Caracterización del átomo

Caracterización del átomo

Creador: Alexander Medina Domínguez

¿Qué es el átomo?

Los átomos son las particulas más simples que forman la materia, son concebidos como un sistema solar en miniatura; es decir, existe un nucleo central rodeado de partículas más pequeñas (electrones) (Rodríguez et al., 2012).

Experimento con tubo de rayos catódicos

En 1897, Thomson realizó experimentos para investigar la naturaleza de los rayos catódicos. Publicados en Philosophical Magazine, sus resultados destacaron que los rayos catódicos eran desviados por una fuerza magnética, llevando a la conclusión de que transportaban carga eléctrica negativa (Jara, 2017).

+ Experimento de Thomson

+ Primer modelo de átomo

Experimento de la gota de aceite de Millikan

Entre 1909 y 1913, R. A. Millikan calculó la carga del electrón mediante experimentos con gotas de aceite. Basándose en la noción de que la carga eléctrica proviene de excesos o deficiencias de electrones y no puede tener fracciones, concluyó que toda carga eléctrica debe ser un número entero ( Callejo et al., 2013). Por lo que, evidenció que la electricidad se presenta en unidades enteras.

+ Experimento de Millikan

+ Aportes para la Teoria átomica

¿Qué es el electrón?

Fue la primera partícula subatómica que se descubrió, tiene una carga unitaria relativa que es negativa y una masa de 9.109* 10^-28 g, o bien, 0.0005486 uma. Los electrones se encuentran fuera del núcleo del átomo en ciertos niveles de energía, es el fenómeno de atracción entre cargas eléctricas opuestas lo que mantiene a los electrones en la proximidad del núcleo (Olazábal et al., 2021).

Experimento de Rutherford

En 1910, el físico y químico neozelandés Ernest Rutherford y sus colaboradores, realizaron un experimento que entregó nuevas ideas en torno al átomo. Este consistió en bombardear con partículas alfa, provenientes de una fuente radioactiva, una lámina muy delgada de oro, detrás de la cual había una placa fotográfica (Páez et al., 2004).

+ Experimento de Rutherford

+ Modelo átomico

Descubrimiento del neutrón

En 1932, James Chadwick identificó los neutrones como una nueva partícula subatómica durante un experimento de bombardeo de partículas alfa en una lámina de berilio. Estos neutrones se caracterizaron por ser eléctricamente neutros, marcando un avance significativo en la comprensión de la estructura atómica (Olazábal et al., 2021).

+ Experimento de Chadwick

+ Neutrón

Referencias

Video

Experimento de Thomson

Thomson llevó a cabo un innovador experimento en 1897 para estudiar los rayos catódicos (electrones). En el experimento:

• Rayos Catódicos: Thomson hizo circular un haz de electrones (rayos catódicos) a través de un tubo lleno de gas mediante descargas eléctricas.
• Trayectoria Recta de los Rayos: Los rayos catódicos viajan en línea recta hasta llegar a placas cargadas.
• Desviación Controlada: Aplicó un campo eléctrico, provocando una desviación en una dirección, y simultáneamente un campo magnético, induciendo una desviación en dirección opuesta.
• Equilibró cuidadosamente ambos campos, controlando la desviación de los rayos.

Este ingenioso experimento permitió a Thomson determinar la relación carga/masa (e/m) de los electrones, revelando su carga negativa.

Video: Experimento de J.J. Thomson Autor: Eduscopi

Primer módelo del átomo

El modelo atómico propuesto por J.J. Thomson presenta una estructura esférica de masa positiva uniforme. En este modelo, los electrones, partículas diminutas con carga eléctrica negativa, están incrustados en la esfera, creando un átomo eléctricamente neutro. Thomson utilizó la analogía del "Budín de Pasas" para ilustrar la relación entre los electrones y la carga positiva de la esfera, comparándolos con pasas incrustadas en un pastel (Páez et al., 2004).

Video: ¿Qué es el EXPERIMENTO de la GOTA de ACEITE 🔥 de Robert Millikan y para qué sirve?Autor: Quimiclan

Experimento de Millikan

• Observación: Millikan usó un dispositivo que permitía la observación de gotas de aceite pequeñas y uniformes. Estas gotas se suspendieron en un campo eléctrico creado entre placas cargadas.
• Ajuste de la carga eléctrica: Aplicó una carga eléctrica a las placas para observar el movimiento de las gotas. Ajustó cuidadosamente la carga eléctrica hasta que las gotas quedaran en equilibrio, ya sea ascendiendo o descendiendo.
• Medición de la carga: Midió la carga eléctrica necesaria para contrarrestar la gravedad y mantener las gotas en equilibrio. Este valor proporcionó la carga eléctrica de cada gota de aceite.
• Determinación de la carga del electrón: Al analizar múltiples gotas, Millikan calculó la carga eléctrica promedio. Utilizando la relación matemática, determinó la carga elemental, revelando la carga del electrón.

La observación del equilibrio de las gotas proporcionó datos precisos para calcular la carga del electrón. Este método meticuloso permitió a Millikan cuantificar la carga elemental del electrón y validar la naturaleza cuantizada de la carga eléctrica (Navarro, 2005).

Millikan en su experimento de "Gotas de aceite", suspendió gotas de aceite en un campo eléctrico, logrando equilibrio entre fuerzas gravitatorias y eléctricas. Cambiando de gotas de agua a gotas de aceite, obtuvo el primer valor exacto de la constante "eléctrica elemental", confirmando que las cargas de las gotas eran múltiplos enteros de una carga elemental (Rodriguez et al., 2012). Además, sus experimentos con rayos catódicos respaldaron la existencia de partículas subatómicas cargadas. Millikan, con placas metálicas y campo eléctrico, logró observación precisa y cálculos exactos de la carga del electrón.

Aportes para la Teoría átomica

Video: El experimento de Rutherford y la estructura del átomo🧔🏻⚛️Autor: Lifeder Educación

Experimento de Rutherford

Rutherford, centrando su atención en las partículas alfa, ideó un experimento pionero para explorar la estructura interna del átomo. Colocó una muestra de radio en una caja de plomo con una lámina de oro de 4 x 10^-5 m de grosor, observando atentamente una pantalla fluorescente a cierta distancia (Medina, 2001). Los resultados sorprendieron y transformaron la comprensión del átomo.

• Atravesamiento mayoritario: La mayoría de las partículas alfa atravesaron la lámina de oro sin desviarse, sugiriendo la presencia de espacios vacíos entre los átomos de oro. Esta observación desafiaba las concepciones anteriores de un átomo homogéneo.
• Desviación significativa: Alrededor de una partícula alfa de cada 40,000 experimentó una desviación en un ángulo mayor de 90°. Este fenómeno indicaba la existencia de un núcleo con carga positiva en el átomo, ejerciendo una fuerza repulsiva que provocaba la desviación.
• Rebote inesperado: También, una de cada 40,000 partículas alfa rebotó en la lámina de oro, lo cual implicaba la existencia de un núcleo cargado positivamente. Este resultado fue esencial para proponer un modelo atómico donde la mayor parte de la masa y la carga positiva se concentraban en un núcleo pequeño y denso en el centro del átomo.

Al darse cuenta en su experimento que la mayor parte de las partículas alfa atravesaban la lámina sin desviarse, demostró experimentalmente que los átomos no son macizos, como se creía, sino que en su centro hay un diminuto núcleo cargado positivamente, en el cual está concentrada casi toda la masa del átomo y alrededor de este núcleo hay una zona en la que los electrones están en constante movimiento, separados del núcleo (Páez et al., 2004). Dedujo que la mayor parte del átomo es espacio vacío.

Modelo átomico

El neutrón, es una partícula neutra; es decir, no tiene carga eléctrica neta, su masa es de 1.6748 *10^–24 g, o bien, 1.0087 uma, los protones y neutrones se encuentran en el núcleo del átomo, motivo por el cual son llamados nucleones (Rodríguez et al., 2012).

Neutrón

Experimento de Chadwick

James Chadwick llevó a cabo un experimento revolucionario bombardeando átomos de boro con partículas alfa. Al observar el incremento en la masa del nuevo núcleo formado durante este proceso, Chadwick calculó que la partícula recién añadida al boro tenía una masa aproximadamente igual a la del protón (Velásquez, 2019). Aunque la partícula en sí misma no podía ser directamente detectada, Chadwick llegó a la conclusión de que la explicación más plausible era que esta partícula carecía de carga eléctrica, es decir, era eléctricamente neutra (Olazábal et al, 2021). Este hallazgo marcó el descubrimiento del neutrón, una partícula subatómica fundamental que, al ser eléctricamente neutra, desempeña un papel esencial en la estructura del núcleo atómico.

Video: James ChadwickAutor: Ude@

Referencias

Jara, M. (2017). Modelo atómico de Rutherford y Bohr [Doc. web]. Liceo Miguel Rafael Prado: Recuperado el 27 de enero de 2024, de https://www.secst.cl/colegio-online/docs/29052020_634am_5ed1013dd3973.pdf Navarro, O. (2005). Los modelos atómicos: de JJ Thomson a Niels Bohr. Energía y tecnología nuclear: discusiones éticas, sociales y ambientales, 195. Recuperado el 27 de enero de 2024, de https://books.google.es/books?hl=es&lr=&id=25jhu69D2EsC&oi=fnd&pg=PA195&dq=Thomson+%C3%A1tomo&ots=0ydchH3DFf&sig=0e8HeaKQAkPSklIzZtVi_RDp40s#v=onepage&q=Thomson%20%C3%A1tomo&f=false Medina, J. (2001). Dimensiones y curiosidades de los átomos. Conciencia Tecnológica, (18),15-17.[fecha de Consulta 27 de Enero de 2024]. ISSN: 1405-5597. Recuperado de: https://www.redalyc.org/articulo.oa?id=94401805 Olazábal, A. M., Rayón, C., Clemente, C., Gómez, L., Cereceno, J. E., Becerril, F., Benhumea, B. E. (2021). Química I. Estado de México, México: Universidad Autónoma del Estado de México. Páez, Y., Rodríguez, M. A., y Niaz, M. (2004). Los Modelos Atómicos desde la perspectiva de la historia y filosofía de la ciencia: un análisis de la imagen reflejada por los textos de química de bachillerato. Investigación y Postgrado, 19(1), 51-77. Recuperado en 27 de enero de 2024, de http://ve.scielo.org/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1316-00872004000100004&lng=es&tlng=es. Rodríguez, A; Pozas, A.; García, J. A.; Martín, R.; y Peña, A. (2012). Física y Química. México: McGraw Hill. Velásquez, A. (2019). Experimento de Joseph John Thomson [Doc. web]. Facultad de Ingeniería UNAM: Recuperado el 27 de enero de 2024, de https://dcb.ingenieria.unam.mx/wp-content/themes/tempera-child/CoordinacionesAcademicas/FQ/Q/Articulos/0a_thomson.pdf