Experimento de dispersión de Rutherford
Para examinar la estructura interna de los átomos, es necesario encontrar una partícula sonda que pueda inyectarse en el átomo. Esta partícula es la partícula alfa emitida por los materiales radiactivos naturales. Rutherford y sus asistentes realizaron experimentos bombardeando láminas de oro con partículas alfa. La Figura 14-1 es el diagrama esquemático de este dispositivo experimental.
Pon una pequeña cantidad del elemento radiactivo polonio (Po) en una caja de plomo. Los rayos alfa que emite se emiten por el pequeño orificio de la caja de plomo, formando un haz de rayos extremadamente fino que incide sobre la misma. lámina de oro. A medida que las partículas alfa atraviesan la lámina de oro, golpean la pantalla fluorescente para producir puntos brillantes que pueden observarse con un microscopio. Para evitar la influencia de las partículas alfa en los resultados experimentales, todo el dispositivo se colocó en un recipiente al vacío y el microscopio con una pantalla fluorescente podía moverse en círculo alrededor de la lámina de oro.
Los resultados experimentales muestran que la gran mayoría de las partículas α todavía se mueven en la dirección original después de pasar a través de la lámina de oro, pero una pequeña cantidad de partículas α sufren grandes desviaciones y unas pocas partículas α se desvían más que 90°, y algunas incluso casi alcanzan los 180° y rebotan. Este es el fenómeno de dispersión de las partículas alfa.
La pequeña cantidad de partículas alfa desviadas en grandes ángulos fue inesperada. Según los cálculos del modelo de Thomson, el ángulo en el que la partícula alfa se desvía de su dirección original después de atravesar la lámina de oro es muy pequeño. Debido a que la masa del electrón es menor que 1/7400 de la dirección de la partícula alfa. El movimiento de la partícula alfa no cambiará significativamente cuando la encuentre, al igual que una bala voladora golpea una partícula de polvo. Las cargas positivas se distribuyen uniformemente. Cuando una partícula alfa pasa a través de un átomo, la fuerza repulsiva de las cargas positivas en ambos lados del átomo se anula entre sí, por lo que la fuerza de desviación de la partícula alfa no será muy grande [Figura 14-2(a)] . En realidad, sin embargo, un número muy pequeño de partículas alfa se desvían en ángulos grandes. Rutherford recordó más tarde: "Fue lo más increíble que me había pasado en mi vida. Fue como si dispararas una bala de cañón a un trozo de papel y éste rebotara y te golpeara..." Rutherford después de analizar los resultados experimentales. , se cree que la dispersión de partículas alfa en ángulos grandes solo es posible cuando casi toda la masa y la carga positiva del átomo se concentran en un área pequeña en el centro del átomo. Por lo tanto, Rutherford propuso un modelo de estructura nuclear del átomo en 1911, creyendo que hay un núcleo muy pequeño en el centro del átomo, llamado núcleo. Toda la carga positiva y casi toda la masa del átomo se concentran en el núcleo, y los electrones cargados negativamente giran alrededor del núcleo en el espacio exterior del núcleo.
Según este modelo, los electrones tienen poco efecto en el movimiento de las partículas alfa cuando pasan a través de los átomos, y los núcleos cargados positivamente afectan principalmente al movimiento de las partículas alfa. Cuando la mayoría de las partículas α pasan a través de un átomo, están lejos del núcleo. La repulsión de Coulomb es muy pequeña y la dirección del movimiento casi no cambia, como se muestra en la figura 14-2(b), 1, 3, 4, 6. , 7, 9. Sólo unas pocas partículas alfa pueden estar muy cerca del núcleo, sujetas a una gran repulsión de Coulomb y luego desviadas en grandes ángulos, como se muestra en la Figura 65433.
Según los experimentos de dispersión de partículas alfa, se puede estimar que el diámetro del núcleo atómico es de aproximadamente 10-15 m ~ 14 m, y el diámetro del átomo es de aproximadamente 10-10 m, por lo que el El diámetro del núcleo atómico es aproximadamente una diezmilésima parte del diámetro atómico. En primer lugar, el volumen del núcleo atómico sólo equivale a una billonésima parte del volumen del átomo. Así que tú también lo acertarás