Nukleo atomikoaren aurkikuntzari buruzko galdera-adibideak
Nukleo atomikoaren aurkikuntza funtsezko gertaera izan zen fisikaren eta kimikaren garapenean. Adibide-galderetan eta haien eztabaidan sakondu aurretik, berrikus dezagun nukleo atomikoa nola aurkitu zen eta aurkikuntzaren atzean dauden pertsonaia gakoak.
Nukleo atomikoaren aurkikuntzaren jatorria
Atomoei buruzko ikerketak antzinatik egin dira, Demokrito eta Leuzipo bezalako greziar filosofoek materia atomo izeneko partikula txiki eta zatiezinez osatuta zegoela proposatu zutenetik (hau da, "moztu ezina"). Hala ere, atomoaren kontzeptu zientifikoago bat ez zen XIX. mendearen eta XX. mendearen hasiera arte garatu.
1803an, John Daltonek teoria atomiko bat proposatu zuen, elementu bakoitza mota bereko atomoz osatuta dagoela eta elementu ezberdinen atomoek masa eta propietate desberdinak dituztela adieraziz. Hala ere, teoria honek ez zuen atomoen barne-egitura azaltzen.
Hurrengo urrats garrantzitsua J.J. Thomsonek 1897an elektroia aurkitzea izan zen, eta horrek frogatu zuen atomoak ez zirela partikula txiki eta zatiezinak. Thomsonek "aran-puding" eredua ere proposatu zuen, non atomoak karga positiboko itsaso batez osatuta zeuden, elektroi negatiboekin sakabanatuta.
Hala ere, Thomsonen ereduak erronka esperimentalak izan zituen, eta azkenean Ernest Rutherfordek konpondu zituen. 1911n, Rutherfordek alfa partikulen sakabanaketa esperimentu bat egin zuen, Geiger-Marsden esperimentua (edo urrearen sakabanaketa esperimentua) bezala ezagutzen dena. Emaitzek erakutsi zuten atomo baten masa gehiena zentro txiki batean kontzentratzen dela, geroago nukleo atomikoa bezala ezagutuko zena.
Geiger-Marsden esperimentua eta Rutherford eredua
Esperimentu honetan, Rutherfordek alfa partikulak (positiboki kargatuak) jaurti zituen urre geruza fin batera. Alfa partikula gehienak urre geruza zeharkatu gabe igaro ziren, baina batzuk norabide ezberdinetan sakabanatu ziren, eta batzuk errebotatu ere egin ziren. Emaitza harrigarria izan zen, Thomsonen "aran-puding" ereduaren arabera, alfa partikulak zuzenean igaro behar baitziren erresistentzia handirik gabe.
Rutherfordek ondorioztatu zuen atomoek nukleo txiki eta trinkoa dutela, karga positibo handikoa, eta atomoaren bolumen gehiena elektroiek okupatutako espazio hutsa dela. Rutherforden eredu atomikoak "aran-puding" eredua ordezkatu zuen, esperimentuan behatutako fenomenoak hobeto azaltzen zituelako.
Rutherforden ekuazioa eta Bohrren eredu atomikoa
Rutherforden ereduak nukleo atomikoaren kontzeptua aurkeztu bazuen ere, oraindik ere hainbat gabezia zituen egonkortasun atomikoa eta emisio-espektroak azaltzeko orduan. 1913an, Niels Bohrrek Rutherforden eredua findu zuen elektroiak nukleoaren inguruko orbita diskretuetan mugitzen direla eta orbita horietan bakarrik gera daitezkeela erradiazioa igorri gabe proposatuz. Bohrren ereduak hidrogenoaren espektroa arrakastaz azaldu zuen.
Ondoren, eredu atomikoa mekanika kuantikoaren bidez garatu zen, eta horrek egitura atomikoa eta elektroi-portaera sakonago ulertzen lagundu zuen.
Galdera eta eztabaida adibideak
Jarraian, nukleo atomikoaren eta egitura atomikoaren aurkikuntzari buruzko galdera eta eztabaida batzuk daude. Galdera hauek aurretik landu ditugun kontzeptuak lantzen dituzte.
1. galdera: Urrearen sakabanaketaren esperimentua
Galdera:
Rutherforden esperimentuan, urrezko xafla batera jaurtitako alfa partikulak gehienbat eraginik gabe igaro ziren, baina kopuru txiki bat norabide ezberdinetan sakabanatu zen. Zer ondorio atera daitezke esperimentu honetatik, eta nola zalantzan jartzen du J.J. Thomsonen "aran-puding" eredua?
Eztabaida:
Esperimentu honen ondorio nagusia da atomoek oso zentro txiki, trinko eta positiboki kargatua dutela, nukleoa. Esperimentuaren emaitzek erakutsi zuten atomoaren bolumen gehiena espazio hutsa dela, alfa partikula gehienak oztoporik gabe igarotzen direlako bertatik. Alfa partikula sakabanatuek karga positibo handi baten presentzia adierazten dute nukleoan, eta horrek alfa partikula positiboki kargatuak sakabanatzeko gai da.
Esperimentu honek Thomsonen "aran-puding" eredua zalantzan jarri zuen, zeinak karga positiboa atomo osoan uniformeki banatuta zegoela suposatzen baitzuen. Thomsonen eredua zuzena balitz, alfa partikulak ez lirateke behatutako moduan sakabanatuko. Rutherforden eredua, esperimentu honen ondorioz proposatua, zehatzagoa zen, alfa partikulen sakabanaketaren emaitzak azal zitzakeelako.
2. galdera: Rutherforden eredu atomikoa
Galdera:
Azaldu Thomsonen "aran-puding" ereduaren eta Rutherforden eredu atomikoaren arteko desberdintasun nagusiak. Zer iragarri zuen Rutherfordek atomoaren barruko kargaren banaketari buruz?
Eztabaida:
Bi eredu hauen arteko desberdintasun nagusia atomoaren barruko kargaren banaketa da:
– Thomsonen “aran-puding” ereduak suposatzen zuen atomoak karga positiboa zuten esfera zirela, elektroi negatiboak sakabanatuta zituztela, puding bateko mahaspasen antzera.
– Rutherforden ereduak, berriz, zioen karga positiboa atomoaren erdigunean zegoen nukleo txiki eta trinko batean kontzentratzen zela, eta elektroiak, berriz, nukleoaren inguruan sakabanatuta zeudela espazio huts eta zabal batean.
Rutherfordek iragarri zuen atomo baten bolumen gehiena espazio hutsa dela eta nukleo txiki eta trinko hori dela alfa partikulen sakabanaketaren erantzule.
3. galdera: Daltonen teoria atomikoa vs. Rutherforden eredu atomikoa
Galdera:
Konparatu Daltonen teoria atomikoa Rutherforden eredu atomikoarekin. Nola lagundu zuen eredu atomiko honen garapenak egitura atomikoa xehetasun gehiagorekin azaltzen?
Eztabaida:
Daltonen teoria atomikoak zioen elementu bakoitza mota bereko atomoz osatuta dagoela eta elementu ezberdinen atomoek masa eta propietate desberdinak dituztela. Hala ere, teoria honek ez zuen atomoen barne-egitura deskribatzen.
Rutherforden eredu atomikoak nukleo atomikoaren kontzeptua aurkeztu zuen, zentro txiki, trinko eta positiboki kargatu gisa, elektroiak nukleoaren inguruan mugitzen direlarik. Eredu honen aurrerapenek alfa partikulen sakabanaketa azaltzen lagundu zuten eta atomoaren bolumen gehiena espazio hutsa dela ezarri zuten. Hau urrats garrantzitsua izan zen egitura atomikoaren ulermena hobetzeko eta fisika eta kimika atomikoko aurkikuntza gehiagoren oinarriak ezarri zituen.
Ondorioa
Ernest Rutherfordek Geiger-Marsden esperimentuaren bidez nukleo atomikoa aurkitu izanak aldaketa sakona ekarri zuen egitura atomikoa ulertzeko dugun moduan. Eredu atomikoek garapen ugari izan dituzte, Thomsonen "plum pudding" eredutik hasi eta Bohrren ereduraino eta mekanika kuantikoraino. Nukleo atomikoaren eta elektroien portaeraren inguruko gure ulermena eboluzionatzen jarraitzen du, atomoen eta materiaren izaeraren irudi gero eta zehatzagoa eskainiz.
Goiko adibideek erakusten dute nola probatu daitekeen nukleo atomikoaren kontzeptua esperimentalki eta nola laguntzen duten hainbat eredu atomikok behatutako fenomenoak azaltzen. Teoria atomikoaren garapen historikoa ulertzea funtsezkoa da zientzia modernoa eta bere aplikazioak baloratzeko.
