la órbita como uno de los otros inconvenientes de su modelo.

Independientemente de ver que los primeros modelos atómicos eran inexactos y no explicaban ciertos resultados experimentales, fueron la base para futuros desarrollos en el mundo de la mecánica cuántica.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: Nombre el átomo que tiene un electrón, un protón y ningún neutrón.

Responder:

Es cierto para el átomo de hidrógeno ¹ H ₁ .

El número atómico de Hidrógeno = No. de Protones = 1

El número de masa de hidrógeno = 1

Nº de neutrones = 0

Por lo tanto, el átomo de hidrógeno tiene un electrón, un protón y ningún neutrón.

Pregunta 2: ¿Define el término estado fundamental de un átomo?

Responder:

Es el estado de un átomo donde todos los electrones en el átomo están en su estado o niveles de energía más bajos, se llama estado fundamental.

Pregunta 3: Representa el elemento ‘X’ que contiene 15 electrones y 16 neutrones.

Responder:

Número atómico del elemento = no. de electrón = 15

Número de masa del elemento = no. de electrones + no. de neutrones

                                       = 15 + 16

                                       = 31

La representación correcta del elemento X es ³¹ X ₁₅ .

Pregunta 4: Nombre la partícula y dé su ubicación en el átomo que no tiene carga y tiene una masa casi igual a la de un protón.

Responder:

La partícula que no tiene carga y tiene una masa casi igual a la de un protón es un neutrón y está presente en el núcleo del átomo.

Pregunta 5: Un átomo tiene carga negativa de atributo de electrón y carga positiva de atributo de protones, pero ¿por qué no hay carga?

Responder:

Las cargas positivas y negativas de protones y electrones son de igual magnitud, cancelan el efecto de cada uno. Entonces, el átomo en su conjunto es eléctricamente neutro.

Pregunta 6: ¿Cuál es la valencia del átomo de Sodio (Na)?

Responder:

El número atómico del sodio = 11

configuración electrónica (2, 8, 1).

al perder un electrón gana estabilidad, por lo que su valencia es 1.

Pregunta 7: ¿Qué propiedad muestran los siguientes pares?

^209X84 y 210X84 _{_} ^_ _ _{_}

Responder:

El número atómico de X es el mismo, por lo que el par muestra una propiedad isotópica.

Entonces, ²⁰⁹ X ₈₄ y ²¹⁰ X ₈₄ son isótopos.