Física y Quimica

Rutherford. El modelo de átomo planetario                      

Átomo

 
 

Apuntes

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Rutherford

E. Rutherford

(1871-1937)

E. Rutherford realiza en 1911 un experimento crucial con el que se trataba de comprobar la validez del modelo atómico de Thomson.

Un esquema del montaje experimental usado se muestra más abajo:

Las partículas alfa (a), procedentes de un material radiactivo, se aceleran y se hacen incidir sobre una lámina de oro muy delgada. Tras atravesar la lámina las partículas a chocan contra una pantalla recubierta interiormente de sulfuro de zinc, produciéndose un chispazo. De esta forma era posible observar si las partículas sufrían alguna desviación al atravesar la lámina.

Las llamadas "partículas alfa" son núcleos de helio (por tanto sumamente pequeñas, invisibles a la observación directa) y cuyas características principales son:

  • Su masa es, aproximadamente, 8.000 veces la de un electrón.

  • Tienen carga eléctrica positiva.

Los resultados del experimento (una simulación del cual puede verse a la derecha), pueden resumirse de la siguiente manera:

  • La mayor parte de las partículas alfa atravesaban la lámina de oro sin sufrir ninguna desviación.

  • Muy pocas (una de cada 10.000 aproximadamente)  se desviaba un ángulo mayor de 100 (clic en el botón Desvío)

  •  En rarísimas ocasiones las partículas a rebotaban en la lámina (clic en el botón Rebote).

 

La interpretación dada por Rutherford fue la siguiente:

Si el modelo atómico propuesto por Thomson fuera cierto no deberían observarse desviaciones ni rebotes de las partículas incidentes. Éstas atravesarían limpiamente los átomos sin desviarse.

Partículas alfa y modelo de Thomson

Para que las partículas se desvíen, deben encontrar en su trayectoria una zona cuya masa sea comparable o mayor a la de las partículas incidentes (núcleo). Esta zona deberá tener, además, carga positiva.

La zona en la que se concentra la masa y la carga positiva debería de ser muy pequeña si comparamos su volumen con el correspondiente a la totalidad del átomo.

La carga eléctrica (negativa) de los electrones debería estar exactamente compensada con la positiva del núcleo, ya que los átomos son eléctricamente neutros (carga cero).

Los resultados del experimento pueden interpretarse si suponemos un modelo planetario de átomo con un núcleo central (muy pequeño en relación con la totalidad del átomo) en el que se concentra la masa y la carga positiva. Los electrones girarían (de forma  análoga a como lo hacen los planetas alrededor del Sol) en órbitas concéntricas alrededor de este núcleo. Entre el núcleo y los electrones no existe materia. Hay vacío.

Si aceptamos este modelo los resultados del experimento de Rutherford pueden explicarse fácilmente:

  • La mayor parte de las partículas alfa traviesan los átomos sin desviarse (línea verde), ya que la mayor parte del volumen del átomo es espacio vacío.

  • Si la partícula incidente pasa cerca del núcleo (lo cual es poco probable, ya que el tamaño del núcleo es 10.000 veces menor que el del átomo) es repelida por éste (línea azul),

  • Habrá un pequeño porcentaje de partículas que choquen directamente con el núcleo (probabilidad muy baja dada la pequeñez del núcleo), produciéndose un rebote.

Explicación del experimento de Rutherford con el modelo de átomo planetario