El descubrimiento del electrón: Modelo atómicos de Thomson

           Sabemos que:

En 1897, J.J.Thomson confirma la existencia de partículas subatómicas presentes en los átomos de todos los elementos: los electrones. Un año después, propone el primer modelo atómico en el cual se representaba al átomo como una esfera formada por una masa fluida con carga positiva y los electrones incrustados en ella (como un queque con pasas). Este modelo sirvió para explicar los fenómenos observados en los tubos de rayos catódicos y también la formación de iones por pérdida o ganancia de electrones.

 

El modelo (1904) de "queque de pasas" de Thomson (como una esfera maciza que tenía repartida su carga positiva en todo el volumen del átomo y dentro de la cuál se encontraban adosados los electrones, mucho más pequeños, distribuidos uniformemente) necesitaba ser puesto a prueba para contrastar su validez. Pero es necesario tener presente que el diámetro estimado de un átomo es de 10-10 m, por lo que no resulta nada fácil detectar experimentalmente cómo están formados los átomos. Un camino posible sería "bombardear” los átomos con partículas más pequeñas que ellos que puedan chocar y atravesarlos, de modo que de las desviaciones sufridas por los "proyectiles" pudiera extraerse información sobre la estructura interna de los átomos. Se necesitaban proyectiles y blancos adecuados, de modo que los proyectiles atravesaran los átomos y pudieran ser detectados después.

     El descubrimiento de que algunos elementos (como el Radio descubierto por Madame Curie), a los que se llamó radiactivos, emitían entre otras, partículas alfa, cargadas positivamente (con una carga doble que la del electrón) de masa igual a cuatro veces la del átomo de hidrógeno, y a gran velocidad (2 107 m/s), suministró la fuente de proyectiles ideales para bombardear los átomos de finisimas láminas metálicas. Además, podían ser detectadas después de los choques sin posibilidad de confundirlas con otras partículas.

 

 

A.1 Indica algunos hechos experimentales que demostraron en su día que el átomo no es indivisible.

 

A.2 ¿Cómo descubre Thomson al electrón? Explica en que consistió su  modelo atómico.

 

A.3 ¿Por qué a Thomson no se  le ocurrió elaborar un modelo de átomo basado en una esfera material de electricidad negativa y en su seno pequeñas cargas positivas?

    

Un experimento crucial: "La dispersión de las partículas alfa"

El descubrimiento del núcleo: Modelo atómico de Rutherford 

 En 1911, E. Rutherford establece su modelo planetario del átomo mediante el experimento de dispersión de partículas alfa. Al intentar atravesar con las partículas alfa (núcleos de helio) delgadas láminas metálicas y analizar los resultados obtenidos, el modelo atómico de Thomson entra en una profunda crisis. El modelo propuesto por Rutherford consiste en un núcleo central en el que se concentra casi toda la masa y la totalidad de la carga positiva (los protones) y, a gran distancia de él girando en órbitas circulares, los electrones. Casi todo el volumen atómico estaba vacío y toda la carga positiva se concentraba en su centro, ocupando un reducido volumen del mismo.

           Para poder explicar los valores de las masas atómicas de los elementos, así como los isótopos,  Rutherford propone la existencia, en el núcleo, de unas partículas de masa similar a la del protón y sin carga eléctrica que denominó neutrones. Estos fueron descubiertos en 1932 por Chadwick.

Ernest Rutherford concibió el experimento sugerido anteriormente, como un intento de contrastación del modelo de Thomson, y consistía en lanzar partículas alfa (de una masa casi ocho mil veces mayor que la del electrón, y una carga dos veces mayor, pero positiva) contra una delgadísima lámina de oro de 0,00005 cm de espesor (lo que suponía que la lámina tendría unos 2000 átomos de oro) y en registrar la desviación que sufrían las partículas después de atravesar la lámina metálica.

     Las partículas alfa se registraban en una pantalla de sulfuro de cinc, como las utilizadas en las pantallas de los televisores, que tiene la propiedad de que emite un destello luminoso cuando es golpeado por una partícula cargada. Con un microscopio que se podía trasladar por la pantalla esférica que rodeaba la lámina metálica que hacia de blanco, se podían contar el número de destellos que se producen en una determinada zona.

El átomo está casi vacío, con toda su masa y carga positiva concentradas en una región a la que llamó núcleo, cuyo radio puede ser la cienmilésima parte (10-14 m) del radio total del átomo. Los electrones deberían estar en ese espacio vacío, atraídos por la carga positiva del núcleo y dando vueltas alrededor de él igual que los planetas giran continuamente en torno al Sol. A la región en la que se encuentran los electrones la llamó corteza.

El núcleo esta formado por protones y Rutherford predijo la existencia del neutron.

 * Chadwick, en 1932, descubrió los neutrones.

 

A.4  A partir de los resultados del experimento de Rutherford, éste concluyó:

a)  los electrones son partículas de gran masa

b)  las partes cargadas positivamente de los átomos se mueven con una velocidad cercana a la de la luz

c)   las partes cargadas positivamente de los átomos son extremadamente pequeñas y de una gran masa

d)   El tamaño del electrón es aproximadamente igual al del núcleo

 

A.5 ¿Qué fue lo que llevó a Rutherford a decir que el átomo debía estar inmensamente vacío?

 

A.6 Dalton, Thomson y Rutherford son científicos relacionados con la teoría atómica de la materia. Establece una correspondencia entre éstos y los siguientes enunciados:

a) introduce la idea de núcleo;

b) introduce la idea de átomo indivisible;

c) propone el primer modelo atómico con partículas.

 

A.7 ¿Cuáles fueron las limitaciones del átomo de Rutherford. ¿Qué hechos no consiguió explicar? Explica por qué el modelo atómico de Rutherford conduce a un átomo inestable y “autodestructivo”.

 

A.8 Resume el siguiente esquema sobre la evolución de los modelos atómicos: