JAMES CHADWICK: BIOGRAFIA, MODEL ATÒMIC, EXPERIMENTS - CIÈNCIA - 2025

James Chadwick (1891-1974) va ser un destacat físic anglès reconegut pel descobriment de l'neutró en 1932. Poc després, el 1935, va ser llorejat amb el Premi Nobel de Física per la seva aportació a la comunitat científica. La inquietud de Chadwick cap a les càrregues neutres sorgir uns 10 anys abans que aconseguís comprovar la seva existència.

Previ a aquesta comprovació, Chadwick va realitzar diversos experiments que van resultar fallits. Va tenir èxit en 1932, quan es va basar en els experiments dels francesos Irène Joliot-Curie i Frédéric Joliot. Més endavant, Chadwick es va dedicar a investigar sobre la utilització de la fissió nuclear per a la creació d'armament de guerra.

Biografia

orígens

Chadwick va néixer en el poblat de Bollington, a nord-est d'Anglaterra, el 20 d'octubre de 1891. Era fill de dos treballadors humils: el seu pare laborava en el sistema ferroviari i la seva mare era treballadora domèstica.

Des de molt petit Chadwick va destacar per ser un nen introvertit i extremadament intel·ligent. Va iniciar estudis secundaris a Manchester, i als 16 anys d'edat va guanyar una beca per estudiar física pura en l'extinta Universitat Victòria de Manchester.

formació acadèmica

El jove promesa de la física va iniciar els seus estudis universitaris formalment l'any 1908, als 17 anys.

Va tenir un pas destacat per l'acadèmia, i en l'últim any de carrera assistia les investigacions de el premi nobel Ernest Rutheford sobre la desintegració dels elements i la química de les substàncies radioactives.

Després d'obtenir el seu títol en Física el 1911, es va enrolar en el mestratge en Física, la qual va culminar amb èxit en 1913. Durant aquest lapse va continuar treballant de la mà amb Rutheford al seu laboratori.

Posteriorment, va resultar beneficiat per una beca professional que va permetre el seu trasllat a Berlín, Alemanya, per aprofundir les investigacions sobre la radiació beta costat de l'físic alemany Hans Geiger a la Technische Hochschule.

Durant la seva estada a Berlín va iniciar la Primera Guerra Mundial, al juliol de 1914. A causa d'una acusació d'espionatge, va ser internat en un camp de concentració per a civils a Ruhleben fins a 1918.

El 1919 Chadwick va tornar a Anglaterra i va iniciar el seu doctorat a la Universitat de Cambridge. Mentrestant, es va reincorporar a les tasques d'investigació de Rutheford, qui per llavors liderava el Laboratori Cavendish de la reconeguda institució.

El 1921, als 21 anys d'edat, va obtenir el seu títol de doctorat (Ph.D. per les seves sigles en anglès: Philosophie Doctor), a l'presentar un treball especial d'investigació sobre forces nuclears i nombres atòmics.

En 1923 va ser designat com a director assistent d'investigació al Laboratori Cavendish de Cambridge. Chadwick es va exercir en aquest paper fins a 1935, quan va decidir mudar-se a la Universitat de Liverpool.

carrera professional

Gràcies a les seves aportacions científiques es va fer mereixedor de la medalla Hughes en 1932. Aquest reconeixement, atorgat per la Reial Societat de Londres, premia aquells que realitzen descobriments sobre les ciències físiques i / o les seves aplicacions pràctiques.

El 1935 li va ser concedit el Premi Nobel de Física pel descobriment de l'neutró com a partícula elemental sense càrrega elèctrica ubicada al nucli atòmic.

Durant la Segona Guerra Mundial Chadwick va tenir una participació activa en el Comitè Britànic de l'MAUD, una comissió creada per analitzar la factibilitat d'utilitzar tecnologia nuclear a la fabricació d'una bomba.

James Chadwick també va formar part neuràlgica de l'Tube Alloys Project, un programa d'investigació autoritzat i finançat pel Regne Unit amb suport del Canadà, per desenvolupar armes nuclears durant la Segona Guerra Mundial.

Chadwick va destacar pel seu enginy i aplom polític durant aquest període, ja que les seves propostes van servir de pont per a les negociacions de col·laboració investigadora entre el Regne Unit, Canadà i els Estats Units.

projecte Manhattan

Cap al desenllaç de la Segona Guerra Mundial, Chadwick va prendre la batuta de la missió britànica en el Projecte Manhattan. Aquest últim va ser un projecte de recerca conjunt entre els Estats Units, el Regne Unit i Canadà, amb l'objecte de desenvolupar la primera bomba atòmica.

Chadwick va tenir lliure accés a tota la informació confidencial de el projecte: dissenys, plànols, dades, pressupostos, etc., tot i ser un civil i de no ser nord-americà; val destacar que les dues condicions eren excloents per participar en el projecte.

Posteriorment va ser nomenat cavaller anglès el 1945, i un any després EE. UU. Li va atorgar la Medalla de Mèrit per la seva aportació de valor en el Projecte Manhattan.

Arsenal nuclear per a Anglaterra

A l'acabar la Segona Guerra Mundial Chadwick va promoure amb gran ímpetu la iniciativa que el Regne Unit desenvolupés un arsenal nuclear propi.

Darrere d'aquest objectiu, Chadwick va ser triat com a membre de l'Comitè Assessor Britànic d'Energia Atòmica, i també va participar com a representant del Regne Unit davant la Comissió d'Energia Atòmica de les Nacions Unides.

Cap a 1948 James Chadwick es va exercir com a professor al Gonville & Caius College de la Universitat de Cambridge. Després, en 1950, va ser llorejat novament per la Reial Societat de Londres a l'rebre la Medalla Copley.

8 anys més tard decideix retirar voluntàriament a nord de Gal·les. James Chadwick va morir el 24 de juliol de 1974, a la ciutat de Cambridge.

Model atòmic de Chadwick

El model atòmic de Chadwick se centra en la modelació de l'nucli atòmic constituït no només per protons (càrregues positives), sinó també per neutrons (càrregues neutres).

El afany de Chadwick a demostrar l'existència de partícules neutres es va generar en els anys 20. No obstant això, en aquesta època el destacat científic va realitzar múltiples intents en va. Una dècada més tard Chadwick va replicar els experiments d'Irène Joliot-Curie (filla de Marie Curie i Pierre Curie) i Frédéric Joliot (espòs d'Irène) a França.

Aquesta parella de científics havia aconseguit l'expulsió dels protons d'una mostra de cera de parafina utilitzant raigs gamma.

Chadwick pensava que l'emissió de raigs gamma contenia partícules neutres, i que aquestes partícules eren les que havien xocat contra la mostra de cera, induint posteriorment l'alliberament dels protons de la cera.

Per tant, va tractar de replicar aquests experiments en el Laboratori de Cavendish i va emprar el poloni -que havia estat utilitzat pels Curie com a font de raigs gamma-per irradiar beril·li amb partícules alfa.

Després, aquesta radiació va impactar sobre una mostra similar de cera de parafina, i els protons d'aquesta mostra van ser violentament expulsats de l'material.

El comportament dels protons va ser observat mitjançant una petita càmera d'ionització, adaptada a l'experiment pel propi Chadwick.

Chadwick va detectar que el comportament dels protons alliberats per la cera només podia explicar-se si aquestes partícules haguessin xocat contra altres partícules elèctricament neutres, i amb una massa molt semblant.

Dues setmanes més tard, James Chadwick va publicar un article a la revista científica Nature sobre la possible existència de neutrons.

No obstant això, Chadwick va concebre el model inicialment considerant que el neutró era un arranjament constituït per un protó i un electró, la qual cosa generava la càrrega neutra. Més endavant, el físic alemany Werner Heisenberg va demostrar que el neutró era una partícula única i elemental.

experiments

Després de la descoberta de l'neutró, Chadwick es va enfocar en anar cada vegada més enllà pel que fa a la caracterització d'aquest nou component atòmic.

La troballa de l'neutró i el model atòmic de Chadwick va revolucionar la visió tradicional de la ciència, atesos els xocs dels neutrons amb els nuclis atòmics i l'expulsió dels protons fora de l'àtom.

La descomposició beta és un procés a través del qual s'emeten partícules beta (electró o positró) des del nucli de l'àtom, per equilibrar la presència de protons i neutrons en el nucli atòmic.

A causa d'aquest procés es van realitzar infinitat d'experiments a nivell mundial, motivats pel descobriment de Chadwick, per induir la conversió d'alguns neutrons en protons.

Com que cada element químic està identificat segons el nombre de protons que posseeix, els experiments anteriors van obrir la porta per a la creació i / o descobriment de nous elements químics amb un major nombre de protons en el seu haver.

fissió nuclear

Chadwick va emfatitzar les seves anàlisis posteriors en l'ús dels neutrons per dividir àtoms de nuclis pesants en diversos nuclis més petits, mitjançant el procés de fissió nuclear.

S'anomena d'aquesta manera perquè la divisió ocorre en el nucli de l'àtom i produeix una quantitat d'energia molt gran. Aquest concepte va ser emprat per al disseny de poderoses armes nuclears.

Chadwick fins i tot va finançar la compra d'un accelerador de partícules durant la seva estada a Liverpool, i per això va utilitzar una porció dels fons obtinguts a l'guanyar el Premi Nobel en 1935.

Aportacions de Chadwick a la ciència

Entre les aportacions de James Chadwick a la ciència destaca el descobriment de l'neutró, pel qual va guanyar el Premi Nobel de Física de 1935. També va participar en la construcció de la bomba atòmica als Estats Units, va escriure sobre radiacions de substàncies radioactives i va descobrir el triti.

El descobriment de l'neutró

Durant les seves investigacions en el Laboratori Cavendish de Cambridge, Rutherford i Chadwick van realitzar experiments amb partícules alfa per indagar sobre la naturalesa de l'nucli atòmic. Val destacar que el nucli atòmic va ser descobert per Rutherford en 1911.

Aquestes investigacions es van dur a terme analitzant una radiació mai abans vista emanada de l'beril·li, quan aquest material era exposat a el bombardeig de partícules alfa.

Aquesta radiació estava constituïda per partícules de massa molt similar a la massa de l'protó, però sense càrrega elèctrica. Aquestes partícules van ser denominades neutrons, a causa de la neutralitat de la seva composició.

Chadwick va dur a terme aquest descobriment a mitjans de 1932, i amb això va definir les premisses de el model atòmic de Chadwick, el detall es desglossa en la següent secció d'aquest article.

investigacions nuclears

El descobriment de l'neutró per part de Chadwick va fer l'escenari propici per al descobriment de la fissió nuclear i el desenvolupament d'armes bèl·liques amb aquesta tecnologia.

Chadwick va detectar que, a l'bombardejar l'àtom d'un element amb neutrons, el nucli d'aquest material pot ser penetrat i dividit, generant una quantitat significativa d'energia.

D'allí, Chadwick va anunciar el caràcter inevitable d'aquest tipus de tecnologia per al desenvolupament d'armes de guerra, i es va involucrar directament en els assumptes diplomàtics relacionats amb aquest procés en EE. UU. I Anglaterra.

Chadwick va col·laborar en la construcció de la bomba atòmica juntament amb altres científics nord-americans i canadencs entre 1943 i 1945.

Va ser l'encarregat de dirigir la delegació científica anglesa que va treballar al laboratori Els Álamos, a Nou Mèxic, Estats Units. El 1939 Estats Units inicia les investigacions de el Projecte Manhattan, el nom en clau que va rebre la bomba atòmica.

El president Franklin Delano Roosevelt va ser advertit pels científics nuclears Edward Teller, Leó Szilárd i Eugene Wigner, a través d'Albert Einstein, sobre la utilització de la fissió nuclear per a la producció de bombes per part dels nazis.

Descobriment de l'triti

El triti ja havia estat identificat el 1911 pel també científic anglès Joseph John Thomson, però aquest va creure que es tractava d'una molècula triatómica.

També Ernest Rutherford ja l'havia anunciat, però no va ser sinó fins a 1934 quan Chadwick, treballant per a l'equip de Rutherford, la cataloga com un isòtop d'hidrogen.

El triti és un isòtop radioactiu de l'hidrogen, el símbol és ³H. Consta d'un nucli format per un protó i dos neutrons.

El triti es genera pel bombardeig amb neutrons lliures de blancs de nitrogen, liti i bor.

Facilitació de la fissió de l'urani 235

El descobriment de l'neutró per part de James Chadwick va facilitar la fissió nuclear; és a dir, separació de l'urani 235 de l'urani -238, un element químic que es troba a la natura.

L'enriquiment de l'urani 235 és el procés a el qual se sotmet l'urani natural per a poder obtenir l'isòtop 235 i produir l'energia nuclear. La fissió és una reacció nuclear; és a dir, que es desencadena en el nucli de l'àtom.

Aquesta reacció química es produeix quan un nucli pesat és dividit en dos o més nuclis més petits i en alguns subproductes com ara fotons (raigs gamma), neutrons lliures i altres fragments de l'nucli.

Tractat sobre radiacions de substàncies radioactives

El 1930 James Chadwick va escriure un tractat sobre les radiacions de substàncies radioactives.

Chadwick va aconseguir mesurar la massa de l'neutró i va deduir que era similar a la del protó amb una diferència: que tenia càrrega elèctrica neutra.

Llavors, va concloure que el nucli atòmic es componia de neutrons i protons i que la quantitat de protons era similar a la d'electrons.

Les seves investigacions i aportacions a la feina de laboratori de física de la Universitat de Manchester ia la Universitat de Cambridge a Anglaterra, van ser claus per al coneixement de l'energia nuclear i la construcció d'el model atòmic de Rutherford.

Articles d'interès

Model atòmic de Schrödinger.

Model atòmic de Broglie.

Model atòmic de Heisenberg.

Model atòmic de Perrin.

Model atòmic de Thomson.

Model atòmic de Dalton.

Model atòmic de Dirac Jordan.

Model atòmic de Demòcrit.

Model atòmic de Bohr.

Model atòmic de Sommerfeld.

referències

1. J. Chadwick, The Existence of a Neutron, Proc. Roy. Soc. A 136 (1932) Consultat el 18 de desembre de 2017 de chemteam.info
2. Chadwick (1891-1974). Consultat de losavancesdelaquimica.com
3. James Chadwick - biografia. Consultat de buscabiografias.com
4. Pérez Aguirre, Gabriela. Química 1. Un Enfocament Constructivista, Volum 1. Consultat de books.google.co.ve
5. James Chadwick. Consultat de es.wikipedia.org
6. Brown, Andrew (1997). The Neutron and the Bomb: a Biography of Sir James Chadwick. Oxford University Press. Recuperat de amazon.co.uk
7. James Chadwick (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. Recuperat de: britannica.com
8. James Chadwick (sf). Recuperat de: atomicheritage.org
9. James Chadwick (sf). Recuperat de: famousscientists.org
10. James Chadwick - Biographical (2014). Nobel Mitjana AB. Recuperat de: nobelprize.org
11. James Chadwick: Biography & Atomic Theory (sf). Recuperat de: study.com
12. Principles of physical science (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. Recuperat de: britannica.com
13. Viquipèdia The free Encyclopedia (2018). Discovery of the neutron. Recuperat de: en.wikipedia.org.