1. Partículas
fundamentales y
modelos del atómicos
La concepción del átomo que se ha tenido a lo largo de la historia ha variado
de acuerdo a los descubrimientos realizados en el campo de la física y la
química
Hoy en día, el átomo es un constituyente de la materia ordinaria, con
propiedades químicas bien definidas, formado a su vez por constituyentes más
elementales . Cada elemento químico está formado por átomos del mismo tipo
, y que no es posible dividir mediante procesos químicos.
Actualmente se conoce que el átomo está compuesto por un núcleo atómico,
en el que se concentra casi toda su masa, rodeado de una nube de electrones.
El núcleo está formado por los protones, con carga positiva, y por neutrones,
eléctricamente neutros.
Si bien hoy en día todas las características anteriores de la constitución
atómica son bastante conocidas y aceptadas, a través de la historia han
surgido diversos modelos que han intentado explicar la estructura del átomo.
A continuación veremos algunos de los modelos atómicos propuestos por los
científicos , que indiscutiblemente van unido al descubrimiento de las partículas
fundamentales y justifican los estudios realizados en los fenómenos eléctricos.
En este momento nos vamos a centrar en las partículas fundamentales y sus
modelos.
Descubrimiento de las partículas fundamentales
Descubrimiento de los electrones
En 1897, el físico británico J. J. Thomson realizó experiencias en tubos de
descarga de gases, que eran tubos de vidrio que contenían un gas a muy baja
presión y un polo positivo (ánodo) y otro negativo (cátodo) por donde se hacía
pasar una corriente eléctrica con un elevado voltaje.
Thomson observó que se emitían unos rayos desde el polo negativo hacia el
positivo, los llamó rayos catódicos.
Al estudiar las partículas que formaban estos rayos se observó que eran las
mismas siempre, cualquiera que fuese el gas del interior del tubo. Por ello se
dedujo que en el interior de todos los átomos existen una ó más partículas con
carga negativa y se les dio el nombre de electrones. Es
la primera partícula subatómica que se detecta.
El descubrimiento del protón
El físico alemán E. Goldstein en 1886 realizó algunos experimentos con un
tubo de rayos catódicos con el cátodo perforado. Observó unos rayos que
atravesaban al cátodo en sentido contrario a los rayos catódicos. Recibieron el
nombre de rayos canales.
2. El estudio de estos rayos determinó que estaban formados por partículas de
carga positiva y que tenían una masa distinta según cual fuera el gas que
estaba encerrado en el tubo. Esto aclaró que las partículas salían del seno del
gas y no del electrodo positivo.
Al experimentar con hidrógeno se consiguió aislar la partícula elemental
positiva o protón, cuya carga es la misma que la del electrón pero positiva y su
masa es 1837 veces mayor.
Descubrimiento del neutrón
Mediante diversos experimentos se comprobó que la masa de protones y
electrones no coincidía con la masa total del átomo; por tanto, el físico E.
Rutherford supuso que tenía que haber otro tipo de partícula subatómica en el
interior de los átomos.
Estas partículas se descubrieron en 1932 por el físico J. Chadwick. Al no tener
carga eléctrica recibieron el nombre de neutrones. El hecho de no tener carga
eléctrica hizo muy difícil su descubrimiento.
Los neutrones son partículas sin carga y de masa algo mayor que la masa de
un protón.
Modelos atómicos
Modelo de Dalton
En 1803 el químico inglés John Dalton propone una nueva teoría sobre la
constitución de la materia. Según Dalton toda la materia se podía dividir en dos
grandes grupos: los elementos y los compuestos. Los elementos estarían
constituidos por unidades fundamentales, que en honor a Demócrito, Dalton
denominó átomos. Los compuestos se constituirían de moléculas, cuya
estructura viene dada por la unión de átomos en proporciones definidas y
constantes. La teoría de Dalton seguía considerando el hecho de que los
átomos eran partículas indivisibles.
Una vez aceptada la teoría atómica de la materia, los fenómenos de
electrización y electrólisis pusieron de manifiesto, por un lado, la naturaleza
eléctrica de la materia y, por otro, que el átomo era divisible, es decir, que
estaba formado por partículas más pequeñas que el propio átomo. Los
fenómenos eléctricos son una manifestación de su carga eléctrica.
El Modelo de Thomson.
Al ser tan pequeña la masa de los electrones, el físico inglés J.J.Thomson
(descubrió el electrón)propuso, en 1904, que la mayor parte de la masa del
átomo correspondería a la carga positiva, que ocuparía la mayor parte del
volumen atómico. Thomson imaginó el átomo como una especie de esfera
positiva continua en la que se encuentran incrustados los electrones, más o
menos como las uvas pasas en un pudin. El conjunto era eléctricamente
neutro.
Con este modelo se podían explicar una gran cantidad de fenómenos atómicos
conocidos hasta la fecha. Posteriormente, el descubrimiento de nuevas
partículas y los experimentos llevado a cabo por Rutherford demostraron la
inexactitud de tales ideas.
3. El Modelo de Rutherford.
Basado en los resultados de su trabajo que demostró la existencia del núcleo
atómico, Rutherford sostiene que casi la totalidad de la masa del átomo se
concentra en un núcleo central muy diminuto de carga eléctrica positiva. Los
electrones giran alrededor del núcleo describiendo órbitas circulares. Estos
poseen una masa muy ínfima y tienen carga eléctrica negativa. La carga
eléctrica del núcleo y de los electrones se neutralizan entre sí, provocando que
el átomo sea eléctricamente neutro.
El modelo de Rutherford tuvo que ser abandonado, pues el movimiento de los
electrones suponía una pérdida continua de energía, por lo tanto, el electrón
terminaría describiendo órbitas en espiral, precipitándose finalmente hacia el
núcleo. Sin embargo, este modelo sirvió de base para el modelo propuesto por
su discípulo Neils Bohr, marcando el inicio del estudio del núcleo atómico, por
lo que a Rutherford se le conoce como el padre de la era nuclear.
