这是那些罕见的成就之一,听起来比实际上更令人印象深刻(通常情况是相反的-事情听起来很容易,但实际上需要多年的努力!)
背景:问题是指使用的金箔欧内斯特·卢瑟福在1909年的一次试验中,在那里,他们发射α粒子在一个薄的金箔,观察粒子数弹直背箔。卢瑟福这样描述:“就像你朝一张纸巾发射了一个15英寸的炮弹,然后它又回来打你。”
这个实验在1911年的论文中被用作证据,在那篇论文中卢瑟福提出了原子核的概念。
这是一个非常著名且具有重要历史意义的实验。
那么,回到黄金。1000个原子有多厚?
如果我们非常精确的话,我们要问的第一个问题是。朝哪个方向?金形成FCC(面心立方)结构,像这样:
一个方向上的1000个原子可能与另一个方向上的1000个原子有很大的不同……
为简单起见(因为它是超级容易谷歌,它并不那么多区别),我假设我们讨论1000年传统的细胞——这意味着我们在本质上1000个立方体组成箔的厚度,所以厚度只是1000×,细胞的长度(称为晶格常数)。
金的晶格常数大约是半纳米。
这意味着这一箔片的厚度为0.5微米,即百万分之二米。
听起来很单薄,对吧?
事实上,把黄金做得那么薄是很容易的。
你就一直用锤子敲它!
这是一张直径为5毫米的金箔的图片,它被“用锤子敲打”了很多很多次,产生了0.5米2的薄片,大约0.2微米厚——是卢瑟福箔的一半厚度!
这个过程被称为淘金,早在5000多年前的古埃及人就已经知道了。人们知道它们能生产出0.1微米左右的金箔——比卢瑟福的箔薄5倍,只有200个原子那么厚。
我也不是开玩笑说要用锤子砸它——这里有一些缅甸的淘金者:
你只要不断地击打黄金,旋转它,再击打它,最终你就会得到少量的黄金产生巨大的薄片!
这种工艺用于生产用于镀金的超薄金层:
甚至在食物上!
你可以看出这片可食用的金叶有多薄,因为它真的很便宜!
这颗钻石重24克拉,相当于一杯星巴克咖啡的价格。一定很薄!
这个过程已经使用了数千年——它已经被用来覆盖历史上一些最著名的艺术和建筑作品,甚至已经进入我们的食物中。
那么卢瑟福是怎么弄到这么薄的箔纸的呢?
他可能是从商店买的!开个玩笑。
在著名的阿尔法粒子散射实验中,卢瑟福使用了一块4×10^-5厘米厚的金箔。
让我们看看这是否真的与厚度约1000个金原子相对应。
原子的大小大约是10^-8厘米。1000个原子的厚度相当于10^-8×1000 = 10^-5厘米的厚度。所以卢瑟福爵士确实用了这种厚度的金箔。
众所周知,黄金具有很高的延展性,可以被打成非常薄的薄片。
你见过涂在糖果上的金/银“瓦克”是怎样制成的吗?在旧德里的昌德尼乔克区,有一些工匠在一条叫“巴利-玛兰”的小巷里制作这些“瓦尔克”。从前,整条钱德尼河上都有一条运河,从一头的红堡到另一头的法蒂-普里,巴利-玛兰过去住着一些船夫,他们过去常常用长竹竿划船。
将一根细细的金属丝切成1-2毫米长的小段,每一段金属丝都放在两层之间,中间是一些动物的部分,从动物的胃里取出来。然后用小锤子轻轻反复地敲打,把铁丝打成薄片。再一次被切成小块,整个过程重复。这就产生了薄箔。
但这就产生了厚度不均匀的箔。在科学工作中,一根细细的金丝被放在两块钽金属薄片之间,这些薄片通过滚压机滚过。这个过程是重复的,以获得所需厚度的箔。厚度是通过知道金属最初的重量和得到的薄片的面积,以及知道黄金的密度来估计的。
我希望我对详细介绍这个方法有所帮助。