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Antes de hablar de los modelos atómicos, es preciso remontarnos años antes del establecimiento del primer modelo atómico, cuando W. Crookes, experimentando con la aplicación de elevados voltajes en tubos de descarga (ampollas de vidrio con dos discos metálicos llamados electrodos sobre los que se había hecho vacío), observó la aparición de una luminiscencia en el lado del ánodo. A dichas luminiscencias las llamó rayos catódicos.
En dichos experimentos, observó:
En el ánodo se producía una sombra al interponer un objeto en el haz de rayos catódicos, deduciendo que salían del cátodo, y se dirigían hacia el ánodo.
Al introducir unos molinillos con aspas en el interior de los tubos, observó que se ponían en movimiento, por lo que debían estar formados por partículas con masa, debiéndose el movimiento de las aspas al impacto de dichas partículas.
En el siguiente vídeo se muestra una reproducción experimental de los experimentos llevados a cabo por W. Crookes.
2.2.1. Descubrimiento del electrón (1897) y modelo atómico de thomson (1904)
2.2.1. Descubrimiento del electrón (1897) y modelo atómico de thomson (1904)
Thomson introdujo una modificación en los tubos, situando dos placas paralelas, una con carga positiva y otra con carga negativa. Observó que el haz de rayos catódicos de desviaba hacia la placa positiva. Con esto, demostró que los rayos catódicos tienen carga negativa
Así, Thomson se imaginó el átomo como una esfera con carga positiva, en la que se encuentran los electrones incrustados como si se tratase de un pudin de pasas. Además, los rayos catódicos demostraban que los electrones podían salir o entrar del átomo, dando lugar al concepto de ion.
Este modelo explicaba de forma satisfactoria muchos de los hechos observados de la química y los rayos catódicos, pero hacía predicciones incorrectas sobre la distribución de la carga positiva dentro de los átomos.
Trece años después, en 1910, R.A. Millikan consiguió medir la carga del electrón, estableciendo un valor de -1,6·10-19C.
Para llegar a este resultado llevó a cabo un experimento que implicaba equilibrar por flotación gotas de aceite contrarrestando el efecto gravitatorio sobre las gotas mediante campos eléctricos. El vídeo de la derecha es un documental con el que profundizar más sobre este experimento.
Documental "El universo mecánico. El experimento de Millikan"
2.2.2. Modelo atómico de Rutherford (1911)
2.2.2. Modelo atómico de Rutherford (1911)
Antes de hablar del modelo atómico de Rutherford, es preciso hablar del experimento que condujo a dicho modelo. El experimento consistía en bombardear una fina lámina de oro con partículas alfa (cuya carga es positiva, pues se trata de núcleos de helio).
Según las ideas de Thomson, la materia debía ser compacta, y esas partículas debían rebotar. Sin embargo, las observaciones fueron desconcertantes.
Se observó que:
La mayoría de las partículas atravesaban la lámina en línea recta, sin desviarse lo más mínimo. Es decir, era como si hubiese un gran vacío en la materia que constituía la lámina.
Otras partículas se desviaban un poco, como si rozasen “algo”.
Muy pocas de estas partículas rebotaban, como si chocasen contra algo sólido y duro, saliendo despedidas hacia atrás.
La interpretación de Rutherford y sus colaboradores Geiger y Mardsen, fueron las siguientes:
Cuando la partícula no se desviaba, lo cual sucedía con la mayoría, era debido a que la mayoría del átomo estaba vacío.
Cuando la partícula se desviaba solo unos grados, es porque pasaba cerca de algo que debía tener carga positiva, pues la partícula alfa tenía carga positiva y cargas del mismo signo se repelen.
Cuando las partículas rebotaban hacia atrás, era debido a que chocaban contra el núcleo.
Con todas las observaciones sobre la mesa, Rutherford postuló el átomo con un gran espacio fundamentalmente vacío, en cuyo centro se haya el núcleo, con carga positiva, y con casi la totalidad de la masa. Alrededor del núcleo situó a los electrones en órbitas circulares y con carga negativa.
EL DESCUBRIMIENTO DEL PROTÓN (1919)
En 1919, Rutherford, en colaboración de su discípulo Frederick Soddy, consiguió la primera transmutación artificial de un elemento en otro. Bombardeó átomos de Nitrógeno-14 con partículas alfa (recordemos que son núcleos del átomo de Helio). El resultado de dicha operación fue la transmutación del Nitrógeno-14 en Oxígeno-17 más una partícula desconocida hasta entonces, el protón, con carga +1 y con características similares al núcleo del átomo de hidrógeno.
Frederick Soddy
EL DESCUBRIMIENTO DEL NEUTRÓN (1932)
Del modelo atómico de Rutherford no terminaba de cuadrar el hablar de un núcleo formado íntegramente por partículas positivas (protones), pues resultaría ser inestable, ya que las partículas del mismo signo se repelen. Rutherford predijo la existencia de partículas sin carga que garantizase la estabilidad del átomo, pero fue Chadwick, en 1932, quien las descubrió bombardeando láminas de berilio con partícula alfa, obteniendo radiaciones formadas por partículas a las que llamó neutrones.
RECURSO TIC
Simulador PhetColorado sobre la dispersión de partículas conducentes al modelo atómico de Rutherford.
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