Hart van de Materie 9: Ongeladen maar niet onvindbaar: het neutron

Aan het einde van het vorige deel stelden we vast dat het gedaan is met de ondeelbaarheid van de atomen. Blijkbaar bestaan ze uit lichte, negatief geladen elektronen en zwaardere, postief geladen protonen. Hierbij weten we ook dat de netto-lading van de kern (die positief is) wordt gecounterd door een net voldoende elektronen, die rond die kern cirkelen als manen rond een planeet, of planeten rond een ster. Het aantal elektronen varieert naargelang het element waar we mee te maken hebben: waterstof heeft er één, helium twee, enzovoort.

De netto-lading van die kern is tegelijkertijd een goede parameter om de eigenschappen van het betrokken atoom mee in te schatten: het atoomnummer is erkend als meer dan gewoon een rangschikking in een volgorde. Van de elektronen binnenin (vlak tegen de kern aan) weten we dat ze X-stralen genereren als ze uit de kern gegooid worden; de elektronen aan de buitenkant van het atoom bepalen dan weer het chemisch gedrag.

James Chadwick (20 oktober 1891, Bollington, Engeland – 24 juli 1974, Cambridge, Engeland) behaalde zijn bachelor- en masterdiploma’s in 1911, resp. 1913 in Manchester, waar hij onder andere van Rutherford les kreeg. Hij werd daarna de assistent van Hans Geiger (de oud-medewerker van Rutherford) in Berlijn. Bij het uitbreken van de Eerste Wereldoorlog werd hij als Brit in Duitsland geïnterneerd als krijgsgevangene, maar kon zijn tijd besteden aan chemisch onderzoek, Na de oorlog vervoegde hij Rutherford in 1919 in het Cavendishlab in Cambridge.
Daar toonde hij in 1932 het bestaan van het neutron aan. 
Links: James Chadwick, rechts de voorpagina van zijn Letter to Nature waarin hij zijn werk ontvouwt. Beide beelden publiek domein.

Lees verder...

Geplaatst door Geert op 24/03/2017 om 22:46

Hart van de Materie 8: De kern valt verder uiteen in protonen

Een eerste glimp van het proton

Rutherford stopte niet met het uitvoeren van boeiende experimenten en drong steeds dieper door in de structuur van de materie. Tijdens nieuwe proeven met zijn scintillatietoestel liet hij een stroom alfadeeltjes los op het detectieplaatje uit zinksulfide, maar dekte dit in eerste instantie af met een metalen plaatje, waar de alfastralen niet doorheen geraakten. Tenminste, zolang het toestel vacuum bleef. Bracht hij een hoeveelheid waterstofgas in het toestel, dan doken er plotseling wel stralen op, die in staat waren om door het metalen plaatje te dringen en op de detector te botsen.

Lees verder...

Geplaatst door Geert op 17/03/2017 om 22:34

Hart van de Materie 7: Rutherford en de ontdekking van de atoomkern

Het atoommodel van Thomson, dat het levenslicht zag in 1900, heeft niet lang mogen zijn. Reeds in 1909 doken er experimentele resultaten op, die het concept van Thomson (negatief geladen elektronen in een positief geladen matrix, als rozijnen in een krentenbol) op losse schroeven zetten.

De verantwoordelijken voor deze nieuwe data waren Hans Geiger en Ernest Marsden. De aanstoker van deze experimenten was echter het hoofd van hun laboratorium, de ons ondertussen bekende Ernest Rutherford, ondertussen tewerkgesteld in Manchester (Groot-Brittannië). Hun doel was, het atoommodel van Thomson grondig te testen en uit te meten. Hiertoe bestraalden ze een zeer dun goudblaadje met radioactieve straling (bestaande uit alfadeeltjes uit een uraniumbron). Dat goudblaadje was slechts 0,4 µm dik, wat overeenkomt met een 1200-tal goudatomen.

 

Schematische weergave van het experiment van Geiger en Marsden. De radioactieve bron bestond uit zuiver radium, met een stralingsintensiteit van 0,1 Curie (4 miljard atomen die vervallen per seconde). De detector bestond uit een klein (10-6 m2 groot) fluorescerend plaatje uit zinksulfide (ZnS), gemonteerd op een paar cm afstand het goudblaadje en gekoppeld met een microscoop. Dit plaatje kon roteren rond het goudblaadje. Telkens een alfadeeltje botste op de detector, was dit zichtbaar als een kleine lichtflash.

Lees verder...

Geplaatst door Geert op 10/03/2017 om 21:55

Hart van de materie 6: Atomen geven stralen af

Het zal je maar overkomen. Je hele levenswerk draait om fosforescentie, magnetisme en de polarisatie van licht, en al dat werk wordt op een dag overschaduwd door een haast toevallige ontdekking. Dat overkwam de Franse onderzoeker Antoine Henri Becquerel, op 1 maart 1896. Hij ontdekte het bestaan van radioactiviteit.

Links: Fluorescerende koralen (Underwater Observatory Marine Park, Eilat). Bron: Tiia Monto, CC BY-SA 3.0.
Rechts: Fosforescente wijzerplaat (die nog verlicht blijft nadat het donker geworden is). Bron: Naklig. CC BY-SA 3.0

Lees verder...

Geplaatst door Geert op 04/03/2017 om 22:16

Hart van de Materie 5: Het elektron duikt op

Elektriciteit (en het verwante magnetisme) waren reeds langer bekend in de wetenschappen. Zelfs Thales van Milete had er zijn eigen theorieën over. Plinius de Oudere (23-79 n. Chr) en Scribonius (1-59 n. Chr.) schreven over de verdovende schokken van de siddermeerval in de Nijl. En toch was het wachten op de zeventiende-eeuwse wetenschap, met mensen als de Engelsman William Gilbert (die een studie maakt van zeilsteen, een ijzererts dat van nature reeds magnetisch is), Otto von Guerike (die in 1663 een machine ontwerpt om via wrijving elektrostatische ladingen op te wekken), Stephen Gray en Charles François Du Fay (die samen begrippen als geleiding en isolatie uitwerken). Het was ook Gilbert die het woord electricus bedenkt, letterlijk “amberachtig”, naar het Griekse elektron, amber. Hij doet dat na een studie van het gedrag van amber (barnsteen) dat wordt opgewreven met een doek en zo statisch opgeladen wordt.

In de achttiende eeuw zetten mensen als Benjamin Franklin, Luigi Galvani en Alessandro Volta het werk verder. De eerste toont aan dat bliksem een elektrisch verschijnsel is (met een beroemd en niet geheel ongevaarlijk experiment waarbij hij een vlieger oplaat in het midden van een onweer); Galvani ontdekt dat elektrische stroom een rol speelt in de manier waarop zenuwcellen spieren laten samentrekken. Volta maakt een eerste vorm van batterij (de “zuil van Volta”) en zorgt zo voor een interessante en redelijk constante bron van stroom, wat verder experimenteel werk vergemakkelijkt.

Links: William Gilbert (1544–1603), Olieverf op hout, Wellcome library. Publiek domein.
Midden: Otto von Guericke, Wellcome library CC BY-SA 4.0 (http://catalogue.wellcomelibrary.org/record=b1167069)
Rechts : Charles François de Cisternay du Fay (1698-1739). Publiek domein.

Lees verder...

Geplaatst door Geert op 25/02/2017 om 03:10

Pagina 1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 7