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Respuesta:
Los experimentos de J.J. Thomson con tubos de rayos catódicos mostraron que todos los átomos contienen pequeñas partículas subatómicas con carga negativa, llamadas electrones.
El modelo del budín de pasas de Thomson para el átomo consiste en electrones con carga negativa ("pasas") dentro de un "budín" con carga positiva.
El experimento de la lámina de oro de Rutherford mostró que el átomo es en su mayoría espacio vacío con un pequeño y denso núcleo con carga positiva.
Basado en estos resultados, Rutherford propuso el modelo nuclear del átomo.
Introducción: continuar a partir de la teoría atómica de Dalton
En un artículo previo sobre la teoría atómica de Dalton, discutimos los siguientes postulados:
Toda la materia está hecha de partículas indivisibles llamadas átomos, que no pueden crearse ni destruirse.
Los átomos del mismo elemento tienen idénticas masas y propiedades físicas.
Los compuestos son combinaciones de átomos de 222 o más elementos.
Todas las reacciones químicas involucran el reordenamiento de átomos.
Las ideas de Dalton resultaron ser fundamentales para la teoría atómica moderna. Sin embargo, una de estas suposiciones subyacentes resultó ser incorrecta. Dalton pensó que los átomos eran las unidades más pequeñas de la materia -−minuspequeñas esferas duras que no podían dividirse en partículas más fundamentales—. Esta suposición persistió hasta que experimentos en física mostraron que el átomo estaba compuesto de partículas aún más pequeñas. En este artículo, discutiremos algunos de los experimentos clave que nos llevaron al descubrimiento del electrón y del núcleo.
El descubrimiento del electrón por J.J. Thomson
A finales del siglo ^{\text{}}
start superscript, start text, end text, end superscriptXIX, el físico J.J. Thomson comenzó a experimentar con tubos de rayos catódicos. Los tubos de rayos catódicos son tubos de vidrio sellados en los que se ha extraído la mayor parte del aire. Al aplicar un alto voltaje entre los electrodos, que se encuentran uno a cada lado del tubo, un rayo de partículas fluye del cátodo (el electrodo negativamente cargado) al ánodo (el electrodo positivamente cargado). Los tubos se llaman "tubos de rayos catódicos" porque el rayo de partículas o "rayo catódico" se origina en el cátodo. El rayo puede ser detectado al pintar el extremo del tubo correspondiente al ánodo con un material conocido como fósforo. Cuando el rayo catódico lo impacta, el fósforo produce una chispa o emite luz.
Un diagrama de un tubo de rayos catódicos.
Un diagrama de un tubo de rayos catódicos.
Un diagrama del tubo de rayos catódicos de J.J. Thomson. El rayo se origina en el cátodo y pasa a través de una rendija en el ánodo. El rayo catódico se desvía de la placa cargada negativamente, hacia la placa cargada positivamente. La cantidad por la cual un campo magnético desvía el rayo ayudó a Thomson a determinar la razón entre la masa y carga de las partículas que lo conforman. Imagen tomada de Openstax, CC BY 4.0
Para verificar las propiedades de las partículas, Thomson colocó el tubo de rayos catódicos entre dos placas con cargas opuestas, y observó que el rayo se desviaba, alejándose de la placa cargada negativamente y acercándose a la placa cargada positivamente. De este hecho infirió que el rayo estaba compuesto de partículas negativamente cargadas.
Thomson también colocó dos imanes a cada lado del tubo, y observó que el campo magnético también desviaba el rayo catódico. Los resultados de este experimento ayudaron a Thomson a determinar la razón masa a carga de las partículas del rayo catódico, que lo llevó a un descubrimiento fascinante -−minusla masa de cada partícula era mucho, mucho menor que la de todo átomo conocido—. Thomson repitió su experimento con electrodos hechos de diferentes metales, y encontró que las propiedades del rayo catódico permanecían constantes, sin importar el material del cual se originaban. De esta evidencia, Thomson concluyó lo siguiente:
El rayo catódico está compuesto de partículas negativamente cargadas.
Las partículas deben existir como partes del átomo, pues la masa de cada partícula es tan solo \sim∼\sim\dfrac{1}{2000}
2000
1
start fraction, 1, divided by, 2000, end fraction de la masa de un átomo de hidrógeno.
Estas partículas subatómicas se encuentran dentro de los átomos de todos los elementos.
Mientras que al principio fueron controversiales, los científicos gradualmente aceptaron los descubrimientos de Thomson. Con el tiempo, sus partículas de rayo catódico adquirieron un nombre más familiar: electrones. El descubrimiento de los electrones refutó parte de la teoría atómica de Dalton, que suponía que los átomos eran indivisibles. Para explicar la existencia de los electrones se necesitaba un modelo atómico completamente nuevo.
Verificación de conceptos: ¿por qué Thomson concluyó que los electrones estaban presentes en los átomos de todos los elementos?