קורות חיים: לורד ארנסט רתרפורד פיזיקאי ו’ אלכימאי’ ( רתרפורד אמנם לא למד כימיה אבל הוא גילה גז אציל) יליד ניו-זילנד חי בשנים 1871-1937. רתרפורד נולד בספירינג (כיום בריטווטר) מחוז כפרי בנלסון שבצפון האי הדרומי של ניו-זילנד. אביו, ג’ימס, הגיע מסקוטלנד בגיל 4 ועבד בחייו כיצרן פשתן, ואמו מתילדה שהגיעה בגיל 13 מאנגליה ועבדה בחייה כמורה. רתרפורד למד בילדותו בעיירה *Havelock. בשנת 1890 זכה במלגה באוניברסיטת ניו-זילנד שבקריסטצ’רץ, בה למד: מתמטיקה, לטינית ופיסיקה, ושיחק בנבחרת הרגבי (משחק פופולארי בניו-זילנד). בשנת 1893 זכה בתואר שני ובהצטיינות בפיזיקה ובפיזיקה מתמטית. בשנת 1895 קבל מלגה ללמודים באוניברסיטת קיימברידג’ ושם הצטרף לפרופסור ג’.ג.’ תומסון, מגלה האלקטרון, במעבדת קבנדיש. הוא התמחה ברדיואקטיביות וגילה בשנת 1898 שלקרינה רדיואקטיבית יש שתי צורות אותן כינה קרינת אלפא (α) וקרינת בטא (β). בשנת 1898 קיבל משרת הוראה באוניברסיטת מקגיל שבמונטריאול, קנדה אך בשנת 1900 חזר לניו זילנד על מנת להינשא לג’ורג’ינה ניוטון. לזוג נולדה בת אחת. כפי שהזכרנו קודם גילה רתרפורד גז אציל מסוג חדש. הוא גילה שבהתפרקות רדיואקטיבית האטום משנה את עצמו והופך להיות חומר אחר – זהו למעשה היה המימוש של חלום האלכימאים שהפיזיקהכימיה שלפני רתרפורד חשבה שהוא בלתי אפשרי. על מחקריו אלו קבל רתרפורד את פרס נובל לכימיה בשנת 1908. רתרפורד היה משועשע מהעובדה שזכה לפרס בכימיה ואמר לחבריו כי: “הטרנספורמציה המהירה ביותר שאני מכיר היא הפיכתי מפיזיקאי לכימאי”. משהבחין שעופרת היא תוצר התפרקות סופי של אורניום, רתרפורד העלה השערה שמדידת הכמויות היחסיות וקצב ההתפרקות של אטומי האורניום יאפשרו לקבוע זמן חיים של מינרלים (כתוצאה מכך, טכניקה זו הקטינה את הגיל המשוער להיווצרות כדור הארץ). שימוש בתיארוך רדיואקטיבי של מימצאים גאולוגיים הוא מיסודות הגאולוגיה המודרנית. בהיותו בקנדה קיבל רתרפורד הצעות מפתות מאוניברסיטאות בארצות הברית מה שאילץ את אוניברסיטת מקגיל להגדיל את שכרו בהתמדה. בסופו של דבר רתרפורד שאף לחזור לבריטניה שהייתה אז מרכז המחקר העיקרי. ואכן בשנת 1907, משהתפנתה משרת יו”ר הקתדרה לפיזיקה באוניברסיטת מנצ’סטר, עבר רתרפורד לנהל אותה. רתרפורד הוכיח כי קרינת α היא בעצם גרעין אטום ההליום. יחד עם תלמידו, הנס גייגר, ביסס את העיקרון החשמלי לאיתור חלקיקים בודדים הנפלטים מאטומים רדיואקטיביים. מה שהניח בסופו של דבר את היסוד לפיתוחו של מונה גייגר (מכשיר למדידת קרינה רדיואקטיבית). עיקרון זה איפשר לו לחשב קבועים פיזיקליים חשובים כגון מספר אבוגדרו. שנת 1911 הייתה אחת המוצלחות מבחינתו. ניסויים שערך תלמידו, ארנסט מרסדן, הביאו אותו לתגלית שרוב המסה של האטום מרוכזת בגרעין המהווה כעשר מיליוניות מגודל האטום כולו. נילס בוהר, הדני שעבד עם רתרפורד, השלים את התמונה כשמיקם את האלקטרונים במסלול יציב מסביב לגרעין. בשנת 1914 קיבל רתרפורד תואר לורד. בשנות מלחמת העולם הראשונה עסק בפיתוח אמצעים לאיתור צוללות. ואף נשלח לארצות הברית להרצות על הנושא. בסוף המלחמה חזר לעסוק במחקר. תוך ניסוי של הפגזת אטמים קלים בחלקיקי α הוא הצליח לגרום לאטומי חנקן להפוך לאטומי חמצן ובכך היה לאלכימאי המצליח הראשון בהיסטוריה. החל משנת 1919 שימש כמנהל מעבדת המחקר קבנדיש שבקמברידג’. בהנהלתו הפכה המעבדה לחממה לתגליות, בין השאר גילוי הנויטרון על ידי ג’ימס צ’דוויק (תלמידו של רתרפורד) בשנת 1932. בחייו הפרטיים לעומת זאת אירעה טרגדיה כשבתו היחידה איליין מתה בעת שילדה את בנה הרביעי בשנת 1930. שנה אחר כך זכה רתרפורד לתואר אצולה ובחר בתואר “לורד רתרפורד מנלסון” ארנסט רתרפורד מת בגיל 66 מסיבוכים של קילה. רוב הסיכויים שהיה ניתן להציל את חייו, אך עקב פרסומו הרב הזעיקו מנתח בכיר לנתחו שהגיע אליו תוך שמונה שעות. אך בפרק זמן זה קטע המעי הפגוע לא קיבל אספקת דם, ולא ניתן היה להצילו. אפרו הוטמן בכנסיית וסטמינסטר שבלונדון. לזכרו הונפקו בולים בכמה מדינות, ודיוקנו מתנוסס על שטר של 100 דולר ניו זילנדי. על שמו ניקרא היסוד רתרפורדיום שמספרו האטומי 104. *) בטיול שערכתי עם משפחתי ביו זילנד התאכסנו יומיים בביה”ס שבו למד רתרפורד. במקום זה אף שומרים על הלוח של הכיתה שבה למד. עיירה זו גאה על בנה שזכה לתהילה עולמית. למבנה האטום מודלים רבים שפותחו במהלך ההיסטוריה על-ידי כימאים ופיזיקאים רבים (כל מודל חדש הוא עדכון חדש של המודל הקודם בעקבות מידע נוסף שהתגלה). המודל שהיה מקובל עד לתחילת המאה ה-20 היה מודל עוגת הצימוקים, מודל זה פותח ע”י תומסון בעקבות גילוי האלקטרון על ידו (תומסון – מורהו של רתרפורד. תומסון היה הראשון ששם לב שהאטום מורכב מכמה מטענים, עד לפני רעיונותיו של תומסון היה ידוע שכול החומרים מורכבים מאטומים. והיה ידוע שאטום זה החלק הקטן ביותר הקיים. ולכול חומר סוג שונה של אטום).מודל עוגת הצימוקים לפיו המטען החשמלי מרוח בצורה הומוגנית באטום והאלקטרונים, חלקיקי מטען שלילי נקודתיים, “תקועים” בו כמו צימוקים בעוגה. תומסון הצליח למדוד את מסת האלקטרון, ומצא שמסת האלקטרונים באטום היא כ- 1/4000 ממסת האטום כולו. מודל עוגת הצימוקים שהציע תומסון (מורהו של רתרפורד) ארנסט רתרפורד רתרפורד עסק בקרינה רדיואקטיבית וגילה בה תגליות חשובות. הוא השתמש בידיעותיו על רדיואקטיביות לשם בחינת מבנה האטום (חלוקת המטען). רעיונו של רתרפורד היה לקחת עלה של זהב (דק מאוד) ולהעביר דרכו קרן צרה של חלקיקי α (קרינה רדיואקטיבית מסוג α, אשר מטענו הוא 2+ והמסה שלו היא 4. רתרפורד גם הצליח להראות שחלקיקי ה- α הם אטומים של הליום) בזווית ישרה לעלה הזהב, ומסביב לעלה הזהב הוא שם לוח צילום הרגיש לחלקיקי α. מטרת ניסוי זה היא לבדוק את חלוקת המטען החיובי בתוך האטום, בדיקה זאת נעשית ע”י כך שאם מודל עוגת הצימוקים של תומסון נכון אז חלקיקי ה- α יחדרו דרך המטען החיובי בלי הרבה סטיות – רתרפורד חישב שהסטייה תהייה מכסימום עד °1. בגלל שהמטען מרוח על כל האטום אין לו כוח התנגדות גדול, לכן חלקיקי ה-α, אשר נעים במהירות גדולה, יכולים לעבור דרך עלה הזהב בקלות רבה. כשהחומר החיובי באטום מרוח בצורה פחות או יותר הומוגנית אפשר לדמות את חלקיקי ה- α לקליע של רובה העובר דרך 15 שכבות של ניר טואלט (עלה הזהב). תוצאת הניסוי של רתרפורד: במקום שרוב חלקיקי α ימשיכו ישר (לאחר חדירתם ויציאתם של קרני α מעלה הזהב) חלקם סטו בזויות גדולות (מאוד מאוד גדולות) ממה שחשב רתרפורד תחילה, וחלקן אף חזרו אחורה (סטייה של °180 יותר ממה שחשב רתרפורד). אפשר להסיק מזה שיש חומר כלשהו באטום אשר מסיט/מחזיר את חלקיקי ה- α. מזה הסיק רתרפורד שבעצם החומר החיובי באטום מרוכז בנקודה אחת, מזה שיוצא שמודל עוגת הצימוקים אינו נכון. לכן נתן רתרפורד מודל חדש (אשר לפי הידוע היום הוא נכון) אשר לו קוראים המודל הפלנטארי. תוצאות הניסוי ומודל האטום של רתרפורד הסבר קצר על המודל הפלנטארי: המודל הפלנטארי הנו מודל שהוצג ע”י ארנסט רתרפורד לתיאור האטום לאחר שניסויי הפיזור שלו ניפצו את מודל עוגת הצימוקים. המודל הפלנטארי מציג את האטום בדומה למערכת השמש שלנו. האטום מורכב ברובו מריק, שבמרכזו נמצא הגרעין, בו כלואים המטענים החיוביים והנויטרונים (עובדה זאת התגלתה יותר מאוחר. גם הכוח המחזיק את הנויטרונים והפרוטונים בגרעין קטן התגלה שנים רבות לאחר מכן והוא ניקרא הכוח הגרעיני החזק). סביב גרעין מסיבי זה מסתובבים האלקטרונים במסלולים הדומים למסלולי כוכבי הלכת במערכת השמש. שלא כמו במערכת פלנטארית, הכוח המחזיק את האלקטרונים אינו כוח הכבידה אלא הכוח החשמלי (כמובן שהכבידה מתקיימת אך היא קטנה בסדרי גודל רבים מכוח המשיכה החשמלי). מבנה זה מסביר באופן מלא את תוצאות ניסוי הפיזור של רתרפורד, אך במודל זה קיימת בעייה עיקרית והיא שהמודל לא מאפשר יציבות של האטום, וזאת מכיוון שכאשר מטען חשמלי מאיץ (וגם בתנועה סיבובית במהירות קבועה יש תאוצה) הוא פולט קרינה אלקטרומגנטית, ומאבד אנרגיה באופן רציף. לכן על האלקטרונים ליפול לתוך הגרעין שבאטום, שמושך אותם, תוך פרק זמן קצר מאוד. הסברים לדברים אלו ואחרים התגלו יותר מאוחר במסגרת תורת הקוונטים. המודל הפלנטארי דעה אישית ותרומה לחברה בחלק זה של העבודה אני לא יכול לתת הרבה חומר אבל אני מנסה ככול יכולתי. גילויו של רתרפורד הביאו לעליה משמעותית ברמה המדעית, אומנם בסוף התברר שהחישוב של רתרפורד היה מוטעה, אבל התוצאה נכונה. לאחר כמה שנים נוצרה תורת הקוונטים אשר הראתה שדרך החישוב של רתרפורד היא מוטעית אבל במזל התוצאה היא תוצאה נכונה (אני לא אכנס לזה עכשיו כי זה תורתה שלמה בפני עצמה). אבל למרות זה הגילוי של רתרפורד הוא גילוי עצום למדע אשר תרם רבות. בקשר להתייחסות אישית אין לי הרבה מה להגיד בגלל שהעבודה שעשיתי היא עבודה קטנה ותמציתית ואי אפשר לחקור את הנושא לעומק בעבודה כמו העבודה שלי. אבל מה שאני כן יכול להגיד זה שרתרפורד היא כנראה אדם בעל יכולת מדהימה, ושקשה לא להעריץ אדם כזה. דרך העבודה נחשפתי גם למדענים אחרים כמו תומסון (אשר קיבל פרס נובל על גילוי האלקטרון וששבעה מתלמידיו קיבלו גם הם פרסי נובל) ועוד מדענים שונים שאת שמם אני לא מזכיר כאן.
תפריט
