Aportaciones de rutherford

Ernest Rutherford era un físico británico nacido en Nueva Zelanda que se encontraba entre los principales científicos del siglo XX. Hizo una contribución primordial a las ciencias de la Física y la Química a través de su estudio de la radiactividad y la estructura del átomo.

Debido a su trabajo pionero en el campo, Rutherford es conocido como el Padre de la Física Nuclear. Entre otras cosas, inventó un receptor de radio, descubrió que los átomos no eran indestructibles, descubrió la radioactividad alfa y beta, interpretó los famosos experimentos de lámina de oro para formar el modelo Rutherford del átomo, descubrió el núcleo atómico y el protón, y realizó la primera reacción nuclear inducida.

Rutherford también fue considerado el mayor experimentalista desde Michael Faraday y ganó el Premio Nobel de Química en 1908. Conozca más sobre sus logros científicos a través de sus 10 contribuciones principales.

Inventó un detector temprano de ondas de radio

El físico alemán Heinrich Hertz demostró la existencia de ondas electromagnéticas a finales de la década de 1880. Rutherford decidió medir su efecto sobre las agujas de acero magnetizadas. Sus experimentos lo llevaron a inventar un detector para lo que ahora conocemos como ondas de radio.

Este receptor de radio se convirtió en parte de la revolución de las comunicaciones conocida como telegrafía inalámbrica. Rutherford mejoró su dispositivo y durante un breve período mantuvo el récord mundial de la distancia sobre la que se podían detectar las ondas electromagnéticas.

Aunque Rutherford fue superado por Guglielmo Marconi, que se convirtió en la figura más destacada en el campo de la telegrafía inalámbrica, su receptor sigue siendo considerado una contribución importante.

Guglielmo MarconiGuglielmo Marconi

Ernest Rutherford descubrió la radiactividad alfa y beta

Rutherford estudió las radiaciones emitidas por sustancias radioactivas y acuñó los términos «alfa», «beta» y «gamma».

En 1898, Ernest Rutherford comenzó a estudiar la radiación emitida por el uranio. Sus experimentos le llevaron a concluir que la radioactividad debe tener al menos dos componentes; y los nombró rayos alfa y beta después de las dos primeras letras del alfabeto griego.

Descubrió que las partículas alfa están cargadas positivamente y que son iones de helio que transportan una carga de +2. También descubrió que los rayos beta tienen más poder de penetración que los rayos alfa. Rutherford también acuñó el nombre de rayos gamma, que fueron descubiertos por el físico francés Paul Ulrich Villard en 1900.

Diagrama de la sustancia radiactiva que produce los rayos alfa, beta y gammaRutherford estudió las radiaciones emitidas por las sustancias radiactivas y acuñó los términos alfa, beta y gamma

Descubrió el principio de la vida media y lo aplicó a la datación radiométrica
Durante su estudio de la radioactividad, Rutherford encontró que invariablemente tomó la misma cantidad de tiempo para que una muestra de material radioactivo, radio, de cualquier tamaño, se descompusiera a la mitad de su tamaño inicial.

Él acuñó el término «período de media vida» para este principio, que había descubierto. Rutherford aplicó este principio de la vida media de un elemento radiactivo para estudiar «cuán viejas son las cosas» midiendo el período de descomposición del radio al plomo-206, iniciando así la ciencia de la datación radiométrica para la determinación de la edad.

Gráfico de desintegración radiactivaGráfico que explica la desintegración radiactiva con vidas medias

Rutherford descubrió que los átomos no eran indestructibles

Gráfico-explicación-decaimiento radioactivo-con-medias-vidas
Gráfico-explicación-decaimiento radioactivo-con-medias-vidas

En 1900, el químico inglés Frederick Soddy se unió a Rutherford en su investigación sobre la radioactividad. Juntos demostraron que implicaba la desintegración espontánea de los átomos en otros tipos de átomos.

Ellos inventaron la «Teoría de la Desintegración Atómica» para explicar todos sus experimentos. Los átomos de los elementos radiactivos que se rompen, fue un descubrimiento histórico ya que hasta entonces se creía que los átomos eran la base indestructible de toda la materia.

Fue por sus investigaciones sobre la desintegración de elementos y la química de los elementos radiactivos que Rutherford recibió el Premio Nobel de Química en 1908.

Diagrama de desintegración radiactivaDiagrama de desintegración radiactiva

Formuló el modelo Rutherford del átomo en 1911

Junto con los investigadores Hans Geiger y Ernest Marsden, Rutherford llevó a cabo uno de los experimentos científicos más importantes, conocido como experimento Geiger-Marsden o experimento de la hoja de oro de Rutherford.

Bajo la dirección de Rutherford, Geiger y Marsden realizaron una serie de experimentos entre 1908 y 1913 en los que apuntaron un haz de partículas alfa a una delgada lámina de metal y midieron el patrón de dispersión utilizando una pantalla fluorescente.

Descubrieron que mientras que la mayoría de las partículas volaban rectas lanzaban la bobina, algunas rebotaban en todas direcciones, incluso de vuelta a la fuente.

Este comportamiento era imposible de justificar por el modelo prevalente del átomo en ese momento, el modelo de pudín de ciruela de J. J. Thomson. Rutherford así interpretó los datos para formular el modelo de Rutherford del átomo en 1911.

Ernest Marsden y Hans GeigerErnest Marsden (izquierda) y Hans Geiger (derecha)

Analizó los experimentos de la lámina de oro para descubrir la dispersión de Rutherford

Los experimentos de Geiger-Marsden llevaron a Rutherford a descubrir e interpretar la dispersión elástica de partículas cargadas que interactúan según la ley de la cuadrícula inversa de Coulomb, ahora conocida como dispersión de Rutherford.

Desde entonces, la dispersión de Rutherford se ha utilizado con frecuencia para estudiar la estructura del átomo. Rutherford más tarde también analizó la dispersión inelástica, pero no se la conoce como dispersión Rutherford, aunque fue el primero en observarla.

En la dispersión inelástica, la energía cinética de una partícula incidente no se conserva, a diferencia de la dispersión elástica. La técnica de Rutherford también condujo a la espectrometría de retrodispersión de Rutherford (RBS), una técnica analítica utilizada en la ciencia de los materiales.

Diagrama del experimento Geiger-MarsdenRepresentación diagramática del Experimento Gold Foil de Rutherford

Ernest Rutherford descubrió el núcleo atómico

A través de los experimentos de la lámina de oro, Rutherford descubrió que cada átomo contiene un núcleo donde se concentra su carga positiva, y la mayor parte de su masa.

Su modelo del átomo contenía así la nueva característica de una carga central relativamente alta concentrada en un pequeño volumen del átomo y responsable de la mayor parte de su masa.

En el modelo, el núcleo estaba orbitado por electrones de baja masa. El modelo atómico de Rutherford fue reemplazado por el modelo atómico de Bohr en 1913, el cual, de manera más prominente, le aplicó la teoría cuántica.

El descubrimiento de Rutherford del núcleo atómico fue extremadamente relevante y se considera su mayor contribución a la ciencia, aunque recibió el Premio Nobel por su estudio de la radiactividad.

Modelo Rutherford del diagrama del átomoEsquema básico del modelo Rutherford del átomo

Descubrió el protón en 1917

En 1917, Ernest Rutherford se convirtió en la primera persona en transformar deliberadamente un elemento en otro. Convirtió átomos de nitrógeno en átomos de oxígeno bombardeando el nitrógeno con partículas alfa.

Esta fue la primera observación de una reacción nuclear inducida y también se considera el descubrimiento de protones. La reacción fue inicialmente escrita como 14N + α → 17O + 1H. El resultado mostró a Rutherford que los núcleos de hidrógeno eran parte de los núcleos de nitrógeno y comenzó a sospechar que los núcleos de hidrógeno podrían ser en realidad una partícula fundamental.

En 1920, propuso el núcleo de hidrógeno como una nueva partícula y acuñó el término protón para ello. La reacción nuclear podría ahora escribirse como 14N + α → 17O + protón.

Representación diagramática de la reacción nuclear inducidaRepresentación diagramática de la reacción nuclear inducida realizada por Rutherford

Teorizó la existencia del neutrón

Rutherford realizó cálculos de la estabilidad de los núcleos atómicos. En 1921, mientras trabajaba con Niels Bohr, teorizó que debía haber una partícula neutra en el núcleo para compensar el efecto repelente de las cargas positivas de protones causando una fuerza nuclear atractiva.

A falta de tal partícula, la repulsión haría que el núcleo volara aparte. Rutherford teorizó así la existencia del neutrón e incluso acuñó el término por el cual es conocido. Su predicción quedó demostrada con el descubrimiento del neutrón en 1932 por el físico inglés James Chadwick, que había estudiado y trabajado con Rutherford.

Es conocido como el Padre de la Física Nuclear

Ernest Rutherford es conocido como el Padre de la Física Nuclear por su trabajo en el campo, incluyendo la conducción de la primera reacción nuclear inducida, el establecimiento de la estructura nuclear del átomo, y la prueba de la naturaleza de la descomposición radioactiva de un proceso nuclear.

Su trabajo fue de suma importancia para la investigación y el desarrollo en este campo. Rutherford también proporcionó inspiración y orientación a futuros científicos y un número inusualmente grande de sus estudiantes ganaron los Premios Nobel. Rutherford también fue considerado el mayor experimentalista desde Michael Faraday.

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