¿Hay alguna historia corta sobre químicos que exploran la estructura de los átomos?

Rutherford, quien reveló la historia interna del átomo

Rutherford nació en Nelson, Nueva Zelanda, el 30 de agosto de 1871. Se graduó en la Universidad de Nueva Zelanda y en la Universidad de Cambridge. En 1898 viajó a Canadá como profesor de física en la Universidad Macchier y permaneció allí durante nueve años. Durante este período, hizo grandes contribuciones a la investigación sobre la radiactividad. En 1907 fue nombrado profesor de física en la Universidad de Manchester. Ganó el Premio Nobel de Química en 1908 por sus investigaciones sobre radioquímica. En 1919, fue nombrado profesor de la Universidad de Cambridge y director del Laboratorio Cavendish. En 1931 el rey de Inglaterra le concedió el título de Lord. Murió el 19 de octubre de 1937.

A finales del siglo XIX se produjeron en la física "tres grandes descubrimientos" que conmocionaron a la comunidad científica: en 1895, el físico alemán Röntgen descubrió los rayos X, y ese mismo año, los franceses el físico Becquerel descubrió la radiactividad natural; en 1897, el físico británico Thomson (1859-1940) descubrió el electrón. Estos grandes descubrimientos inspiraron a Rutherford y lo decidieron a realizar investigaciones en profundidad sobre la estructura atómica.

En 1899, Rutherford utilizó un fuerte campo magnético para actuar sobre los rayos emitidos por el radio y descubrió que los rayos se podían dividir en tres componentes. Llamó a la parte cargada positivamente con una pequeña amplitud de deflexión rayo a, y a la parte cargada negativamente con una gran amplitud de deflexión la llamó rayo b. La tercera parte no se desvió en el campo magnético y tenía un fuerte poder de penetración. -rayo.

En 1903, Rutherford confirmó que los rayos a son un flujo de iones positivos (núcleos de helio) con la misma masa que el elemento helio, mientras que los rayos b son un flujo de electrones cargados negativamente. Rutherford también llamó partículas a a los rayos A. Además, utilizó experimentos para demostrar que los rayos a emitían destellos cuando golpeaban una pantalla fluorescente recubierta con sulfuro de zinc. Por lo tanto, utilizó este fenómeno para crear un espejo de centelleo que podía observar partículas de cristal.

Rutherford estudió más a fondo el poder de penetración de los rayos orales y descubrió que la mayoría de las partículas pueden penetrar una lámina metálica delgada, y estas partículas son "como entrar en tierra de nadie" en la lámina metálica, pueden pasar con arrogancia. . Este fenómeno muestra que los átomos en el sólido no son herméticos, la disposición no es hermética y hay muchos espacios en el interior, por lo que las partículas a pueden atravesar la lámina metálica sin cambiar de dirección.

El experimento descubrió que cuando una pequeña cantidad de partículas a pasaban a través de la lámina metálica, parecían ser apretadas por algo, por lo que su trayectoria se desviaba en un cierto ángulo. También hay partículas individuales que parecen rebotar completamente como si hubieran sido golpeadas de frente por algo duro. Basado en el fenómeno experimental anterior de partículas que pasan a través de una lámina metálica (este experimento se llama experimento de dispersión de partículas), Rutherford imaginó que debía haber un núcleo duro cargado positivamente dentro del átomo, y que las partículas a serían golpeadas cuando golpearan. el núcleo cuando rebota, cambiará de dirección y se desviará en un cierto ángulo cuando golpee el objetivo. El núcleo de un átomo ocupa un espacio muy pequeño, por lo que la mayoría de las partículas aún pueden atravesarlo. Basándose en esta suposición, calculó que el radio del núcleo es de aproximadamente 3×10-12 cm, mientras que el radio del átomo es de 1,6×10-8 cm.

En 1911, inspirado por la "similitud entre el macrocosmos y el microcosmos", Rutherford comparó el sistema solar con la estructura atómica y propuso un modelo atómico. Creía que los átomos son como un pequeño sistema solar. Cada átomo tiene un núcleo muy pequeño. El diámetro del núcleo es de unos 10 a 12 centímetros. Este núcleo contiene casi toda la masa del átomo y lleva una carga positiva de una unidad. El núcleo Hay electrones en el exterior que giran alrededor del núcleo, por lo que, en circunstancias normales, el átomo es neutro.

Después de que Rutherford descubrió el núcleo atómico, realizó "experimentos de dispersión de partículas" con varios metales y descubrió que diferentes pares de metales tienen diferentes capacidades de dispersión de partículas. Cuanto más fuerte es la capacidad de dispersión, más fuerte es la carga positiva de las partículas. el núcleo Cuanto más, mayor es la repulsión. En 1913, Moseley, alumno y asistente de Rutherford, bajo la dirección de Rutherford, demostró que las cargas transportadas por los núcleos de varios elementos eran exactamente iguales a sus números atómicos. El modelo atómico de Rutherford explicó con éxito muchos fenómenos físicos y químicos, pero investigaciones posteriores descubrieron que tenía grandes limitaciones.

Su alumno, el físico danés Nelson Bohr, sintetizó la teoría cuántica de Planck y la teoría fotónica de Einstein, y propuso el modelo del átomo de Bohr basado en el modelo atómico de Rutherford. Este modelo es una gran mejora con respecto al modelo de Rutherford, pero es producto de. una combinación de mecánica clásica y teoría cuántica. Por lo tanto, con el desarrollo de la ciencia, han surgido muchas situaciones poco realistas, por lo que luego fue reemplazado por el modelo de la mecánica cuántica.

Rutherford realizó destacadas aportaciones en química nuclear. Cuando utilizó la dispersión de partículas alfa para estudiar los núcleos atómicos, descubrió que, en el caso de los elementos ligeros, a menudo ocurrían fenómenos anormales. En ese momento pensó que podría deberse a que el núcleo ligero tenía menos carga nuclear y menor repulsión, por lo que las partículas a de alta velocidad podrían superar la repulsión y golpear el núcleo ligero, causando anomalías. Posteriormente, realizó una investigación en profundidad sobre esta idea. Rutherford primero seleccionó la fuente radiactiva más fuerte, llamada en ese momento radio C', que en realidad era 204Po, para bombardear elementos ligeros. En 1919, cuando bombardeó nitrógeno con partículas alfa, descubrió que se producía una nueva partícula de mayor alcance y menor masa. Las investigaciones demostraron que esta partícula era el núcleo de hidrógeno. Rutherford llamó a la partícula que descubrió "el protón". En este experimento, no sólo descubrió los protones, sino que también realizó la primera reacción nuclear en la historia de la humanidad:

14N 4He——gt; 17O 1H

Luego descubrió el boro y el flúor. , el sodio, el aluminio, el fósforo y otros elementos pueden sufrir reacciones nucleares. Durante las reacciones nucleares, un elemento puede transformarse en otro. En 1920, Rutherford propuso la hipótesis del neutrón. Creía que en el núcleo, los protones pueden combinarse estrechamente con los electrones para formar una partícula sin carga, un neutrón. Especuló que debido a que no hay campo eléctrico alrededor de un neutrón, no deberían producirse iones cuando pasa a través de un gas. No se ve afectado por la fuerza del campo eléctrico, por lo que la fuerza de penetración será muy fuerte. Sólo girará cuando choque de frente con el núcleo. El núcleo colisionado puede ser expulsado a cierta velocidad porque ha ganado cierta energía cinética.

La predicción de Rutherford sobre los neutrones fue confirmada por Chadwick en 1932. Utilizó partículas para bombardear elementos bisagra y obtuvo neutrones:

9Be 4He— —gt 12C 1n

<; Las investigaciones de Rutherford sobre la radiactividad finalmente señalaron la posibilidad de la modificación atómica, haciendo realidad el sueño de los alquimistas anteriores a la Edad Media. Además, Rutherford también realizó una discusión teórica sobre el fenómeno de la fisión nuclear natural. Creía que la radiactividad natural era causada por la división explosiva de átomos básicos. Entre la cantidad astronómica de átomos, en algún lugar explotaría repentinamente, emitiendo varios rayos, y las partes restantes se convertirían en otros átomos. Si durante la explosión se expulsa una partícula a, el peso atómico de este nuevo elemento será un átomo de helio menos que antes de la explosión. En la época de Rutherford, sólo se conocía la fisión de átomos pesados, pero no se sabía que los átomos ligeros podían fusionarse. Tanto la fisión como la fusión podían liberar energía.

Rutherford fue un hombre íntegro, se dedicó a la ciencia y no desdeñó a los poderosos. También fue un gran educador y formó a muchos expertos de primer nivel para la humanidad, como Bohr y Moseley. Después de la muerte de Chi, la gente realiza actividades conmemorativas en su honor el 19 de octubre de cada año.