Ernest Rutherford para niños

Datos para niños Ernest Rutherford
Ernest Rutherford
Información personal
Nacimiento	30 de agosto de 1871 Brightwater, Nueva Zelanda
Fallecimiento	19 de octubre de 1937 Cambridge, Inglaterra, Reino Unido
Sepultura	Abadía de Westminster
Residencia	Nueva Zelanda y Reino Unido
Nacionalidad	Británica y Neozelandesa
Lengua materna	Inglés
Familia
Padres	James Rutherford Martha Thompson
Cónyuge	Mary Georgina Newton
Educación
Educación	Grado en Artes, Maestría en Artes, graduado en ciencias y doctorado en ciencias
Educado en	University of Canterbury Cambridge University
Supervisor doctoral	Joseph John Thomson
Alumno de	J. J. Thomson
Información profesional
Área	Química y Física
Conocido por	Ser el padre de la física nuclear
Cargos ocupados	Langworthy Professor (1907-1919) Presidente de la Royal Society (1925-1930) Miembro de la Cámara de los Lores (1931-1937)
Empleador	McGill University University of Manchester
Estudiantes doctorales	Mark Oliphant Patrick Blackett Hans Geiger Niels Bohr Otto Hahn Cecil Powell Teddy Bullard Pyotr Leonidovich Kapitsa John Cockcroft Ernest Walton Charles Drummond Ellis James Chadwick Ernest Marsden Edward Andrade Frederick Soddy Edward Victor Appleton Bertram Boltwood Kazimierz Fajans Charles Galton Darwin Henry Moseley A.J.B.Robertson
Alumnos	Niels Bohr, Charles Galton Darwin, Piotr Kapitsa, Mark Oliphant, Patrick Maynard Stuart Blackett, Hans Geiger, Frederick Soddy, Ernest Walton, James Chadwick, John Douglas Cockcroft, Edward Victor Appleton y Otto Hahn
Miembro de	Orden del Mérito del Reino Unido Academia Alemana de las Ciencias Naturales Leopoldina Academia Pontificia de las Ciencias Academia de Ciencias de Baviera Academia de Ciencias de la Unión Soviética Real Academia de las Ciencias de Suecia Academia de Ciencias de Francia Academia Estadounidense de las Artes y las Ciencias Academia de Ciencias de Rusia Academia Prusiana de las Ciencias Sociedad Filosófica Estadounidense Real Academia de Artes y Ciencias de los Países Bajos Sociedad Filosófica y Literaria de Manchester Royal Society (desde 1903) Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos (desde 1911) Academia de Ciencias de Turín (desde 1922)
Distinciones	Premio Nobel de química
Firma
Notas
Fue suegro de Ralph Fowler

Ernest Rutherford, también conocido como Lord Rutherford (nacido el 30 de agosto de 1871 en Brightwater, Nueva Zelanda, y fallecido el 19 de octubre de 1937 en Cambridge, Inglaterra), fue un importante físico neozelandés.

Rutherford estudió las partículas que emiten radiactividad y las clasificó en tres tipos: alfa (α), beta (β) y gamma (γ). Descubrió que la radiactividad ocurre cuando los elementos se transforman, lo que le valió el Premio Nobel de Química en 1908. También propuso un modelo atómico que demostró la existencia del núcleo atómico. Este núcleo es una parte muy pequeña y densa en el centro del átomo que contiene casi toda su masa y toda su carga positiva. Con la ayuda de su estudiante Frederick Soddy, Rutherford logró la primera transmutación artificial de un elemento.

Durante la primera parte de su vida, se dedicó por completo a la investigación. La segunda mitad la pasó enseñando y dirigiendo los Laboratorios Cavendish en Cambridge, donde se descubrió el neutrón. Fue maestro de científicos famosos como Niels Bohr y Otto Hahn.

¿Cómo fueron los primeros años de Ernest Rutherford?

El padre de Ernest, James, era granjero y mecánico, y su madre, Martha Thompson, era maestra. Ambos querían que sus hijos tuvieran una buena educación y pudieran seguir estudiando.

Desde pequeño, Ernest Rutherford mostró mucha curiosidad y era muy bueno en aritmética. Sus padres y su maestro lo apoyaron, y él fue un estudiante brillante. Esto le permitió ingresar al Nelson College, donde estudió durante cuatro años. También era muy bueno en rugby, lo que lo hizo popular en la escuela. En su último año, fue el mejor alumno en todas las materias, lo que le permitió entrar a la Universidad de Nueva Zelanda, en el Canterbury College. Allí siguió jugando rugby y participó en clubes de ciencia.

En esa época, Rutherford empezó a mostrar su talento para la experimentación. Sus primeras investigaciones demostraron que el hierro podía magnetizarse con altas frecuencias, lo cual fue un descubrimiento importante. Sus excelentes calificaciones le permitieron continuar sus estudios e investigaciones por cinco años en esa universidad. Se graduó en Christchurch y luego obtuvo la única beca de Nueva Zelanda para estudiar matemáticas. Para cubrir sus gastos el último año, trabajó como maestro. Así, obtuvo el título de Master of Arts con las mejores notas en matemáticas y física.

En 1894, obtuvo el título de Bachelor of Science. Esto le permitió ir a Gran Bretaña para seguir sus estudios en los Laboratorios Cavendish de Cambridge a partir de 1895. Allí trabajó bajo la dirección de Joseph John Thomson, quien descubrió el electrón. Rutherford fue el primer estudiante de otro país en tener esta oportunidad. Antes de irse de Nueva Zelanda, se comprometió con Mary Newton, una joven de Christchurch. Años más tarde, Rutherford reemplazaría a Thomson como director de los laboratorios Cavendish.

¿Qué investigó Rutherford en Cambridge (1895-1898)?

Al principio, Rutherford continuó investigando las ondas hertzianas y cómo recibirlas a larga distancia. Hizo una presentación excelente de su trabajo en la Cambridge Physical Society, y sus resultados se publicaron en las Philosophical Transactions de la Royal Society. Esto era algo poco común para un investigador tan joven y le dio mucha fama.

En diciembre de 1895, empezó a trabajar con Thomson para estudiar cómo los rayos X afectaban a un gas. Descubrieron que los rayos X podían ionizar el aire, es decir, crear muchas partículas con carga eléctrica, tanto positivas como negativas. También vieron que estas partículas podían volver a unirse para formar átomos neutros. Rutherford inventó una forma de medir la velocidad de los iones y la rapidez con la que se recombinaban. Estos trabajos fueron clave para su futuro éxito.

En 1898, después de tres años en Cambridge, a los 27 años, le ofrecieron un puesto de profesor de física en la Universidad McGill de Montreal. Él aceptó de inmediato, ya que este puesto también le permitía casarse con su prometida.

¿Qué descubrió Rutherford en Montreal (1898-1907) sobre la radiactividad?

Rutherford en 1905 en la Universidad McGill en Montreal, Canadá

En esa época (1896), Henri Becquerel descubrió que el uranio emitía una radiación desconocida. En 1899, Rutherford publicó un estudio muy importante sobre cómo estas radiaciones podían ionizar el aire. Colocó uranio entre dos placas cargadas y midió la corriente que pasaba. Así, estudió qué tan lejos podían penetrar las radiaciones, cubriendo sus muestras de uranio con láminas de metal de diferentes grosores.

Se dio cuenta de que la ionización disminuía rápidamente al aumentar el grosor de las láminas, pero que después de cierto grosor, disminuía más lentamente. Por eso, concluyó que el uranio emitía dos tipos diferentes de radiación, ya que tenían distinto poder de penetración. Llamó a la radiación menos penetrante "radiación alfa" y a la más penetrante (que causaba menos ionización porque atravesaba más el aire) "radiación beta".

En 1900, Rutherford se casó con Mary Newton. En 1901, tuvieron a su única hija, Eileen.

Por esos años, Rutherford estudió el torio. Usando el mismo equipo que con el uranio, notó que abrir una puerta en el laboratorio afectaba mucho el experimento, como si el movimiento del aire lo cambiara. Pronto se dio cuenta de que el torio liberaba una "emanación" que también era radiactiva. Al aspirar el aire alrededor del torio, vio que ese aire conducía la corriente fácilmente, incluso lejos del torio.

También observó que las emanaciones de torio solo permanecían radiactivas unos diez minutos y que eran partículas neutras. Su radiactividad no cambiaba con reacciones químicas ni con cambios de temperatura o campos eléctricos. Se dio cuenta de que la radiactividad de estas partículas disminuía de forma exponencial. Así, descubrió el periodo de semidesintegración de los elementos radiactivos en 1900. Con la ayuda de un químico de Montreal, Frederick Soddy, concluyó en 1902 que las emanaciones de torio eran átomos radiactivos, pero no torio. Esto significaba que la radiactividad venía acompañada de una transformación de los elementos.

Este descubrimiento causó un gran impacto entre los químicos, quienes creían firmemente que la materia no podía destruirse. Gran parte de la ciencia de la época se basaba en esta idea. Por eso, este descubrimiento fue una verdadera revolución. Sin embargo, la calidad del trabajo de Rutherford no dejaba dudas. Incluso Pierre Curie tardó dos años en aceptar esta idea, a pesar de que él y Marie Curie ya habían notado que la radiactividad causaba una pérdida de masa en las muestras. Pierre Curie pensaba que perdían peso sin cambiar su naturaleza.

Las investigaciones de Rutherford fueron reconocidas en 1903 por la Royal Society, que le otorgó la Medalla Rumford en 1904. Resumió sus descubrimientos en un libro llamado Radiactividad en 1904. En él, explicó que la radiactividad no se veía afectada por la presión, la temperatura ni las reacciones químicas. También explicó que se formaban nuevos elementos con propiedades químicas diferentes, mientras los elementos radiactivos originales desaparecían.

Junto con Frederick Soddy, calculó que la energía térmica liberada por la desintegración nuclear era entre 20.000 y 100.000 veces mayor que la producida por una reacción química. También propuso que esta energía podría explicar la energía que emite el Sol. Pensaban que si la Tierra mantiene una temperatura constante en su núcleo, se debe a las reacciones de desintegración que ocurren en su interior. Esta idea de una gran energía potencial almacenada en los átomos se confirmó un año después, cuando Albert Einstein descubrió la equivalencia entre masa y energía. Después de estos trabajos, Otto Hahn, quien descubrió la fisión nuclear con Fritz Strassmann y Lise Meitner, fue a estudiar con Rutherford en McGill por unos meses.

A través de muchos estudios con elementos radiactivos, Rutherford observó que estos emitían dos tipos de radiación. El primer tipo, llamado rayos alfa, era muy energético pero tenía poco alcance y era absorbido rápidamente. El segundo tipo, llamado rayos beta, era muy penetrante y de mucho mayor alcance. Usando campos eléctricos y magnéticos, analizó estos rayos y calculó su velocidad, el signo de su carga y la relación entre carga y masa. También encontró un tercer tipo de radiación muy energética, a la que llamó rayos gamma.

¿Qué descubrió Rutherford en Mánchester (1907-1919) sobre el núcleo atómico?

En 1907, Rutherford obtuvo un puesto de profesor en la Universidad de Mánchester, donde trabajó con Hans Geiger. Juntos inventaron un contador que podía detectar las partículas alfa emitidas por sustancias radiactivas (un prototipo del futuro contador Geiger). Este aparato funcionaba ionizando el gas en su interior, lo que producía una descarga detectable. Este dispositivo les permitió calcular el número de Avogadro de forma muy directa: al conocer el periodo de desintegración del radio y medir con su aparato el número de desintegraciones por unidad de tiempo, pudieron deducir el número de átomos de radio en la muestra.

En 1908, junto con uno de sus estudiantes, Thomas Royds, Rutherford demostró de forma definitiva que las partículas alfa son núcleos de helio. Para probarlo, aisló una sustancia radiactiva en un material tan delgado que las partículas alfa podían atravesarlo, pero que bloqueaba cualquier otra "emanación" de elementos radiactivos. Luego, recogió el gas alrededor de la caja con las muestras y analizó su espectro. Encontró una gran cantidad de helio: los núcleos que formaban las partículas alfa habían recuperado electrones disponibles.

Ese mismo año, Rutherford ganó el Premio Nobel de Química por sus trabajos. Sin embargo, se sintió un poco molesto, ya que él se consideraba principalmente un físico. Una de sus frases más famosas es que "la ciencia, o es Física, o es filatelia", lo que muestra que para él la física estaba por encima de todas las demás ciencias.

En 1911, hizo su mayor contribución a la ciencia al descubrir el núcleo atómico. En Montreal, había notado que al bombardear una lámina delgada de mica con partículas alfa, estas se desviaban. Cuando Geiger y Marsden repitieron estos experimentos con más cuidado usando una lámina de oro, se dieron cuenta de que algunas partículas alfa se desviaban más de 90 grados. Rutherford propuso la idea de que en el centro del átomo debía haber un "núcleo" que contuviera casi toda la masa y toda la carga positiva del átomo. También pensó que los electrones debían determinar el tamaño del átomo. Este modelo, similar a un sistema planetario, ya había sido sugerido en 1904 por un japonés, Hantarō Nagaoka, pero no había sido muy conocido. Se le criticaba que, en ese caso, los electrones deberían emitir energía al girar alrededor del núcleo y, por lo tanto, caer. Sin embargo, los resultados de los experimentos demostraron que este era el modelo correcto, ya que permitía predecir con exactitud la tasa de dispersión de las partículas alfa según el ángulo de dispersión y el tamaño del núcleo atómico. Las últimas dudas teóricas (sobre la emisión de energía del electrón) se resolvieron con los principios de la teoría cuántica y la adaptación que hizo Niels Bohr del modelo de Rutherford a la teoría de Max Planck, lo que demostró la estabilidad del átomo de Rutherford.

Conclusiones del experimento de la lámina de oro. Arriba: Resultados esperados: partículas alfa pasando a través del modelo de pudding de ciruela de un átomo sin desviarse.
Abajo: Resultados observados: una pequeña parte de las partículas se desviaron, lo que indica una carga concentrada y pequeña, es decir, el núcleo atómico. El diagrama no está a escala; en realidad, el núcleo es mucho más pequeño que la capa exterior de electrones.

Primera Conferencia Solvay, de 1911, en Bruselas. Se puede observar a Rutherford, cuarto por la derecha en la fila posterior, situado entre James Hopwood Jeans y Heike Kamerlingh Onnes, justo detrás de Marie Curie y Henri Poincaré.

En 1914, comenzó la Primera Guerra Mundial, y Rutherford se dedicó a investigar métodos acústicos para detectar submarinos. Después de la guerra, en 1919, realizó su primera transmutación artificial. Observó que al bombardear hidrógeno con partículas alfa, se producían protones. Se dio cuenta de que obtenía muchos más de estos protones si hacía el mismo experimento con aire y aún más con nitrógeno puro. De esto, dedujo que las partículas alfa, al chocar con los átomos de nitrógeno, habían producido un protón. Esto significaba que el núcleo de nitrógeno había cambiado y se había transformado en oxígeno al absorber la partícula alfa. Rutherford acababa de lograr la primera transmutación artificial de la historia. Algunos dicen que fue el primer alquimista que consiguió su objetivo.

Primera transmutación de la materia, de nitrógeno a oxígeno, realizada por Ernest Rutherford en 1919 al bombardear núcleos de nitrógeno con partículas alfa.

¿Qué logros tuvo Rutherford en Cambridge (1919-1937)?

Ese mismo año, Rutherford sucedió a J. J. Thomson como director del laboratorio Cavendish. Fue el comienzo de una época muy exitosa para el laboratorio y para Rutherford. Desde entonces, su influencia en la investigación de la física nuclear fue enorme. Por ejemplo, en una conferencia ante la Royal Society, ya mencionó la existencia del neutrón y de los isótopos del hidrógeno y del helio. Estos se descubrirían más tarde en el laboratorio Cavendish, bajo su dirección. James Chadwick, quien descubrió el neutrón (y ganó el Premio Nobel en 1932 por ello), Niels Bohr, quien demostró que el modelo planetario de Rutherford era estable, y Robert Oppenheimer, considerado el padre de la bomba atómica, fueron algunos de los que estudiaron en el laboratorio durante la época de Rutherford. Moseley, alumno de Rutherford, demostró, usando la desviación de los rayos X, que los átomos tenían tantos electrones como cargas positivas en el núcleo, y que esto "confirmaba fuertemente las ideas de Bohr y Rutherford". John Cockcroft y Ernest Walton recibieron el Premio Nobel en 1938 por un experimento que demostró la desintegración del átomo usando un acelerador de partículas, y Edward Appleton también recibió el Premio Nobel en 1947 por demostrar la existencia de la ionosfera.

Las muchas clases que dio en el laboratorio Cavendish y su contacto con sus estudiantes mostraron a Rutherford como una persona muy apegada a los hechos, más que a la teoría, que para él era solo una "opinión". Este apego a los hechos experimentales era señal de su gran rigor y honestidad. Cuando Enrico Fermi logró desintegrar varios elementos con neutrones, Rutherford le escribió para felicitarlo por haber logrado "escapar de la física teórica".

Afortunadamente, Rutherford no se quedaba solo en los hechos. Su gran imaginación le permitía ver las consecuencias teóricas más lejanas, pero no aceptaba que las cosas se complicaran sin necesidad. A menudo hacía comentarios sobre esto a los visitantes del laboratorio que venían a presentar sus trabajos a los estudiantes e investigadores, sin importar la fama del visitante. Su gusto por la simplicidad era casi famoso. Como él mismo decía: "Yo mismo soy un hombre sencillo".

Su autoridad en el laboratorio Cavendish no se basaba en el miedo. Al contrario, Rutherford tenía un carácter alegre. Se sabía que estaba avanzando en sus trabajos cuando se le oía tararear en el laboratorio. Sus alumnos lo respetaban mucho, no solo por sus trabajos anteriores o por su fama, sino por su personalidad atractiva, su generosidad y su autoridad intelectual. Su alumno ruso Peter Kapitza lo apodó "el cocodrilo", y así era conocido entre sus colegas. No porque fuera temible, sino porque para un soviético tan lejos de los ríos africanos, el cocodrilo representaba una fuerza tremenda. Aunque nadie lo llamaba así de frente, Rutherford lo sabía y se sentía orgulloso en secreto. De hecho, el edificio construido para los estudios de Kapitza tenía un gran relieve de un cocodrilo.

Esta también fue una época de muchos honores para Rutherford. Fue presidente de la Royal Society entre 1925 y 1930, y presidente del Academic Assistance Council, que en esos tiempos difíciles ayudaba a universitarios alemanes que huían de su país. También recibió la Medalla Franklin en 1924 y la Medalla Faraday en 1936. En 1925, hizo su último viaje a Nueva Zelanda, su país natal, que nunca olvidó, y fue recibido como un héroe. En 1931, recibió el título de nobleza de Barón Rutherford de Nelson, de Cambridge. Pero ese mismo año, su única hija, Eileen, falleció nueve días después de dar a luz a su cuarto hijo.

Rutherford era un hombre muy fuerte. En 1937, ingresó al hospital para una operación menor, después de haberse lastimado podando árboles en su propiedad. Al regresar a casa, parecía recuperarse bien, pero su estado empeoró de repente. Murió el 19 de octubre y fue enterrado en la abadía de Westminster, junto a Isaac Newton y Kelvin.

¿Cuál es el legado de Ernest Rutherford?

Estatua de Ernest Rutherford en Brightwater, Nueva Zelanda

Rutherford es considerado uno de los científicos más grandes de la historia.

Las investigaciones de Rutherford y los trabajos realizados bajo su dirección en el laboratorio establecieron la estructura nuclear del átomo y la naturaleza de la desintegración radiactiva como un proceso nuclear. Patrick Blackett, un investigador que trabajaba con Rutherford, demostró la transmutación nuclear inducida usando partículas alfa naturales. Más tarde, el equipo de Rutherford, usando protones de un acelerador, demostró las reacciones nucleares y la transmutación inducidas artificialmente. Por todo esto, se le conoce como el padre de la física nuclear. Rutherford falleció antes de ver cómo se hacía realidad la idea de la reacción nuclear en cadena de Leó Szilárd. Sin embargo, un discurso de Rutherford sobre su transmutación artificial en el litio, publicado en el periódico londinense The Times el 12 de septiembre de 1933, fue lo que inspiró a Szilárd a pensar en la posibilidad de una reacción nuclear en cadena controlada que produjera energía. Szilárd tuvo esta idea mientras caminaba por Londres ese mismo día.

El discurso de Rutherford se refería a los trabajos que sus estudiantes John Cockcroft y Ernest Walton habían hecho en 1932 para "dividir" el litio en partículas alfa, bombardeándolo con protones de un acelerador de partículas que ellos mismos habían construido. Rutherford se dio cuenta de que la energía liberada por los átomos de litio divididos era enorme. Pero también se dio cuenta de que la energía necesaria para el acelerador, y lo poco eficiente que era para dividir átomos de esta manera, hacían que el proyecto no fuera práctico como fuente de energía (la fisión de elementos ligeros inducida por aceleradores sigue siendo demasiado ineficiente hoy en día). En parte, el discurso de Rutherford decía:

Podríamos obtener en estos procesos mucha más energía de la que proporcionaba el protón, pero en general no podríamos esperar obtener energía de esta manera. Era una forma muy pobre e ineficaz de producir energía, y cualquiera que buscara una fuente de energía en la transformación de los átomos estaba soñando. Pero el tema era científicamente interesante porque permitía conocer los átomos por dentro.

¿Cuáles fueron las publicaciones más importantes de Rutherford?

• Radio-activity (Cambridge University Press, 1904)
• Radioactive Transformations (1906)
• Radiations from Radioactive Substances (1919)
• The Electrical Structure of Matter (1926)
• The Artificial Transmutation of the Elements (1933)
• The Newer Alchemy (1937)

¿Qué lugares y elementos llevan el nombre de Rutherford?

Placa en homenaje a Rutherford en la Universidad de Mánchester

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• El cráter lunar Rutherford fue nombrado en su honor.
• El cráter marciano Rutherford también conmemora su nombre.
• El asteroide (1249) Rutherfordia recibió este nombre en su honor.
• El Rutherfordio, el elemento 104 de la tabla periódica, lleva su nombre en memoria del científico.

¿Qué premios y reconocimientos recibió Rutherford?

Predecesor: Eduard Buchner

Premio Nobel de Química 1908

Sucesor: Wilhelm Ostwald

Rutherford recibió el Premio Nobel de Química en 1908 por sus investigaciones sobre la desintegración de los elementos y la química de las sustancias radiactivas.

Entre otras distinciones, fue elegido miembro (1903) y presidente (1925-1930) de la Royal Society de Londres. También recibió los títulos de sir en 1914 y de barón Rutherford de Nelson en 1931.

El elemento 104 de la tabla periódica se llama Rutherfordio en su honor.

Cuando falleció, sus restos fueron enterrados en la abadía de Westminster.

Véase también

En inglés: Ernest Rutherford Facts for Kids