Ernest Rutherford

Ernest Rutherford
30 augustus 1871 – 19 oktober 1937
Ernest Rutherford
Geboorteland	Nieuw-Zeeland
Geboorteplaats	Brightwater
Plaats van overlijden	Cambridge
Nobelprijs voor de	Scheikunde
In	1908
Reden	"Voor zijn onderzoek naar het uiteenvallen van elementen en de scheikunde van radioactieve stoffen."
Voorganger(s)	Eduard Buchner
Opvolger(s)	Wilhelm Ostwald
Portaal    Scheikunde

Ernest Rutherford, 1e Baron Rutherford of Nelson (Brightwater, 30 augustus 1871 – Cambridge (Engeland), 19 oktober 1937) was een Nieuw-Zeelands-Britse natuur- en scheikundige. Hij wordt ook wel de vader van de kernfysica genoemd. Hij pionierde de baantheorie van het atoom door de ontdekking van de verstrooiing van Rutherford.

Levensloop

Rutherford was de vierde van twaalf kinderen uit het huwelijk van James Rutherford en Martha Thompson. Toen hij zestien jaar oud was won hij een beurs voor het Nelson College, waar hij uitblonk op academisch niveau. Op zijn negentiende kreeg hij een studiebeurs voor het Canterbury College, dat tegenwoordig de Universiteit van Canterbury heet. Een replica van zijn laboratorium staat in het Christchurch Arts Centre in Christchurch.

Op zijn negentiende kreeg hij een studiebeurs voor het Canterbury College, dat tegenwoordig de Universiteit van Canterbury heet. In Canterbury ontmoette hij Mary Mary Georgina Newton (1876-1945), de vrouw die in 1900 zijn echtgenote zou worden. Ze was dochter van de weduwe waar Rutherford als student in de kost verbleef. Later kregen ze een dochter, Eileen Mary (1901-1930).

Hij studeerde af in 1892 en behaalde het jaar erop zijn master in wis- en natuurkunde. Na zijn studie reisde Rutherford naar Engeland voor een promotieonderzoek. In Cambridge besloot hij samen te werken met de Britse natuurkundige Joseph John Thomson aan het Cavendish-laboratorium.

Omdat hij geen hoogleraarschap kreeg in Cambridge aanvaarde hij, na een sollicitatie, in 1898 de functie van Second MacDonald Professor of Physics aan de McGill-universiteit in het Canadese Montréal. Daar zette hij zijn onderzoek naar radioactiviteit voort en voerde hij het werk uit waarmee hij de Nobelprijs won. Rond 1907 keerde Rutherford terug naar Groot-Brittannië en werd hij benoemd tot hoogleraar in de natuurkunde aan de universiteit van Manchester. Twaalf jaar later volgde hij zijn leermeester J.J. Thompson op als directeur van het Cavendish Laboratory te Cambridge, een positie die hij tot aan zijn overlijden behield. Als hoofd van het laboratorium begeleide hij vele toekomstige Nobelprijswinnaars.

De laatste jaren van zijn leven diende hij als president van de Academic Assistance Council, een groep die ondersteuning bood aan joodse wetenschappers die nazi-Duitsland wilden ontvluchten.

Werk

Elektromagnetisme

Voor zijn promotie deed Rutherford onderzoek naar de effecten van elektromagnetische golven, geproduceerd door snel alternerende elektrische stromen, op de magnetisatie van ijzer. Tegenstrijdig met de verwachtingen observeerde hij dat het ijzer magnetiseerde in het hoogfrequente elektromagnetische veld. Verder toonde hij aan dat elektromagnetische golven gemagnetiseerd ijzer kon demagnetiseren. Op basis van zijn waarnemingen ontwikkelde Rutherford een toestel om elektromagnetische golven te detecteren ober een afstand van een paar meter en zelfs door een stenen muur heen. Later zouden andere wetenschappers, waaronder de Italiaan Guglielmo Marconi vergelijkbare principes toepassen in de ontwikkeling van radiotelegrafie.

Radioactiviteit

Na de toevallige ontdekking van radioactiviteit in 1896 door de Franse fysicus Antoine Henri Becquerel begon Rutherford nader onderzoek te doen naar dit fenomeen. In 1898 ontdekte hij dat de straling die ontstaat bij radioactief verval van zware elementen uit twee soorten bestaat, die hij alfa en beta noemde. Later kwam daar nog een derde soort bij, hoogenergetische gamma-straling.

Samen met de jonge chemicus Frederick Soddy ontdekte hij dat radioactiviteit een proces is waarbij atomen van een element spontaan veranderen in atomen van een ander, eveneens radioactief, element. Deze controversiële theorie deel veel stof opwaaien omdat wetenschappers tot die tijd ervan overtuigd waren dat atomen in elementen onveranderlijk waren. Desondanks werd Rutherford in 1903 gekozen tot lid van de Royal Society en kreeg hij in 1904 van deze sociëteit de Rumford Medal.

Tijdens zijn onderzoek ontdekte Rutherford dat radioactieve elementen altijd dezelfde hoeveelheid tijd nodig hadden om de helft van een monster te laten vervallen. Hiervoor introduceerde hij het begrip “halfleven” of halveringstijd. In 1904 suggereerde hij dat radioactieve elementen met een extreem lange halveringstijd een bron van energie kon zijn voor het in stand houden van de kerntemperatuur van de aarde. Dit zou een verklaring vormen voor de leeftijd van de aarde, en daarmee de tijd die benodigd is voor natuurlijke selectie zoals die door Charles Darwin in 1859 was voorgedragen.

Atoomonderzoek

Verschil tussen krentenbolmodel van Thomson (boven) en Rutherfords atoommodel (onder).

Het belangrijkste werk ontwikkelde Rutherford nadat hij de Nobelprijs had gekregen, namelijk de verstrooiing van alfadeeltjes door kernen: de verstrooiing van Rutherford. Hij vuurde zware alfadeeltjes af op een dunne goudfolie. De meeste alfadeeltjes ging er dwars doorheen, maar een klein aantal deeltjes werden teruggekaatst. Op basis van deze waarneming stelde hij in 1911 zijn atoommodel op, dat volgens hem bestond uit een zeer kleine positief geladen kern, de nucleus genoemd, waar de elektronen omheen cirkelen.

Samen met zijn assistenten Hans Geiger en Ernest Marsden zette hij zijn onderzoek naar alfastralen voort. In 1912 voegde Niels Bohr zich in Manchester bij hem. Bohr combineerde Rutherfords atoomtheorie met de kwantumtheorie van Max Planck en vormde zo de grondslag voor de moderne kernfysica.

In 1917 toonde Rutherford aan dat stikstof in zuurstof veranderd kan worden door dit element te bestralen met alfastraling (¹⁴N + α → ¹⁷O + proton). Hiermee was hij de eerste persoon die kunstmatig een atoom liet transmuteren. In 1920 voorspelde hij het bestaan van een neutraal kerndeeltje. Dit neutron werd in 1932 door de in Cambridge werkzame natuurkundige James Chadwick inderdaad ontdekt, waarvoor Chadwick drie jaar later de Nobelprijs voor de Natuurkunde ontving.

Erkenning

Zelf ontving Rutherford in 1908 de Nobelprijs voor de Scheikunde voor "zijn onderzoek naar het uiteenvallen van elementen en de scheikunde van radioactieve substanties". Eerder kreeg Rutherford al de Rumford Medal (1904), de Matteucci Medal (1913), de Copley Medal (1922) en de Faraday Medal (1930).

Als erkenning voor zijn verdiensten werd Rutherford in 1914 in Nieuw-Zeeland in de adelstand verheven en mocht zich daarna Lord Rutherford of Nelson noemen. Hij is afgebeeld op het honderd dollar-biljet van Nieuw-Zeeland met een deel van zijn laboratoriumuitrusting op de achtergrond.

Daarnaast is het chemisch element Rutherfordium naar hem genoemd, alsmede de astroïde (1249) Rutherfordia.

Publicaties

• Radio-activity (1904), 2e ed. (1905), ISBN 978-1-60355-058-1
• Radioactive Transformations (1906), ISBN 978-1-60355-054-3
• Radiations from Radioactive Substances (1919)
• The Electrical Structure of Matter (1926)
• The Artificial Transmutation of the Elements (1933)
• The Newer Alchemy (1937)

Verwijzing naar Rutherford door Arthur Conan Doyle

Sir Arthur Conan Doyle is één van de leerlingen geweest van Rutherford. Rutherford heeft zo'n invloed op hem gehad dat Doyle, toen hij later schrijver werd, naar hem verwees met zijn personage professor Challenger in één van zijn bekendste boeken (naast die over Sherlock Holmes) The lost world.

Bronnen, noten en/of referenties

Bronnen, noten en/of referenties:

• Lang, Herman de Canon van de Natuurkunde, Veen magazines, Diemen, 2009
• Boersma, Michael (1995). "Ernest Rutherford". Notable Twentieth-Century Scientists. (1995). Detroit: Gale Research Inc..
• Muns, Maarten (12/2011). Een zonnestelsel van 0,0000000001 meter. NWT Magazine 79: blz.72-75.

Mediabestanden

Meer mediabestanden die bij dit onderwerp horen, zijn te vinden op de pagina Ernest Rutherford op Wikimedia Commons.