Ernest Rutherford:

Biografía, Aportaciones,
Descubrimientos y más
Ernest Rutherford, también conocido como Lord Rutherford,
fue un físico y químico neozelandés dedicado al estudio de las
partículas radioactivas, y a quien se le acredita el
descubrimiento del núcleo central del átomo, que cambio para
siempre el curso de la investigación de la física.

Modelo atómico
A principios del siglo XX, los avances en la investigación
científica sobre el entendimiento de la materia como un
elemento, habían concluido que esta era un componente, ni
destructible, ni sintetizable, pero con capacidad de
transformarse; del mismo modo, se establecido que las cargas
eléctricas contenidas en los cuerpos microscópicos conocidos
como “átomos” tenían una distribución aparentemente
uniforme.

Sin embargo, como se dijo en la biografía de Ernest

Rutherford, tenía una opinión distinta, ya que sus
investigaciones en el campo de la química, lo habían conducido a
sospechar que la estructura del átomo presentaba aspectos
contrarios a los ya establecidos por sus predecesores; y por
esta razón decidió comprobarlo.
Para demostrar su hipótesis, realizo un experimento que
consistía en bombardear una fina lámina de oro con partículas
alfa; asumiendo, que la transición de las partículas seria en la
dirección de una línea recta, o considerando que estas
sufrirían una leve desviación debida al volumen del objeto.
Este experimento se basaba en los criterios establecidos en el
modelo atómico de Thompson, el cual se consideraba que era el
más cercano a la realidad en esa época; no obstante el
resultado fue otro.

Luego de una minuciosa recopilación de datos, en

los descubrimientos de Ernest Rutherford vio que la mayoría
de las partículas cargadas negativamente, habían sufrido una
leve desviación en un ángulo de 180, provocando que estas
rebotaran en dirección opuesta a su trayectoria inicial.
Esto comprobó que la existencia de un núcleo central pequeño,
con carga eléctrica positiva, era cierta. Su increíble hallazgo
represento un gran paso en la investigación sobre la
distribución de las cargas en los átomos; ya que se comprobó
que el átomo estaba formado por un sistema planetario de
electrones girando alrededor de un núcleo que contenía casi
toda la masa del mismo.

A partir de este acontecimiento, se planteó la teoría de que la

suma de las cargas eléctricas negativas de los electrones, debe
ser igual a la carga positiva del núcleo, ya que el átomo es
eléctricamente neutro.

Esto confirmó a Rutherford que los átomos de la lámina debían

ser estructuras básicamente vacías, que poseían órbitas o
espacios donde se concentraban la mayoría de las cargas y por
los cuales se desplazaban los electrones, dándole un tamaño y
forma algo indefinidas.

Aportes significativos a la
humanidad
Gracias a los descubrimientos de Ernest Rutherford es
considerado como el padre de la física nuclear por sus
descubrimientos en el campo de la física atómica; obteniendo
el premio Noble de la química, en el año de 1908, por sus
investigaciones experimentales, y el desarrollo de la teoría
nuclear de la estructura del átomo.
Del mismo modo, gracias a los inventos de Ernest
Rutherford realizó la primera reacción nuclear artificial en el
año 1919, y así entre otras de sus acciones, se convirtió en un
de los personajes que cuyo trabajos tuvieron una enorme
importancia en diversos campos de las ciencias naturales. (ver
articulo: Louis Pasteur)

Aportaciones a la química
Entre sus contribuciones al desarrollo de la sociedad humana, a
través del campo de la química, se encuentran los siguientes
hechos:

 Descubrió la radioactividad alfa y beta; Por medio de

sus estudios sobre la radiación emitida por el uranio, y
sus diversas experimentaciones con elementos
radioactivos, concluyo que estos debían poseer al menos
dos componentes.
 Comprobó la existencia de un tercer rayo; Debido a
distintas interacciones con los ya descubiertos rayos alfa
y beta. Rutherford comprendió que los rayos beta
presentaban una mayor capacidad de penetración que
sobrepasaba a los límites de la magnitud de los rayos
alfas; de esta forma concluyo que se presentaba una
interacción de magnitudes distintas, y decido
renombrarla como rayos Gamma.
 Demostró que los átomos no eran indestructibles; En
compañía del químico Frederick Soddy, desarrollo la
teoría de la desintegración de los Átomos; que explica
que átomo posee características no estables, que
producen una eventual división de sus componentes en
otros tipos de átomos.
 Formuló el primer modelo atómico más cercano a la
realidad; Junto a los científicos Geiger y Mardsen,
realizó uno de los experimentos más famosos de la
ciencia, que anteriormente ha sido mencionado.
 Inventó un detector de ondas de radio; Rutherford
interactuo con el efecto que tenían las ondas
electromagnéticas en agujas de acero magnetizadas,
basándose en los descubrimientos alcanzados por el físico
alemán Heinrich Hertz en sus investigaciones. (ver
articulo: Nikola Tesla)
 Demostró la existencia del núcleo atómico; En su
modelo atómico se observa que, este posee una
característica particular, en la cual partículas alta
cargadas electricamente, se concentran en un pequeño
volumen del átomo, el cual es responsable por la mayoría
de su masa.
 Descubrió el protón; Durante el año de 1917 se convirtió
en la primera persona en transformar un elemento en
otro, convirtiendo átomos de nitrógeno en átomos de
oxígeno, al bombardearlos con partículas alfa, que
provocaron que las partículas de nitrógeno sufrieran una
mutación.
 Teorizó la existencia del neutrón; Para el año de 1921,
los avances de su investigaciones lo llevaron a creer debía
existir una partícula neutral en el núcleo del átomo para
compensar el efecto de repulsión de los protones
cargados positivamente; ya que de no ser así, el núcleo se
desestabilizaría. No obstante, debido al limitado alcance
de la tecnología de su tiempo, esta hipótesis no fue
demostrada sino hasta el año de 1932, por el científico
James Chadwick.
Descubrimientos
Ernest Rutherford aportes a la física: Ernest Rutherford es
recordado por sus increíbles experimentos y por las grandes
figuras de la física que estudiaron y trabajaron junto a el; no
obstante, estos acontecimientos solo fueron una parte de su
éxito, que lo convirtió en uno de los personajes de
mayor influencia en el mundo, gracias a sus teorías. (ver
articulo: Stephen Hawking)

 Descubrimiento de un núcleo denso y cargado

positivamente

Este se convertiría en el primer hecho real sobre como estaba

compuesta la estructura interna del átomo, pues
las aportaciones del modelo atómico de Rutherford han
superando los criterios establecidos en el modelo atómico del
científico J.J Thompson, que consideraba que la forma real del
átomo era algo semejante a un «pudin de pasas»
En otras palabras, en las aportaciones de
Rutherford consideraba que el átomo era un elemento cargado
positivamente, que debido a sus capacidades magnéticas, era
capaz de atraer otros elementos (electrones) cargados
negativamente, y mantenerlos dentro de su espacio.

En aquel tiempo, para el año de 1911, los avances en la

investigación de la energía radioactiva, habían demostrado la
existencia de característica singulares comprendidas dentro
de los rayos X, las cuales se convirtieron en los ya conocidos
rayos Alfa, Beta y Gamma.

Esto parecía indicar que la energía no se conservaba dentro de

un mismo campo, y que esta era incapaz de comprimirse. No
obstante, debido a la participación de diversos investigadores,
entre ellos: se descubrió que la energía sí se conserva, gracias
al descubrimiento de los neutrinos. (ver articulo: Enrico Fermi)
En el año 1906 Rutherford descubrimientos publicó «El
retraso de la partícula alfa del radio cuando atraviesa la
materia», en Philosophical Magazine; un artículo que expresaba
el proceso de la dispersión de las partículas alfa, a través de
una superficie de aluminio.
Este hecho fue respaldado por el investigador Hans Geiger,
quien realizo diversos experimentos con partículas alfa y ondas
de radio, en los se apreciaban las diversas características que
descubrió Rutherford. De esta forma, se reafirmo la nueva
teoría del núcleo atómico.

 Descubrimiento del protón

En el año 1918, tras realizar un experimento que consistía en

disparar partículas alfa contra un gas de nitrógeno, Ernest
Rutherford percibió una raro cambio en sus detectores de
centelleo, los cuales mostraban signos de núcleos de hidrógeno.

Es así como gracias a los descubrimientos de

Rutherford determinó que el único del cual era posible que
vinieran estos núcleos era del nitrógeno, por lo que entonces el
nitrógeno debía estar poblado con núcleos de hidrógeno. A
partir de esta percepción fue que Rutherford sugirió que el
núcleo de hidrógeno, debía ser considerado una partícula
fundamental.

Cabe destacar en la biografía de Ernest Rutherford que

antes de él, otros investigadores también se enfocaron en la
búsqueda de nuevos descubrimientos al experimentar con
partículas de hidrógeno, tal es el caso de Eugene Goldstein,
quien durante sus investigaciones observo rayos catódicos
compuestos por iones cargados positivamente.
A partir de los fundamentos básicos del modelo atómico de
Thompson, sugirió que, puesto que el átomo era eléctricamente
neutro, el mismo debía contener partículas cargadas
positivamente.

He de señalar que existen teorías que acreditan la hipótesis de

que el protón podía haberse descubierto antes que el electrón,
puesto que este físico alemán, durante su carrera como
científico, observó en el año 1886, al estudiar los rayos
catódicos, que empleando un tubo modificado, con el cátodo
perforado, se transmitían una serie de rayos que producían una
fluorescencia característica.

Sin embargo, a pesar de sus progresivos avances

de Rutherford descubrimientos, sus trabajos fueron
largamente ignorados por la comunidad de físicos, quienes aun
lidiaban con el entendimiento del comportamiento de las
partículas alfa.

Descubrimiento de las partículas alfa como núcleos de helio

Entre los años 1899 y 1900, los físicos Ernest Rutherford y

Paul Villard habian catalogado los rayos de energía radioactiva
en tres tipos (alfa, beta y gamma), a partir de esto,
los inventos de Rutherford y Villard los llevaron a
experimentos en los que atravesaban diversos grosores de
hojas de papel con estos rayos, los cuales eventualmente
terminaban en reacciones nucleares o la desintegración
radiactiva de otros núcleos.

Sin embargo, se determino que su capacidad de penetración

era mínima, ya que al estar expuestos a la atmósfera, disminuía
gradualmente su energía cinética, por medio de su interacción
con otras moléculas, generando una cantidad considerable de
iones por centímetro de longitud recorrida.

Esto les permitió concluir que la dispersión de una partícula

alfa por una fuerza de Coulomb repulsiva central, se desplaza
en una trayectoria hiperbólica, que a través del ángulo de
dispersión y del momento, se puede calcular el parámetro de
impacto y la aproximación más cercana al núcleo objetivo.

 Descubrimiento de la radiactividad como una sustancia

que disminuye con el tiempo

Poco después de que se descubrieran los rayos X, en 1895, el

científico Antoine Henri Becquerel trató de demostrar la
relación entre los rayos X y la fosforescencia de las sales de
uranio. En uno de sus experimentos envolvió una placa
fotográfica en papel negro, colocó una muestra de sal de
uranio sobre ella y la expuso a la luz solar. Al revelar la placa
apareció que los rayos emitidos por la sal habían penetrado a
través del papel.

Por su parte, Ernest Rutherford, en el año 1899, comenzó a

investigar la naturaleza de los rayos emitidos por el uranio, y
pronto se dio cuenta que el uranio, emitía rayos alfa y beta, lo
cual permitía que este se transformara en otro elemento. De
acuerdo con la descripción del átomo nuclear, Rutherford
atribuyó el fenómeno de la radiactividad, a reacciones que se
efectúan en los núcleos de los átomos. (ver articulo: María
Curie)

Teoría de Ernest Rutherford

A medida en que los científicos fueron conociendo la
estructura del átomo a través de experimentos, modificaron
su modelo atómico para ajustarlos a los datos experimentales;
entre ellos se destaca Ernest Rutherfor.
¿Qué descubrió Rutherford? Fue quien descubrió que la carga
positiva del átomo está concentrada en su núcleo, y dedujo que
el átomo debía estar formado por una corteza con los
electrones girando alrededor de un núcleo central cargado
positivamente; algo semejante al sistema de atracción
gravitacional que compone el sistema solar.
De esta forma, por medio de los descubrimientos de
Rutherford, planteó un modelo dinámico y hueco, pero que de
acuerdo con las leyes de la física clásica, era inestable. Este
modelo característico sugiere que la carga positiva del átomo
está concentrada en un núcleo estacionario de gran masa,
mientras que los electrones negativos se mueven en órbitas
alrededor del mismo.

Uno de los fundamentos que respalda la teoría y los inventos

de Rutherford es que la dispersión de partículas alfa de los
núcleos, se puede modelar a partir de la fuerza de Coulomb y
tratarla como una órbita. (ver articulo: Werner Heisenberg)
De igual forma, el proceso de dispersión puede ser tratado
estadísticamente en términos de la sección transversal para la
interacción, con un núcleo que se considera como una carga
puntual. Así mismo, gracias a los inventos de Ernest
Rutherford, muchos investigadores propusieron otras teorías
que se fundamentaban el mismo hecho, pero que concluían en
otros resultados; por ejemplo está el caso del físico danés
Niels Bohr, quien propuso un nuevo modelo atómico, según el
cual los electrones giran alrededor del núcleo en unos niveles u
orbitas bien definida.
Posteriormente, su colega austriaco Edwin Schödinger
descubrió que, de hecho, los electrones de un átomo se
comportan más como ondas que como partículas. De esta
forma, con el paso del tiempo, fueron establecidas nuevas y
diversas teorías que poco a poco fueron alternando los
criterios establecidos en el modelo original de Thomson, el cual
presentaba un átomo estático y macizo.
La estructura atómica
Primeramente se debe entender que la estructura atómica es
la manera en que está distribuida cada una de las partículas
que forman a un átomo. Dichas partículas conocidas como
protones y neutrones, se mantienen parcialmente unidas en un
centro, dando la forma particular de un elemento neutro.

Cabe destacar que el número de neutrones de un elemento

químico se puede calcular a partir de la siguiente formula: E=
A-Z; esta se refiere a que: la cantidad de electrones (E), es
igual a la diferencia entre el número másico (A) y el número
atómico (Z).

Hay que señalar que no todos los átomos de un elemento tienen

la misma masa, ya que la mayoría de ellos poseen
características y composiciones distintas, que les permiten
cambiar o combinar lo estructura original con otros elementos.
Dichas características puede ser ubicadas dentro de la
conocida tabla periódica.

En esta, la mayoría de los elementos tienen 2 ó más átomos que

tienen el mismo número atómico, pero diferente número
másico. Por lo tanto la diferencia entre dos átomos o isótopos
de un elemento dado, es el número de neutrones en el núcleo.

En las aportaciones de Ernest Rutherford, el átomo tiene en

el medio un núcleo pequeño, con carga eléctrica positiva, siendo
el contenedor de la mayoria de la masa del átomo. En este, los
electrones dan vueltas mientras recorren grandes distancias
alrededor del núcleo en órbitas circulares.
Cabe señalar que Rutherford no solo dio una idea de cómo
estaba organizado un átomo, sino que también calculó
cuidadosamente su tamaño y el de su núcleo, concluyendo que
estos poseían un diámetro de 10m y de entre 10-14m
respectivamente.

En conclusión, la representación de un sistema de

partículas detallado, se debe considerar la naturaleza
cuántica de las partículas y las propiedades de simetría de
la función de onda de un sistema de partículas, para
determinar sus respectivas estadísticas. (ver

articulo: ¿Qué invento Albert Einstein?) Frases

Solo como complemento de esta información, aquí les presento
un listado que abarca las frases más celebres del reconocido
Lord Rutherford:

 “Un presunto descubrimiento científico no tiene ningún

mérito, a menos que pueda ser explicado a una camarera”
 “Si tu experimento necesita estadística, hubiera sido
necesario hacer un experimento mejor”
 “Toda la ciencia es física o filatelia”
 “Otras variantes sin fuentes:”
 “La radiactividad se muestra acompañada de cambios
químicos en el que se producen continuamente nuevos
tipos de materia…. Se concluye que estos cambios
químicos deben poseer un carácter sub-atómico”