Bon anniversaire, Ernest Rutherford

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Aug. 26, 2021

Bon anniversaire, Ernest Rutherford

Le 30 août 1871 naissait Ernest Rutherford, physicien et chimiste, considéré comme l'un des plus grands physiciens du XXe siècle. Les expériences révolutionnaires de Rutherford ont devoilé le monde subatomique des particules électriques et ont donné naissance à la science de la physique nucléaire.

Les premiers travaux de Rutherford sur la radioactivité comprenaient des études sur les radiations émises par l'élément thorium. Rutherford a découvert que le thorium émettait deux types de rayonnement: le rayonnement alpha (de courte portée et absorbé avec quelques millièmes de pouce d'aluminium) et le rayonnement bêta (de longue portée et absorbé avec quelques dixièmes de pouce d'aluminium). En outre, avec avec son collègue Robert Owens, à l'aide d'un électromètre mesurant l'intensité du rayonnement lors du passage d'un courant électrique, il a découvert que le rayonnement émanant d'un échantillon de thorium semblait « varier d'une manière très capricieuse ». « La sensibilité de l'oxyde de thorium aux faibles courants d’air est très remarquable et rend difficile le travail », a expliqué Rutherford. Néanmoins, la radioactivité semblait aussi décroître de manière exponentielle avec le temps (c.-à-d. le courant dans l'électromètre baissait de manière exponentielle avec le temps). Peu importait la quantité de gaz thorium présent au début: toutes les 54,5 secondes, la quantité de rayonnement diminuait toujours de moitié. Cette notion, en plus de la notion selon laquelle les autres substances radioactives, perdaient de manière variable la moitié de leur radioactivité dans un temps donné, a donné naissance à un concept très important définissant un standard fixe de radioactivité, soit le concept de mi-temps: le temps nécessaire pour que la moitié des atomes d'un échantillon radioactif se désintègre.

Rutherford a également découvert que le thorium induisait la radioactivité dans d'autres substances et que la désintégration radioactive du thorium produisait un nouvel élément, soit l'argon gazeux. Avec son collègue Frederick Soddy, Rutherford a montré que le gaz argon se désintégrait en thorium A en une demi-vie d'une minute, ce qui induisait l'effet radioactif. Il a également été constaté que le thorium A se désintégrait en Thorium B, qui à son tour se désintégrait en Thorium C. Cette notion de la « transmutation d'éléments » par désintégration radioactive était assez révolutionnaire dans la mesure où elle a boulversé la pensée traditionnelle selon laquelle les atomes sont immuables. Elle a également conduit Rutherford à fournir un calcul de l'âge de la Terre. Rutherford a estimé que la désintégration radioactive des atomes dans les roches pourrait être utilisée comme une horloge pour déterminer leur âge. Rutherford avait déjà montré que les particules alpha constituaient essentiellement des noyaux d'hélium au moyen d'expériences effectuées à l'aide du compteur Gieger, qui comptait, mesurait et calculait la charge de chaque particule émanant du radium radioactif. Cela a conduit Rutherford à émettre l’hypothèse que toute matière radioactive dans les roches émettrait des particules alpha, ce qui permettrait de déterminer l’âge des roches en fonction de la quantité d’hélium gazeux s’y accumulant lors de la désintégration des atomes dedans. Cependant, une telle méthode était extrêmement limitée, car une partie de l'hélium gazeux produit ne s'accumulerait probablement pas à l'intérieur des roches, mais s'échapperait plutôt dans les airs. Cela encourageait, donc, d'autres techniques telles que la mesure du ratio de plomb (le produit ultime de la désintégration de l'uranium) par rapport à l'uranium dans les roches (le plomb s'échappe pas dans l'air comme le fait l'hélium). Rutherford a enregistré un âge de la Terre d'environ 4 milliards, non loin de l'estimation actuelle de 4,6 milliards. Ceci, bien sûr, était en contradiction avec l'estimation de Lord Kelvin concernant l'âge de la Terre de 100 millions d'années, basée sur la notion selon laquelle la Terre s'était refroidie à partir d'un état fondu, afin de devenir sa forme actuelle.

Peut-être que la contribution la plus remarquable d'Ernest Rutherford au domaine de la chimie physique est sa découverte du noyau atomique et du fait que la charge positive d'un atome est concentrée au centre. Dans une expérience célèbre, Rutherford a exposé une très mince feuille d'or à un faisceau de particules alpha. Les résultats indiquaient que la plupart de particules alpha traversent directement la feuille sans être affectées. Cependant, Rutherford a été surpris de voir quelques-unes (une sur 8 000) rebondir vers l'arrière. « Ce fut le plus incroyable événement qui me soit arrivé dans toute ma vie. C'était comme si vous aviez bombardé un papier de soie avec un obus et que celui-ci revenait vous frappait » , a expliqué Rutherford. Les particules qui ont été déviées d'un très grand angle indiquaient la présence d'une charge positive concentrée dans une petite région au centre d’un atome, soit le noyau atomique. Ceci a bouleversé la pensée antérieure selon laquelle les charges positives sont réparties uniformément autour de l'atome. En utilisant ses expériences, Rutherford a calculé que le rayon du noyau était de 5 * 10 ^ -15 mètres. Rutherford a proposé son modèle d'atome: l'essentiel de l'atome est un espace vide et plus de 99,9% de la masse de l'atome et toute la charge positive d'un atome sont concentrés dans le noyau, dont le volume est environ 10^15 fois plus petit que le volume atomique. En outre, des électrons gravitent autour du noyau à des distances relativement grandes et le nombre d'électrons chargés négativement en orbite autour de l'atome est égale au nombre de charges positives portées par le noyau.

« J'ai brisé la machine et touché le fantôme de la matière » - Ernest Rutherford

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Bon anniversaire, Ernest Rutherford

Le 30 août 1871 ~~naissait~~est né Ernest Rutherford, physicien et chimiste, considéré comme l'un des plus grands physiciens du XXe siècle.

Les expériences révolutionnaires de Rutherford ont deévoilé le monde subatomique des particules électriques et ont donné naissance à la science de la physique nucléaire.

Les premiers travaux de Rutherford sur la radioactivité comprenaient des études sur les radiations émises par l'élément thorium.

Rutherford a découvert que le thorium émettait deux types de rayonnement: le rayonnement alpha (de courte portée et absorbé avec quelques millièmes de pouce d'aluminium) et le rayonnement bêta (de longue portée et absorbé avec quelques dixièmes de pouce d'aluminium).

En outre, avec avec son collègue Robert Owens, à l'aide d'un électromètre mesurant l'intensité du rayonnement lors du passage d'un courant électrique, il a découvert que le rayonnement émanant d'un échantillon de thorium semblait « varier d'une manière très capricieuse ».

« La sensibilité de l'oxyde de thorium aux faibles courants d’air est très remarquable et rend difficile le travail », a expliqué Rutherford.

Néanmoins, la radioactivité semblait aussi décroître de manière exponentielle avec le temps (c.'est-à-d.ire le courant dans l'électromètre baissait de manière exponentielle avec le temps).

Peu importait la quantité de gaz thorium présent au début: toutes les 54,5 secondes, la quantité de rayonnement diminuait toujours de moitié.

Cette notion, en plus de la notion selon laquelle les autres substances radioactives, perdaient de manière variable la moitié de leur radioactivité dans un temps donné, a donné naissance à un concept très important définissant un standard fixe de radioactivité, soit le concept de mi-temps: le temps nécessaire pour que la moitié des atomes d'un échantillon radioactif se désintègre.

Rutherford a également découvert que le thorium induisait la radioactivité dans d'autres substances et que la désintégration radioactive du thorium produisait un nouvel élément, soit l'argon gazeux.

Avec son collègue Frederick Soddy, Rutherford a montré que le gaz argon se désintégrait en thorium A en une demi-vie d'une minute, ce qui induisait l'effet radioactif.

Il a également été constaté que le thorium A se désintégrait en Thorium B, qui à son tour se désintégrait en Thorium C.

Cette notion de la « transmutation d'éléments » par désintégration radioactive était assez révolutionnaire dans la mesure où elle a bouleversé la pensée traditionnelle selon laquelle les atomes sont immuables.

Elle a également conduit Rutherford à fournir un calcul de l'âge de la Terre.

Rutherford a estimé que la désintégration radioactive des atomes dans les roches pourrait être utilisée comme une horloge pour déterminer leur âge.

Rutherford avait déjà montré que les particules alpha constituaient essentiellement des noyaux d'hélium au moyen d'expériences effectuées à l'aide du compteur Gieger, qui comptait, mesurait et calculait la charge de chaque particule émanant du radium radioactif.

Cela a conduit Rutherford à émettre l’hypothèse que toute matière radioactive dans les roches émettrait des particules alpha, ce qui permettrait de déterminer l’âge des roches en fonction de la quantité d’hélium gazeux s’y accumulant lors de la désintégration des atomes dedans.

Cependant, une telle méthode était extrêmement limitée, car une partie de l'hélium gazeux produit ne s'accumulerait probablement pas à l'intérieur des roches, mais s'échapperait plutôt dans les airs.

Cela encourageait, donc, d'autres techniques telles que la mesure du ratio de plomb (le produit ultime de la désintégration de l'uranium) par rapport à l'uranium dans les roches (le plomb s'échappe pas dans l'air comme le fait l'hélium).

Rutherford a enregistré un âge de la Terre d'environ 4 milliards, non loin de l'estimation actuelle de 4,6 milliards.

Ceci, bien sûr, était en contradiction avec l'estimation de Lord Kelvin concernant l'âge de la Terre de 100 millions d'années, basée sur la notion selon laquelle la Terre s'était refroidie à partir d'un état fondu, afin de devenir sa forme actuelle.

Peut-être que la contribution la plus remarquable d'Ernest Rutherford au domaine de la chimie physique est sa découverte du noyau atomique et du fait que la charge positive d'un atome est concentrée au centre.

Dans une expérience célèbre, Rutherford a exposé une très mince feuille d'or à un faisceau de particules alpha.

Les résultats indiquaient que la plupart de particules alpha traversent directement la feuille sans être affectées.

Cependant, Rutherford a été surpris de voir quelques-unes (une sur 8 000) rebondir vers l'arrière.

« Ce fut le plus incroyable événement qui me soit arrivé dans toute ma vie.

C'était comme si vous aviez bombardé un papier de soie avec un obus et que celui-ci revenait vous frapp~~ait~~er » , a expliqué Rutherford.

Les particules qui ont été déviées d'un très grand angle indiquaient la présence d'une charge positive concentrée dans une petite région au centre d’un atome, soit le noyau atomique.

Ceci a bouleversé la pensée antérieure selon laquelle les charges positives sont réparties uniformément autour de l'atome.

En utilisant ses expériences, Rutherford a calculé que le rayon du noyau était de 5 * 10 ^ -15 mètres.

Rutherford a proposé son modèle d'atome: l'essentiel de l'atome est un espace vide et plus de 99,9% de la masse de l'atome et toute la charge positive d'un atome sont concentrés dans le noyau, dont le volume est environ 10^15 fois plus petit que le volume atomique.

En outre, des électrons gravitent autour du noyau à des distances relativement grandes et le nombre d'électrons chargés négativement en orbite autour de l'atome est égale au nombre de charges positives portées par le noyau.

« J'ai brisé la machine et touché le fantôme de la matière » - Ernest Rutherford

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Article très intéressant, que des fautes mineures.

Bon anniversaire, Ernest Rutherford