3ºESO. Física y química. ACTIVIDAD: Leer el texto siguiente y escribir una redacción basándote en las diapositivas. 1 El átomo por dentro. Partículas subatómicas Cuando propuso su teoría atómica, Dalton postuló que los átomos eran indivisibles. Sin embargo, a finales del siglo XIX se comprobó que realmente no es así, sino que están formados por partículas más pequeñas. El estudio de las partículas subatómicas —más pequeñas que el átomo— se inicia en 1875, cuando el inglés William Crookes perfecciona un aparato que se conoce como tubo de rayos catódicos. En él se descubrió la primera de estas partículas: el electrón. El descubrimiento del electrón Un tubo de rayos catódicos es un recipiente de vidrio en cuyo interior se ha hecho el vacío, que contiene dos placas metálicas, entre las cuales se aplica un gran voltaje (10 000 voltios). En estas condiciones, la placa con carga negativa (cátodo) emite un haz invisible de partículas negativas hacia la otra placa, con carga positiva (ánodo). Este haz se detecta cuando incide sobre la pared opuesta del tubo, donde produce luminosidad a consecuencia del impacto de las partículas. Los estudios del físico inglés Joseph John Thomson, publicados en 1897, determinaron que se trataba de partículas con carga negativa y concluyeron con el cálculo del cociente entre su masa y su carga. Las partículas fueron bautizadas como electrones, nombre sugerido por el físico irlandés George Stoney. Posteriormente, en 1911, el físico estadounidense Robert Millikan consiguió calcular la carga del electrón, que resultó ser del orden de 10–19 culombios. El descubrimiento del protón A finales del siglo XIX, una modificación de los tubos de rayos catódicos permitió también el descubrimiento del protón, la partícula con carga positiva. En 1886, el físico alemán Eugen Goldstein realizó algunos experimentos con un tubo de rayos catódicos con el cátodo perforado. Observó unos rayos que atravesaban el cátodo en sentido contrario a los rayos catódicos. Recibieron el nombre de rayos positivos o rayos canales. El estudio de estos rayos determinó que estaban formados por partículas cargadas positivamente, pero la confirmación de que existía una partícula positiva con la misma carga que el electrón y 1 837 veces su masa se produjo en 1919, en el transcurso de los experimentos del físico neozelandés Ernest Rutherford, quien la bautizó con el nombre de protón. El descubrimiento del neutrón Además del electrón y el protón existe en el átomo una tercera partícula, el neutrón. A diferencia de las anteriores, el neutrón no posee carga eléctrica, de ahí su nombre. Este pequeño detalle hizo que fuese muy difícil su descubrimiento, que finalmente tuvo lugar en 1932, cuando el físico inglés James Chadwick estudiaba las radiaciones emitidas por una muestra de berilio bombardeada con partículas alfa (partículas positivas). Accidentalmente, observó que la muestra emitía un haz de partículas que no se desviaban hacia ninguno de los polos positivo o negativo de unas placas cargadas eléctricamente. Dedujo, por tanto, que se trataba de partículas neutras. Con posterioridad se midió la masa del neutrón, que resultó ser casi igual a la del protón. 1 3ºESO. Física y química. 2 Los primeros modelos: Thomson y Rutherford El descubrimiento del electrón, en 1897, tuvo dos consecuencias de gran trascendencia. Por un lado, el átomo ya no se podía entender como indivisible; por otro, la existencia de partículas con carga negativa introducía la necesidad de situarlas en el átomo. El modelo de Thomson El primer modelo de átomo fue elaborado por el propio Thomson con los datos de que disponía. Thomson imaginó que el átomo es una esfera compacta, maciza, de carga positiva, en la cual se encuentran incrustados los electrones, de carga negativa. El conjunto es neutro, al compensarse mutuamente las cargas de signo contrario. El modelo de Thomson, de gran sencillez, se mantuvo vigente apenas diez años. El modelo de Rutherford En 1911, tuvo lugar un experimento crucial para comprender la estructura interna del átomo. El físico Ernest Rutherford bombardeó una delgadísima lámina de oro con partículas alfa, producidas al desintegrarse algunos elementos radiactivos. Observó que la mayoría de las partículas alfa atravesaban la lámina sin desviarse, mientras que unas pocas eran dispersadas, e incluso rebotadas. Dedujo de este experimento que los átomos están prácticamente vacíos y que la carga positiva se concentra en una zona reducida, mientras que los electrones se sitúan en la periferia. Según Rutherford, el átomo tiene una parte central muy pequeña, positiva, llamada núcleo, en la que se concentra prácticamente toda su masa, alrededor del cual giran a gran velocidad los electrones con carga negativa, constituyendo la corteza del átomo. Como ambas partes, núcleo y corteza, compensan mutuamente sus cargas positiva y negativa, el conjunto es neutro. 3 El modelo de Bohr. El átomo en la actualidad El modelo de Rutherford no era válido; según las leyes de la Física, los electrones, al girar, debían perder energía y caer finalmente sobre el núcleo. En 1913, el físico danés Niels Bohr, colaborador de Rutherford, propuso un nuevo modelo. El modelo de Bohr introduce las siguientes novedades: Existen algunas órbitas permitidas en las cuales los electrones mantienen su estabilidad, sin perder energía. Los electrones pueden pasar de unas órbitas a otras absorbiendo o emitiendo cantidades exactas de energía. Al modelo de Bohr le sucedieron otros, debido al desarrollo de técnicas que permitieron obtener nuevos datos. Los modelos actuales del átomo son de una gran complejidad, aunque de un modo sencillo nuestra visión actual se puede resumir así: 2 3ºESO. Física y química. El átomo consta de un núcleo positivo y una corteza negativa situada a gran distancia de él. El núcleo concentra casi toda la masa del átomo. En la corteza se hallan los electrones, en un número igual al de protones, girando a una velocidad próxima a la de la luz (300000 kilómetros por segundo) en torno al núcleo, atraídos por fuerzas eléctricas debido a su carga negativa. Los electrones se disponen en capas concéntricas, a distintas distancias del núcleo. Esas capas tienen mayor energía cuanto más lejos del núcleo se encuentran y se van ocupando por orden de proximidad a él. Los electrones pueden pasar de unas a otras emitiendo o absorbiendo energía. La imagen del átomo ha ido evolucionando a la par que se han ido sucediendo los descubrimientos derivados de la experimentación. De este modo, constituye un claro ejemplo de cómo la aplicación del método científico hace avanzar el conocimiento. Al átomo indivisible de Dalton le siguieron los primeros modelos de Thomson y Rutherford, en los que ya tenían cabida las partículas subatómicas descubiertas. El modelo de Bohr, que vino a resolver las dificultades del propuesto por Rutherford, también fue modificado para explicar las observaciones experimentales. En cuanto a los modelos actuales, se encuentran en continua revisión a la luz de los datos obtenidos por los científicos que trabajan en este campo de investigación. Diapositiva 1. 3 3ºESO. Física y química. Diapositiva 2. Diapositiva 3. 4 3ºESO. Física y química. Diapositiva 4. Diapositiva 5. 5 3ºESO. Física y química. Diapositiva 6. Diapositiva 7. 6 3ºESO. Física y química. Diapositiva 8. Diapositiva 9. 7 3ºESO. Física y química. Diapositiva 10. 8
