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MODELO ATÓMICO DE LA MATERIA
1. Constituyentes básicos del átomo
En 1808, el químico inglés J. Dalton (1766-1844) formuló su célebre teoría atómica. En ella
rompía con las ideas tradicionales y postulaba que la materia está formada por átomos. A partir
de ese momento comenzó una etapa de la química y la física repleta de asombrosas evidencias
experimentales sin fundamento teórico.
El concepto de átomo como partícula material indivisible se mantuvo con éxito durante casi un
siglo, dado que la técnica del momento no permitía otras posibilidades. No obstante, la
electricidad y la electroquímica, en cuyo estudio profundizaron Ampére y Faraday, sugerían una
relación íntima entre la materia y las cargas eléctricas.
La radiactividad natural, descubierta de manera casual en 1896 por el físico francés Henri A.
Becquerel (1852–1908), llevó al conocimiento de tres clases de partículas: los rayos alfa, con
carga positiva, los rayos beta, partículas con carga negativa, y un tercer tipo sin carga y de
naturaleza inmaterial, los rayos gamma. Todo ello sugería que los átomos no debían de ser la
partícula indivisible que se creía.
El descubrimiento de las partículas subatómicas comenzó realmente cuando se impuso el tubo de
descarga como herramienta de investigación en la naturaleza de la materia.
Así, el final del siglo XIX marcó el comienzo de un período de tres décadas definido por enormes
cambios que modelaron la química de nuestros días.
1.1. El electrón
El estudio de la conductividad de gases a baja presión en un tubo de descarga reveló una
luminiscencia en la pared del tubo opuesta al cátodo. La causa de esta luminiscencia era un chorro
de partículas con carga negativa que parecía provenir del cátodo. A estas partículas se les dio el
nombre de rayos catódicos (Fig. 1).
Figura 1: Esquema del tubo de descarga y comportamiento de los rayos catódicos
Se comprobó que los rayos catódicos obtenidos con diferentes gases son iguales entre sí y, en
todos los casos, las partículas tenían una relación carga/masa idéntica. El valor de esta relación
fue determinado por el físico inglés J.J. Thomson (1856-1940)
Q/m=-1,76 x 108 Cg-1
En 1911 el físico estadounidense R. A. Millikan (1868-1953) determinó la carga de los rayos
catódicos mediante su famoso experimento de la gota de aceite (Fig. 2).
Química: Modelo Atómico de la materia
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Experimento de Millikan de la gota de aceite
Figura 2: Experimento de
Millikan
La carga medida en las gotas de aceite resultó ser siempre múltiplo de un valor determinado, 1,60
10-19 C, al que Millikan denominó e. A consecuencia de todo ello, pudo deducirse que la
electricidad, como la materia, es otra magnitud que ya no debe considerarse continua, sino
formada por partículas elementales llamadas electrones. La carga y la masa del electrón son las
siguientes:
melectrón = 9,109534 x 10-31 kg
Qelectrón = -1,602189 x 10-19 C
Modelo atómico de Thomson
Cuando Thomson comprobó experimentalmente la constancia de la relación Q/m del electrón,
propuso en 1898 que el átomo no debe considerarse como la partícula indivisible propuesta por J.
Dalton en 1808, sino que debe de estar formado por cargas negativas, electrones. Los electrones
están incrustados en una masa con carga positiva y de naturaleza aún no conocida (Fig. 3),
aunque probablemente estaría compuesta por partículas elementales con carga positiva.
Figura 3: Modelo atómico de Thomson
La carga negativa total de los electrones es la misma que la positiva de la masa en la que se
encuentran incrustados, de manera que el átomo es eléctricamente neutro.
Este modelo atómico desvelaba la naturaleza de los rayos catódicos (electrones que salen
despedidos de los átomos del gas cuando éstos chocan contra el cátodo) y da una explicación a
que sean idénticos in dependientemente del gas analizado.
El aceite se atomiza en pequeñas gotas, algunas de las cuales pasan a
través de un hueco practicado en la tapa. Al ser irradiadas con rayos
X, adquieren carga negativa.
Si se varía el voltaje entre las placas, la caída de la gota puede
detenerse, momento en el que las fuerzas eléctrica, gravitatoria y de
rozamiento (viscosidad) están en equilibrio.
De este modo, si se conocen la masa de la gota y el voltaje entre las
placas, puede deducirse la carga de la gota.
Química: Modelo Atómico de la materia
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1.2. El protón
En 1886, el físico alemán E. Goldstein (1850-1931) estudió con más de talle el fenómeno que se
produce en el tubo de descarga. Empleando un cátodo perforado observó una radiación de
partículas con carga positiva que parecía provenir de los canales abiertos en el cátodo.
La nueva radiación recibió el nombre de rayos canales (Fig. 4).
diferentes de un gas a otro.