El siguiente avance crucial en nuestro entendimiento del átomo fue obra de Ernest Rutherford.
Rutherford llevó a cabo una serie de experimentos utilizando un haz de partículas alfa (núcleos de gas helio) con carga positiva que se movían a alta velocidad.
Rutherford, junto con sus colaboradores Hans Geiger (quien más tarde se hizo famoso por el contador Geiger) y Ernest Marsden, dirigieron un haz de partículas alfa cargadas positivamente hacia una lámina de oro extremadamente delgada.
Vamos a repetir el experimento de Rutherford usando una simulación.
Tarea: Experiencia de Rutherford
Duración:
1 hora
Agrupamiento:
Parejas
En esta tarea vamos a reproducir, con un simulador de la Universidad de Colorado (PHET), la experiencia de Rutherford que revolucionó el conocimiento que se tenía hasta ese momento sobre la estructura atómica.
Abrimos la simulación y hacemos clic sobre el átomo de Rutherford.
Establecemos el número de protones en 20 y hacemos clic en el botón azul encima de las partículas alfa para comenzar a disparar partículas alfa hacia el oro.
Hacemos clic en alguno de los dos botones de seguimiento (bien el de arriba o bien el de abajo). ¿Qué observamos sobre las trayectorias de la mayoría de las partículas alfa?
Aumentamos el número de protones a 60. ¿Cambia esto la forma en que se mueven las partículas alfa? ¿Si es así, cómo?
Ahora, aumentamos el número de protones a 100. ¿Cómo cambia este aumento la forma en que las partículas alfa se mueven a través de la lámina de oro en comparación con cuando empezasteis? ¿Por qué creéis que se produjo este cambio?
Repetimos los pasos anteriores, pero variamos la cantidad de neutrones presentes con los protones. ¿Cambia esto la forma en que viajan las partículas Alfa? ¿Por qué o por qué no?
Hacemos clic en la esfera roja/gris y restablecemos el número de protones a 20. Observamos y describimos cómo se mueven las partículas alfa en relación con el núcleo. Hacemos un boceto del movimiento.
Aumentamos ahora el número de protones a 100. Observamos y describimos cómo se mueven las partículas alfa en relación con el núcleo. Hacemos un boceto del movimiento.
¿En qué se diferencian las situaciones de los puntos 7 y 8? ¿Por qué crees que es esto?
¿Qué hubiera pasado según el modelo de Thomson?
Cambiamos ahora a la simulación del pudding de pasas. Abrir la simulación y hacer clic en el botón azul de la pistola de partículas alfa para encender las partículas alfa. ¿Qué tipo de camino siguen las partículas Alfa? (podemos verlo mejor si clicáis sobre el botón Trazas).
¿En qué se diferencia esto de la simulación de Rutherford?
Extraemos conclusiones
¿Por qué crees que cambió el modelo del átomo después del experimento de Rutherford?
¿Por qué las partículas Alfa fueron desviadas por el núcleo y no atraídas hacia él?
En los resultados de su trabajo que demostró la existencia del núcleo atómico, Rutherford sostiene que casi la totalidad de la masa del átomo se concentra en un núcleo central muy diminuto. La mayor parte de la masa del átomo y toda su carga positiva se encuentran en el núcleo.
Los electrones giran alrededor del núcleo describiendo órbitas circulares. Estos poseen una masa muy ínfima y tienen carga eléctrica negativa. La carga eléctrica del núcleo y de los electrones se neutraliza entre sí, provocando que el átomo sea eléctricamente neutro.
Por tanto, el modelo de Rutherford (1911) fue el primer modelo atómico que consideró al átomo formado por dos partes:
El núcleo, muy pequeño, que concentra toda la carga eléctrica positiva y la mayor parte de la masa del átomo, aportada por los protones y neutrones.
La corteza, constituida por todos sus electrones, que giran a gran velocidad alrededor del núcleo. La carga positiva de los protones es compensada con la carga negativa de los electrones, que se hallan fuera del núcleo. El núcleo contiene, por tanto, protones en un número igual al de electrones de la corteza.
Al modelo de Rutherford se le llama a veces modelo del sistema planetario porque es como un sistema solar a pequeña escala. La similitud entre el sistema solar y el modelo nuclear sugiere que los electrones deberían moverse alrededor del núcleo en órbitas bien definidas.
Podemos profundizar más en el experimento y en el modelo de Rutherford con este vídeo
