Modelo atómico de Thomson

Luego de que Joseph John Thomson descubriera al electrón, en 1897, se determinó que la materia se componía de dos partes: una negativa y una positiva. La parte negativa estaba constituida por los electrones, los cuales se encontraban, según este modelo inmersos en una masa de carga positiva, como las pasas en una torta o uvas en gelatina. Posteriormente, Jean Perrin, propuso un modelo modificado a partir del modelo de Thompson, donde las "pasas" (los electrones) se situaban en la parte exterior del "pastel" (la carga positiva).

Detalles del modelo atómico

Para explicar la formación de iones, positivos y negativos, y la presencia de los electrones dentro de la estructura atómica, Thomson ideó un átomo parecido a un pastel de frutas. Una nube positiva que contenía las pequeñas partículas negativas (los electrones) suspendidos en ella. El número de cargas negativas era el adecuado para neutralizar la carga positiva. En el caso de que el átomo perdiera un electrón, la estructura quedaría positiva; y si ganaba, la carga final sería negativa. De esta forma, explicaba la formación de iones; pero dejó sin explicación la existencia de la radiación electromagnética, como los rayos x y otros fenómenos lumínicos.

Thomson y el electrón:

A finales del siglo XIX, los científicos empezaron a notar comportamientos en la materia que no se podían explicar mediante el modelo atómico propuesto por Dalton, como por ejemplo el experimeto realizado por Millikan a mediados del siglo XIX, el cuál consitió en dejar caer una gota de aceite a través de un campo eléctrico en un tubo cerrado al vacío, el cuál determinó que la carga mínima que adquiría la gota de aceite era igual a 1,6x10^-19 C, la que junto a otras experiencias de carácter electromagnético daban la idea de que el modelo "esférico indivisible" propuesto por Dalton estaba errado y que había alguna partícula cargada que puediera ser afectada por cambios en el campo eléctrico.

Tras estos descubrimientos, los científicos empezaron a tratar de darle una explicación a estos fenómenos. La más importante fue la realizada por Thomson a finales del siglo XIX e inicios del XX, la cual consistió en la utilización de un tubo llamado "tubo de rayos catódicos" (Imágen 2), el cual consistía en dos electrodos unidos a una fuente de alto voltaje, conectados en un tubo cerrado al vacío. Al hacer pasar corriente eléctrica desde la fuente de poder al ánodo (electrodo negativo) se

veía que un gas luminoso se dirigía desde el ánodo hacia el cátodo (electrodo positivo). A este rayo se le llamó rayo catódico y fue el estudiado por Thomson, el cuál sometió a este rayo a un campo electromagnético, observando que el rayo se desviaba de su línea recta hacia el extremo positivo del campo, lo que sumado al conocimiento de que cargas opuestas se atraen le dió como conclusión que el rayo catódico estaba compuesto por partículas negativas provenientes del ánodo, a las cuales les llamó electrones. Tras este descubrimiento, Thomson formuló un nuevo modelo atómico que fue denominado "pastel de pasas" (representado aproximadamente en la Imágen 3), el cuál consistía en que los electrones se econtraban incrustados en una esfera cargada positivamente con la misma intensidad de carga (ésta fue la primera vez que se propuso la electro-neutralidad del átomo), además Thomson pudo establecer que la razón entre carga del electrón (que fue descubierta por Millikan, explicado anteriormente) y su masa era igual a 1,756x10^8.

J.J. Thomson, propuso el modelo que lleva su nombre para explicar la estructura atómica. Este consistía en una esfera de materia no uniforme cargada positivamente, donde se encontraban insertadas las partículas negativas, es decir, los electrones, de ahí que también se le conozca a este modelo como “budín de pasas”, por la semejanza con éste dulce inglés.

El físico inglés realizó una serie de tres experimentos con tubos de rayos catódicos, en su tercera prueba Thomson llegó a conclusiones avanzadas, llamando “corpúsculos” a las partículas que procedían del interior de los átomos de los electrodos, formando los rayos catódicos. Un tubo catódico era un tubo de vidrio vacío cerrado, al que se le extraía el aire y se le introducía un gas a una presión reducida. Tras esta observación, llegó a la conclusión de que los átomos son divisibles.

Gracias a estos experimentos también pudo estudiar la relación de masa entre las partículas que eran atraídas por el polo positivo del tubo catódico.

Llegó así a imaginar que los átomos se componían de éstas partículas bautizadas como corpúsculos dentro de un lago lleno de cargas positivas, o lo que es lo mismo, modelo de budín de pasas.

Esta estructura explicaba que la materia era neutra eléctricamente hablando, ya que en los átomos, según Thomson la carga positiva estaba neutralizada por la negativa. Estas cargas negativas se encontraban algunas veces uniformemente

distribuidas entorno al núcleo, y en otros casos se usaba el ejemplo de nube positiva de carga. Gracias a este descubrimiento Thomson recibió el premio Nobel de Física en 1906.

Microscópicamente, a este modelo se le puede decir que tiene una estructura abierta, ya que los protones o cargas positivas, se sitúan introducidos en la masa que define la neutra carga del átomo.

Este modelo fue el primero realmente atómico, aunque pronto se vio que era muy limitado.

El modelo de Thomson fue discutido después del experimento de Rutherford, al descubrirse el núcleo, ya que este modelo no puede explicar que el átomo esté formado por un núcleo denso y una parte entorno a él llamada corteza, así que científicos como Ernest Rutherford y Niels Bohr continuaron investigando, y dando teorías sobre los átomos.

Experimentos

Primer experimento de Thomson-:

-Descripción-:

Investigó si podrían ser separadas las cargas negativas de los rayos catódicos y utiliza un medio el del magnetismo.

Para este experimento construyo un tubo de rayos catódicos el cual al final del tubo termina en dos cilindros con ranuras, las ranuras fueron conectadas a su vez a un electrómetro.

Con este método Thomson descubre que cuando los rayos son desviados magnéticamente de tal forma que no puedan entrar en las hendiduras, el electrómetro marca al registrar poca carga.

Esto llevo a Thomson a la conclusión que la carga negativa es inseparable de los rayos.

-Segundo experimento de thomson-:

-Descripción-:

Para este segundo experimento, JJ Thomson construye un tubo de rayos catódicos, logrando un vacío casi perfecto, en uno de sus extremos lo recubre con pintura fosforescente.

La intención del este experimento era investigar si estos rayos podían ser desviados con un campo eléctrico, se conocía que en anteriores experimentos no se habían observado este fenómeno (esto es muy característico de las partículas con carga).

Con la creación de este tubo en el que en uno de sus extremos estaba recubierto con pintura fosforescente, Thomson descubre que muchos rayos si se podían doblar con la influencia de un campo magnetizado.

-Tercer experimento de Thomson-:

-Descripción-:

Para el tercer experimento, Thomson fundamento la relación que hay entre la masa de los rayos catódicos y la carga, para esto mide la cantidad que se desvía por un campo magnético y cuanta cantidad de carga de energía contenida.

La relación masa/carga que encuentra es de un millar de veces superior a la que contiene el ión de Hidrógeno, esto indica que bien las partículas deben ser más livianas o con mucha más carga.

Aquí Thomson toma una posición audaz: Thomson, a los rayos catódicos que estaban cargados por partículas les llamó “corpúsculos” dichos corpúsculos se originaban dentro de los átomos de los electrodos, a lo que esto significaba, que los átomos deben ser divisibles, imagina “un mar” totalmente repleto de cargas positivas en estos corpúsculos en el átomo, es por esto que se le llama y conoce con el nombre de budín de pasas al modelo de Thomson.

Postulados del MODELO DE THOMSON

Se postulaba la existencia del electrón en el año de 1897 el cual usó como parámetro para la invención de su modelo.

En dicho modelo, el átomo está compuesto por electrones de carga negativa en un átomo positivo, como pasas en un budín, de ahí su nombre.

Las cargas positivas se encontraban situadas en una esfera(carga positiva) en la cual adentro contenías las cargas negativas(electrones)

Se pensaba que los electrones se distribuían uniformemente alrededor del átomo. El pudo definir una estructura estática para el mismo dado que los electrones se

encuentran inmersos y atrapados en el seno de la masa que define la carga positiva del átomo.