Biografía de Ernest Rutherford​

Si te preguntabas quién es el padre de la física nuclear, la biografía de Ernest Rutherford​ (1871-1937) te dará la respuesta. Este brillante científico fue el creador del modelo atómico de Rutherford; el primero en sugerir que los electrones giraban alrededor del núcleo. Sin embargo, éste sólo fue uno de sus tantos logros. ¡Acompáñanos a conocerlos!

Biografía de Ernest Rutherford​ resumen

Ernest Rutherford: un estudiante estrella

Este reconocido neozelandés nació el 30 de agosto de 1871 en la ciudad de Brightwater, del distrito de Tasmania. Siendo hijo de un granjero y una maestra de primaria de origen escocés, Ernest tuvo varios hermanos, pero en su biografía no se menciona mucho sobre ellos, ni cuántos fueron en total. Así pues, preocupados por brindarle una buena educación, lo enviaron a estudiar en la Havelock School, donde fue conocido por ser un «cerebrito».

Destacó especialmente por sus habilidades algebraicas, lo que le permitió la oportunidad de trasladarse a la Nelson College y terminar ahí la secundaria. Para entonces, los dotes científicos del joven Ernest estaban bastante definidos, ya que su curiosidad y afán de buscar las respuestas a sus preguntas le hacían ir siempre mucho más allá. Por esta razón, ganó una beca para entrar a la facultad de Ciencias en la Universidad de Nueva Zelanda (en aquel momento conocida como la Canterbury College).

Antes de ingresar a la universidad, Ernest Rutherford​ había participado en actividades extracurriculares; ingresó a la sociedad de debate de su colegio y también se inscribió en el club de rugby, deporte en el que resultó ser bastante bueno. Sin embargo, una vez matriculado en una carrera científica, decidió dedicarse completamente a sus estudios y a la investigación de las propiedades magnéticas del hierro.

Primeras investigaciones de Ernest Rutherford

Su tesis tuvo una gran aceptación por parte de la Academia, y de esta manera obtuvo su Licenciatura de Ciencias en 1894. Al año siguiente, ganó la Beca de Investigación de Nueva Zelanda, permitiéndole la oportunidad de viajar hasta el extremo noroeste de Europa para realizar un postgrado de medición y detección de ondas electromagnéticas en la Universidad de Cambridge, Inglaterra.

Le fue asignado el departamento de física, contando con la total libertad de realizar sus investigaciones en los Laboratorios de Cavendish de esta prestigiosa universidad. Es en este momento donde Ernest Rutherford conocería a su tutor y supervisor doctoral, el físico británico y miembro de la Royal Society J.J. Thomson.

Durante su estadía en Cambridge, Ernest Rutherford publicó varios libros referentes a sus investigaciones sobre la radiación electromagnética, los cuales rápidamente despertaron el interés de la Royal Society. Con ayuda de Thomson, detectó la propiedad ionizante de los recién descubiertos rayos X, haciéndoles sospechar acerca de la presencia de partículas cargadas negativamente en los átomos del aire.

NOTA
Hasta el momento, se creía en el modelo atómico de Dalton. John Dalton fue la primera persona en descubrir experimentalmente que la materia se compone de pequeñas partículas «indivisibles». Sin embargo, este modelo era incapaz de explicar las propiedades electromagnéticas de los mismos.  

Thomson sabía que su pupilo era capaz de lograr grandes cosas, razón por la que, en 1898, lo recomienda para un puesto como profesor de Física en la McGill University, una de las mejores casas de estudio de Canadá.

El modelo atómico de Thomson

Ernest Rutherford conservaba ciertas inquietudes acerca de propiedad ionizante de los rayos X (que, para el momento, no se sabía muy bien qué eran). Tenía en su mente muchas preguntas que lo motivaron a emprender una nueva investigación en la Universidad de McGill.

NOTA
El descubrimiento de los rayos X por parte del ingeniero mecánico y físico Wilhelm Röntgen significó un boom dentro de la comunidad científica. Mentes brillantes de la época se hicieron renombre gracias al nuevo concepto de radiación: Henri Becquerel, Marie y Pierre Curie y hasta el propio Nikola Tesla, quien hizo algunos experimentos con rayos catódicos.

De esta manera, Ernest Rutherford toma como base el reciente estudio de Becquerel sobre la «extraña» radiación que emitía el uranio. También se creía, hasta ese momento, que las radiaciones se podían originar únicamente de los rayos catódicos. Pero su investigación no hubiese podido proseguir de no ser porque J.J. Thomson, su querido colega y tutor, descubrió la existencia de los electrones en 1897, ganando así el Nobel de la Física en 1906.

Thomson aseguraba que los rayos catódicos estaban conformados por partículas cargadas negativamente. También determinó que éstas eran muchísimo más pequeñas que el átomo de hidrógeno, lo que le permitió proponer un nuevo modelo atómico en 1904. En éste se describe al átomo como una partícula cargada positivamente que, a su vez, contiene electrones incrustados.

Con esta nueva idea, Ernest Rutherford intuyó que la radiación producida por el uranio también podría estar definida por pequeñas partículas. Por este motivo, y junto a su asistente Frederick Soddy, se decidió a emprender una nueva investigación en 1900.

Alfa (α), Beta (β) y Gamma (γ)

Rutherford y Soddy expusieron muestras de uranio a una elevada cantidad de voltaje (así como en los rayos catódicos), sólo que, esta vez, dirigió la corriente de electrones hacia una serie de láminas metálicas de diferente espesor. De esta forma, determinó que los compuestos de uranio emanaban dos tipos de radiación: llamó partículas alfa a los rayos que no podían atravesar la lámina de 0.02 mm de espesor, y partículas beta a los que pudieron atravesar las placas más gruesas.

Ese mismo año, el científico francés Paul Ulrich Villard se encontró con un tipo de radiación mucho más potente mientras estudiaba las propiedades radiactivas del radio (un elemento recién descubierto por los Curie).

Mientras tanto, Ernest Rutherford y Soddy continuaron estudiando las propiedades del torio y de otros elementos radiactivos. Sus observaciones resultaron en otra revelación para la ciencia: los átomos de dichos elementos son partículas inestables que, al buscar estabilizarse, liberan energía en forma de radiación, «decayendo» en un elemento diferente y con menor masa.

NOTA
Hoy en día se conoce que esta «desintegración» o «decaimiento» es debida a la fuerza nuclear débil.

Así, pues, publicaron en 1903 los resultados de sus investigaciones en una obra titulada Ley de Cambio Radiactivo, donde Rutherford propuso asignarle el nombre de «radiación gamma» a los rayos de Villard. Ese mismo año, Ernest fue reconocido con la Medalla Rumford de la Royal Society.

En 1908, mientras trabajaba en las investigaciones de su descubrimiento más importante, Ernest Rutherford fue distinguido con el Premio Nobel de la Química «por su trabajo sobre la desintegración de los elementos y las sustancias radiactivas». Por supuesto, el físico mostró sentirse honrado por esta distinción, pero la categoría en la que ganó lo dejó un poco fuera de lugar.  

NOTA
Ernest era el tipo de científico que consideraba su rama de estudio superior a las demás, por lo que resultó un choque para él que el Nobel fuese de Química y no de Física.

Iones de helio en Mánchester

Ernest Rutherford regresa a Gran Bretaña en 1907 para ejercer como catedrático y jefe del Departamento de Física de la Universidad de Mánchester. Es en este punto donde conoce a sus estudiantes doctorales, entre los que destacan Hans Geiger, Ernest Marsden y James ChadwickNiels Bohr se uniría al equipo de investigación unos años después—. También le facilitaron un gran y moderno laboratorio para que éste pueda realizar sus investigaciones con mayor comodidad.

Con ayuda del doctor Ernest Rutherford, el joven Geiger diseña y construye un aparato capaz de detectar las partículas alfa del ambiente, el cual llamaron «contador Geiger». Al ionizarse, el gas libera cierta cantidad de energía en forma de radiación, lo que la hace fácilmente detectable.

Gracias a este nuevo dispositivo, en conjunto con un sistema de cámaras de ionización, el equipo de trabajo de Rutherford pudo determinar que las partículas alfa no eran más que iones positivos de Helio. Esto es, átomos de helio desprovistos totalmente de sus electrones.

El modelo atómico de Rutherford

En 1909, Ernest Rutherford realiza su experimento más famoso junto a Hans Geiger y Ernest Marsden: el experimento de la lámina de oro o, como al profesor le gustaba llamarle, el experimento Geiger-Marsden. Consistía en la emisión de los rayos alfa a través de una lámina de oro, y sus resultados fueron impresionantes: pudieron observar que la gran mayoría de las partículas atravesaban la lámina de metal, mientras que un pequeño porcentaje se desviaban, como si se hubiesen chocado con «algo».

De esta manera, Ernest Rutherford pudo deducir que la mayor parte de la masa del átomo estaba concentrada en un área aproximadamente 10.000 veces más pequeña que el resto del mismo. A su vez, propuso la idea de que los electrones giraban en órbitas alrededor de este núcleo, de una forma muy similar a como lo hacen los planetas alrededor del sol. Probablemente lo que acabas de leer te suene a algo muy parecido a lo que viste en el colegio; es el llamado modelo atómico de Rutherford, propuesto en 1911.

Por supuesto, este modelo tenía algunos fallos conceptuales importantes. Uno de éstos era que, al girar, los electrones necesariamente tendrían que perder energía, lo que les haría desacelerar hasta ser atraídos magnéticamente hacia el núcleo. A lo largo de los años, se crearon propuestas —como las órbitas fijas de Bohr— para sostener el diseño de Rutherford. Pero estos problemas no fueron resueltos hasta la concepción del modelo atómico de Schrodinger.

Ernest Rutherford​: últimos años

Algunos estudios posteriores hicieron sospechar a Ernest que el núcleo del átomo estaba conformado también por partículas diminutas. Se determinó que, al colisionar átomos de nitrógeno, aparecían «núcleos de hidrógeno» —recordemos que éstos tienen un solo protón y un neutrón, pero los detectores de la época sólo podían encontrar partículas cargadas—. En 1920, llamó a esta partícula protón (‘primero’ en griego), por la certidumbre de que era éste el elemento fundamental de la materia. Claro está que esta teoría fallaba en un concepto primordial: los polos iguales se repelen. ¿Cómo podrían unirse entonces para formar los núcleos atómicos?

Claramente debía existir un intermediario; un unificador o un medio de «aislamiento» entre los protones. Por este motivo, Rutherford traba de encontrar la «partícula neutra», o bien «el electrón nuclear» que pudiera contrarrestar esta fuerza repulsiva. Sin embargo, fue uno de sus estudiantes, James Chadwick, quien descubrió los neutrones en 1932.

NOTA
Años más tarde, con el nacimiento de la mecánica cuántica, se supo que la verdadera causa de la unión entre protones y neutrones es la fuerza nuclear fuerte. O, en otras palabras, unas partículas de interacción fuerte llamadas gluones.

Puede que Ernest no ganara el Premio de la Física, como siempre soñó. Pero todos sus esfuerzos fueron claramente compensados cuando, en 1925, se le nombró presidente de la Royal Society. Sus logros en el área de la química ameritaron también la Medalla Franklin, y, en 1936, la Medalla Faraday. Asimismo, no le faltaron demás distinciones y medallas honoríficas, destacando entre ellos el título de Barón Rutherford de Nelson por parte del reino británico.  

Ernest Rutherford falleció el 19 de octubre 1937, debido a la tardía operación de una hernia que no le había dado mucha importancia en años anteriores. Este brillante científico dejó este mundo con la idea de que sus aportes fueron únicamente en el área de la química, sin saber que se convirtió en el primer físico nuclear de la historia.

Es una equivocación pensar que la ciencia depende de la idea de una sola persona, cuando en realidad depende de la sabiduría combinada, el trabajo en equipo de miles de hombres, cada uno estudiando y aportando soluciones al mismo problema y poniendo su granito de arena en la gigantesca estructura del conocimiento humano. Es por esta razón que no creo en los descubrimientos repentinos ni en los méritos individuales. Lord Ernest Rutherford.

Sería una pena que te perdieras la oportunidad de ver este asombroso vídeo explicativo sobre el modelo atómico de Rutherford:

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