Ernest Rutherford, el coleccionista de átomos

Publicado en Café Científico.
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Por Paula Ximena García Reynaldos

“Toda la ciencia es física o coleccionismo de estampillas”
-Frase atribuida a Ernest Rutherford

Hace un par de días se cumplieron 145 años del nacimiento del neozelandés Ernest Rutherford. Si revisamos su trayectoria científica, notaremos que principalmente se dedicó a la física: como estudiante de ciencias en la Universidad de Canterbury (en Christchurch, Nueva Zelanda) se dedicó a estudiar la electricidad y las ondas hertzianas, como producto de esos estudios, publicó un artículo sobre la magnetización del hierro por descargas de alta frecuencia. (1)

Después de graduarse como Bachelor of Science a los 24 años, en Canterbury, el joven Rutherford se fue a Gran Bretaña para continuar sus estudios de posgrado en los Laboratorios Cavendish, departamento dedicado al estudio de la física en la Univesidad de Cambridge, bajo la asesoría de J. J. Thomson, nada más y nada menos que el descubridor del electrón.

En los laboratorios Cavendish siguió haciendo estudios sobre las ondas hertzianas. Hizo un prototipo de detector de ondas de radio, que más adelante sirvió de base para el desarrollo de la llamada telegrafía sin hilos, cuyo pionero fue el ingenerio italiano Guglielmo Marconi.

Pero después de eso, no pasó mucho tiempo para que Ernest se interesara en uno de los campos de la ciencia con mayor interés en ese momento: las radiaciones electromagnéticas de más altas frecuencias: los rayos X practicamente acababan de haber sido descubiertos por el alemán Wilhelm Röntgen, y muchos físicos querían conocer su naturaleza, propiedades e influencia en los diferentes tipos de materiales. Junto con su mentor Thomson, encontró que los rayos X tenían la propiedad de ionizar el aire, es decir que al pasar esta radiación por el aire, se producían partículas con carga positiva y negativa.

Ernest Rutherford (imagen tomada de Wikimedia Commons)

Unos meses más adelante, el francés Henri Becquerel se topó con otro tipo de radiación desconocida que era emitida por el uranio y que en principio llamó “radiación uránica”. Rutherford de inmediato se interesó también por esa radiación y diseñó un experimento en el que estudió la forma en que esa “nueva” radiación podía también ionizar el aire, encontrando que el uranio en realidad emitía dos tipos de radiaciones diferentes: una que atravesaba hojas metálicas gruesas y otra que solo atravesaba hojas metálicas delgadas, las llamó radiación alfa y beta.

Se sabe que a Rutherford le gustaba mucho el trabajo experimental, que le encantaba pasar tiempo en el laboratorio y que era muy ingenioso para diseñar experimentos.

Durante nueve años fue profesor en la universidad canadiense de McGill, y continuó sus estudios sobre la radioactividad, concluyendo que las radiaciones como las observadas en el uranio, iban acompañadas de la desintegración del elemento.

Esta idea de que los átomos se rompieran y por lo tanto se trasmutaran de un elemento inicial a otro, después de emitir radiación, al principio fue difícil de aceptar tanto para físicos como para químicos, pues hasta ese momento se consideraba que los átomos eran en verdad “indivisibles”, como su nombre griego lo indicaba.

Como los experimentos y conclusiones de Rutherford no dejaron lugar a dudas, esa conclusión fue la que le hizo adquirir un reconocimiento más amplio entre sus colegas y en 1908 recibió el Premio Nobel de Química “por sus investigaciones sobre la desintegración de los elementos y la química de las sustancias radioactivas”. En su discurso de aceptación del premio, Rutherford, que entonces tenía 37 años, bromeó sobre como él mismo había tenido una “transmutación instantánea” de físico a químico. (2)

Aunque existen versiones de que él tenía cierta aversión a la química o a otras ciencias, Rutherford no parece realmente haber despreciado a sus colegas, buena parte de sus estancia en Canadá colaboró muy de cerca con el químico inglés Frederick Soddy, que varios años más adelante, en 1921, también sería reconocido con el Premio Nobel de Química “por sus contribuciones a nuestro conocimiento de la química de las sustancias radioactivas, y sus investigaciones sobre el origen de los isótopos naturales”.

Incluso aunque Rutherford se considerara físico exclusivamente, continuó obteniendo resultados que contribuyeron al entendimiento de la estructura de la materia, lo cual resultó fundamental no sólo para la Física, sino también para la Química.

Cuando ganó el Premio Nobel, Rutherford ya trabajaba en la Universidad de Manchester, de nuevo en el Gran Bretaña, ahí en 1911 realizó uno de los experimentos científicos más reconocidos y que prácticamente están en todo libro de texto -de física y de química- y que justamente es llamado “el experimento de Rutherford” o “el experimento de la lámina de oro”, en el cual consistió en lanzar radiación alfa (que tiene carga positiva) sobre una delgada lámina de oro: tal como se esperaba, algunos rayos atravesaban la lámina, pero de otros rebotaban o se desviaban.

Con estas observaciones que al principio parecían sorprendentes, Rutherford planteó que los átomos debían tener concentrada su masa en una región, un “núcleo”, con carga positiva, lo que repelía a la radiación alfa, también positiva. (3)

Durante la Primera Guerra Mundial, Rutherford trabajó en el desarrollo de métodos acústicos para localizar submarinos (sonares) y al concluir la guerra regresó a los Laboratorios Cavendish, pero ahora como director, sucediendo a su maestro J. J. Thomson. Fue en ese tiempo cuando el físico danés Niels Bohr mostró que el modelo propuesto por Rutherford era estable.

Rutherford murió a los 66 años y está enterrado en la Abadía de Westminster, cerca del monumento a Newton y al lado de su maestro y colega J. J. Thomson. (4)

Referencias:
(1) Texto original de Rutherford, presentado en 1894 sobre la magnetización del hierro: http://ift.tt/2caI7uT
(2) Información sobre el Premio Nobel de Química de 1908, otorgado a Rutherford: http://ift.tt/2clwkfe
(3) Información y notas de Rutherford del periodo en que descubrió el núcleo atómico: http://ift.tt/2caIu8R
(4) Información sobre la tumba de Rutherford en la Abadía de Westminster:
http://ift.tt/2clvPSF

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