Ernest Rutherford
De Viquipèdia
 |
| Premi Nobel de Química (1908) |
Ernest Rutherford, 1r Baró Rutherford Nelson ( Brightwater, Nova Zelanda 1871 - Cambridge, Anglaterra 1937 ) fou un físic, químic i professor universitari anglès guardonat amb el Premi Nobel de Química l'any 1908.
Considerat el pare de la física nuclear, va descobrir la radiació alfa i beta, i que la radioactivitat anava acompanyada per una desintegració dels elements. També se li deu el descobriment de l'existència del nucli atòmic, en el qual es reuneix tota la càrrega positiva i gairebé tota la massa de l'àtom, i va aconseguir la primera transmutació artificial.
Si bé durant la primera part de la seva vida es va consagrar per complet a les seves investigacions, va passar la segona meitat dedicat a la docència i dirigint el Laboratori Cavendish de la Universitat de Cambridge, en el qual es va descobrir el neutró, i en el qual es van formar Niels Bohr i Robert Oppenheimer entre d'altres.
Taula de continguts |
[edita] Els primers anys
Ernest Rutherford va néixer el 30 d'agost de 1871 a la població de Brightwater, situada a Nova Zelanda, en aquells moments colònia de l'Imperi Britànic. Rutherford va destacar ben aviat per la seva curiositat i la seva capacitat per a l'aritmètica. Els seus pares i el seu mestre el van animar a ampliar els seus estudis, i va resultar ser un alumne brillant, el que li va permetre entrar en el Nelson College, en el qual va estar tres anys, finalitzant el primer de la seva promoció. Va estudiar física, química i matemàtiques a la Universitat de Nova Zelanda.
En aquesta època va començar a manifestar-se el geni de Rutherford per l'experimentació: les seves primeres investigacions van demostrar que el ferro podia magnetizar-se per mitjà d'altes freqüències, el que per si mateix era un descobriment. Els seus excel·lents resultats acadèmics li van permetre prosseguir els seus estudis i les seves investigacions durant cinc anys en total en aquesta universitat. El 1894 es va llicenciar, i pogué prosseguir els seus estudis a la Regne Unit, concretament al Laboratori Cavendish de la Universitat de Cambridge, sota la direcció del descubridor de l'electró, Joseph John Thomson a partir de 1895.
[edita] Cambridge, 1895-1898
En primer lloc va prosseguir les seves investigacions sobre les ones hertzianes, i sobre la seva recepció a gran distància. Va fer una extraordinària presentació dels seus treballs davant la Cambridge Physical Society, publicats a les Philosophical Transactions de la Royal Society de Londres, fet poc habitual per a un investigador tan jove i que va permetre-li arribar a una gran notorietat.
El desembre del mateix any va començar a treballar amb Thomson en l'estudi de l'efecte dels raigs X sobre un gas. Van descobrir que els raigs X tenien la propietat d'ionitzar l'aire, ja que van poder demostrar que produïa grans quantitats de partícules carregades, tant positives com negatives, i que aquestes podien recombinar-se per a donar lloc a àtoms neutres. Per la seva banda, Rutherford va inventar una tècnica per a amidar la velocitat dels ions, i la seva taxa de recombinació.
[edita] Mont-real, 1898-1907: radioactivitat
El 1898, després de passar tres anys a Cambridge, li van oferir una càtedra de física a la Universitat McGill de Mont-real, cosa que va acceptar immediatament. Henri Becquerel va descobrir l'any 1896 que l'urani emetia una radiació desconeguda, la "radiació urànica". Rutherford va publicar el 1899 un document essencial, en el qual estudiava el modus que podien tenir aquestes radiacions d'ionitzar l'aire, situant urani entre dues plaques carregades i amidant el corrent que passava. Va estudiar així el poder de penetració de les radiacions, cobrint les seves mostres d'urani amb fulles metàl·liques de diferents espessors. Es va adonar que la ionització començava disminuint ràpidament conforme augmentava l'espessor de les fulles, però que per sobre d'un determinat marc disminuïa més feblement. Per això va deduir que l'urani emetia dues radiacions diferenciades, ja que tenien un poder de penetració diferent, i va anomenar a la radiació menys penetrant radiació alfa, i a la més penetrant (i que produïa necessàriament una menor ionització ja que travessava l'aire) radiació beta.
Rutherford estudià el tori, i s'adóna a l'utilitzar el mateix dispositiu que per a l'urani, que el fet d'obrir una porta en el laboratori pertorba notòriament l'experiment, com si els moviments de l'aire en l'experiment poguessin alterar-lo. Aviat arribarà a la conclusió que el tori desprenia una emanació, també radioactiva, ja que a l'aspirar l'aire que envolta aquest element, i s'adonà que aquest aire transmet el corrent fàcilment fins i tot a a gran distància del tori. Notà que les emanacions de tori només romanen radioactives uns deu minuts, esdevenint unes partícules neutres, una radioactivitat que no es veu alterada per cap reacció química, ni per canvis en les condicions (temperatura, camp elèctric). S'adonà així mateix que la radioactivitat d'aquestes partícules decreix exponencialment, ja que el corrent que passa entre els electrodes també ho fa, i descobrí així el període dels elements radioactius l'any 1900. Amb l'ajuda del químic canadenc Frederick Soddy l'any 1902 arribà a la conclusió que les emanacions de tori són efectivament àtoms radioactius i que la radioactivitat ve acompanyada d'una desintegració dels elements.
Aquest descobriment va provocar una gran polèmica entre els químics, molt convençuts del principi d'indestructibilitat de la matèria. No obstant això, la qualitat dels treballs de Rutherford no deixaven marge al dubte. El físic Pierre Curie va trigar dos anys a admetre aquesta idea, a pesar que ja havia constatat amb Marie Curie que la radioactivitat ocasionava una pèrdua de massa en les mostres.
Les investigacions de Rutherford van tenir el reconeixement l'any 1903 de la Royal Society, que li va atorgar la Medalla Rumford l'any 1904. Va resumir el resultat de la seva recerca en un llibre titulat "Radioactivitat" l'any 1904, en el qual explicava que la radioactivitat no estava influenciada per les condicions externes de pressió i temperatura, ni per les reaccions químiques, però que comportava un despreniment de calor superior al d'una reacció química.
Al costat de Frederick Soddy va calcular que el despreniment d'energia a causa de la desintegració nuclear era entre 20.000 i 100.000 vegades superior al produït per una reacció química. Va llançar també la hipòtesi que tal energia podria explicar l'energia despresa pel Sol, en la qual si la terra conserva una temperatura constant (en el que concerneix al seu nucli) això es deu sense cap mena de dubte a les reaccions de desintegració que es produïxen en la seva part interna. Aquesta idea d'una gran energia potencial emmagatzemada en els àtoms trobarà un any després un principi de confirmació quan Albert Einstein descobreixi l'equivalència entre massa i energia.
Després d'aquests treballs, Otto Hahn, el descubridor de la fissió nuclear, acudirà a estudiar amb Rutherford durant uns mesos. A partir de 1903 començà a fer-se preguntes sobre la naturalesa exacta de les radiacions alfa i deduí la seva velocitat, el signe (positiu) de la seva càrrega, i la relació que hi ha entre la seva càrrega i la seva massa, fent que travessin camps elèctrics i magnètics.
[edita] Manchester, 1907-1919: el nucli atòmic
El 1907 obtingué una plaça de professor a la Universitat de Manchester, on treballà al costat de Hans Geiger. Al costat d'aquest inventà un comptador que permet detectar les partícules alfa emeses per substàncies radioactives (prototip del futur comptador Geiger), ja que ionitzant el gas que es troba en l'aparell, produeïxen una descàrrega que es pot detectar. Aquest dispositiu els permeté estimar el nombre d'Avogadro de manera molt directa: esbrinant el període del radi, i amidà amb el seu aparell el nombre de desintegracions per unitat de temps. D'aquesta manera van deduir el nombre d'àtoms de radi present en la seva mostra.
El 1908, al costat d'un dels seus estudiants Thomas Royds, demostrà, de manera definitiva, que una vegada desembarassades de la seva càrrega les partícules alfa són àtoms d'heli. Per demostrar-ho van aïllar la substància radioactiva en un material suficientment prim perquè les partícules alfa el travessessin, bloquejant així qualsevol tipus d'"emanació" d'elements radioactius, és a dir, qualsevol producte de la desintegració, i recollint a continuació el gas que es troba al voltant de la caixa que conté les mostres, i analitzant posteriorment el seu espectre trobà una gran quantitat d'heli.
Aquell mateix any fou guardonat amb el Premi Nobel de Química per les seves experimentacions en la desintegració d'elements i la química dels materials radioactius. La concessió del Premi Nobel en l'apartat de química el disgustà, ja ell es considerava fonamentalment un físic.
El 1911 realitzà la seva major contribució a la ciència, al descobrir el nucli atòmic. Durant la seva estada a Mont-real al bombardejar una fina làmina de mica amb partícules alfa va veure com es produïa una desviació d'aquestes partícules. Al costat de Hans Geiger i Ernest Marsden utilitzà una làmina d'or i observà com algunes partícules alfa es desviaven més de 90 graus. Rutherford plantjeà llavors el model atòmic en el qual al centre de l'àtom hi havia d'haver un "nucli" que contingués gairebé tota la massa i la càrrega positiva de l'àtom, i en el qual els electrons determinaven la grandària de l'àtom. Aquest model planetari havia estat suggerit l'any 1904 pel japonès Hantaro Nagoaka, encara que havia passat desapercebut.
El 1914, a l'inici de la Primera Guerra Mundial, Rutherford es concentrà en els mètodes acústics de detecció de submarins. El 1919 portà a terme la seva primera transmutació artificial, en la qual després d'observar els protons produïts pel bombardeig d'hidrogen de partícules alfa (a l'observar el parpalleig que produiren en pantalles cobertes de sulfur de zenc), deduí que les partícules alfa, al copejar els àtoms de nitrogen, havien produït un protó, és a dir que que el nucli de nitrogen havia canviat de naturalesa i s'havia transformat en oxigen a l'absorbir la partícula alfa.
[edita] Cambridge, 1919-1937: l'edat d'or a Cavendish
Aquell mateix any succeí Joseph John Thomson en el Laboratori Cavendish, passant a ser el director. És el principi d'una edat d'or per al laboratori i també pel propi Rutherford. A partir d'aquell moment la seva influència en la investigació en el camp de la física nuclear és enorme.
En una conferència que pronuncià davant la Royal Society al·ludí a l'existència del neutró i dels isòtops de l'hidrogen i l'heli, existència demostrada posteriorment al propi laboratori sota la seva direcció. James Chadwick, descubridor del neutró, Niels Bohr, que va demostrar que el model planetari de Rutherford no era inestable, i Robert Oppenheimer, al que es considera el pare de la bomba atòmica, estan entre els seus alumnes al laboratori. Així mateix Henry Moseley va demostrar, utilitzant la desviació dels raigs X, que els àtoms contaven amb tants electrons com càrregues positives hi havia al nucli, confirmant així les intuïcions de Bohr i Rutherford.
Al final de la seva vida fou nomenat president de la Royal Society de Londres, càrrec que va desenvolupar entre 1925 i 1930. El 1931 rebé el títol nobiliari de baró, esdevenint el 1r Baró de Rutherford Nelson.
Va morir el 19 d'octubre de 1937 a Cambridge, sent enterrat en l'abadia de Westminster, al costat de les tombes d'Isaac Newton i William Thomson, Lord Kelvin.
[edita] Reconeixements
El 1997 l'element químic Rutherfordi va ser anomenat així en honor seu. També existeixen cràters a la Lluna i a Mart amb el seu nom.
