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Modelos Atómicos de Thomson

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Modelos Atómicos de Thomson

El modelo atómico de thomson, es la primera descripción teórica de la estructura interna de los átomos, propuesta hacia 1900 por William Thomson (Lord Kelvin) y fuertemente apoyada por Sir Joseph John Thomson, quien había descubierto (1897) el electrón, una parte cargada negativamente de cada átomo.

Después de que Joseph John Thomson descubriera el electrón en 1897, se determinó que la materia constaba de dos partes: una negativa y otra positiva. La parte negativa estaba constituida por los electrones, que según este modelo estaban inmersos en una masa cargada positivamente, como las pasas en una torta o las uvas en gelatina.

Más tarde, Jean Perrin propuso un modelo modificado basado en el modelo de Thompson, donde las “pasas” (electrones) se colocaban en el exterior de la “torta” (la carga positiva).

Modelos Atómicos de Thomson

Thomson argumentó que los átomos son esferas uniformes de materia cargada positivamente en las que los electrones están incrustados. Popularmente conocido como el modelo de pudín de pasas, tuvo que ser abandonado (1911) por razones teóricas y experimentales en favor del Modelo Atómico de Rutherford, en el que los electrones describen órbitas alrededor de un pequeño núcleo positivo.

El modelo atómico de Thomson, William Thomson (también conocido como Lord Kelvin) imaginó el átomo como una esfera con una carga positiva uniformemente distribuida e incrustada en ella suficientes electrones para neutralizar la carga positiva.

Características del modelo atómico de thomson o postulados del modelo atómico de thomson

  • El átomo tiene una carga neutra.
  • Hay una fuente de carga positiva que neutraliza la carga negativa de los electrones.
  • Esta carga positiva se distribuye uniformemente en el átomo.
  • En palabras de Thomson: Los “corpúsculos negativamente electrificados”, es decir, los electrones, están contenidos dentro de la masa uniforme cargada positivamente.
  • Los electrones podrían derivar libremente dentro del átomo.
  • Los electrones tenían órbitas estables, un argumento basado en la Ley Gaussiana. Si los electrones se movían a través de la “masa” positiva, las fuerzas internas dentro de los electrones se equilibraban con la carga positiva que se generaba automáticamente alrededor de la órbita.
  • El modelo atómico de jj thomson era popularmente conocido en Inglaterra como modelo de pudín de ciruela, ya que la distribución de electrones propuesta por Thomson era similar a la disposición de las ciruelas en ese postre.
  • Detalles de la teoría atómica de Thomson
  • Para explicar la formación de iones, positivos y negativos, y la presencia de electrones dentro de la estructura atómica, Thomson ideó un átomo parecido a una torta de frutas. Una nube positiva que contiene las pequeñas partículas negativas (los electrones) suspendidas en ella.
  • El número de cargas negativas fue adecuado para neutralizar la carga positiva. Si el átomo perdiera un electrón, la estructura sería positiva; y si ganara, la carga final sería negativa.

De esta manera, explicaba la formación de iones; pero dejaba inexplicada la existencia de radiación electromagnética, como los rayos X y otros fenómenos de luz.

Thomson y el Electrón

A finales del siglo XIX, los científicos comenzaron a notar comportamientos en la materia que no podían ser explicados por el modelo atómico propuesto por Dalton, como el experimento de Millikan a mediados del siglo XIX, que consintió en dejar caer una gota de aceite a través de un campo eléctrico en un tubo de vacío, lo que determinó que la carga mínima adquirida por la gota de aceite era igual a 1.6×10^-19 C, que junto con otras experiencias electromagnéticas dieron la idea de que el modelo “esférico indivisible” propuesto por Dalton estaba equivocado y que había alguna partícula cargada que podía verse afectada por cambios en el campo eléctrico.

Después de estos descubrimientos, los científicos comenzaron a tratar de explicar estos fenómenos. El más importante fue el de Thomson a finales del siglo XIX y principios del XX, que consistía en el uso de un tubo llamado “tubo de rayos catódicos” (Imagen 2), que consistía en dos electrodos conectados a una fuente de alta tensión, conectados en un tubo de vacío cerrado.

Al pasar la corriente eléctrica de la fuente de energía al ánodo (electrodo negativo) se observó que un gas luminoso era dirigido desde el ánodo al cátodo (electrodo positivo). Este rayo fue llamado rayo catódico y fue estudiado por Thomson, quien lo sometió 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 se atraen cargas opuestas, le dio como conclusión que el rayo catódico estaba compuesto de partículas negativas del ánodo, a las que llamó electrones.

Tras este descubrimiento, Thomson formuló un nuevo modelo atómico que se denominó “pastel de pasas” (representado aproximadamente en la imagen 3), que consistía en que los electrones se incrustaran en una esfera de carga positiva con la misma intensidad de carga (esta era la primera vez que se proponía la electroneutralidad del átomo), además Thomson pudo establecer que la relación entre la carga del electrón (que fue descubierta por Millikan, explicada más arriba) y su masa era igual a 1,756×^108.

J.J. Thomson, propuso el modelo que lleva su nombre para explicar la estructura atómica. Consistía en una esfera de materia no uniforme cargada positivamente, en la que se introducían las partículas negativas, es decir, los electrones, por lo que este modelo también se conoce como “pudín de pasas”, debido a su similitud con este 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 provenían del interior de los átomos de los electrodos, formando rayos catódicos.

Un tubo de cátodo era un tubo de vidrio vacío cerrado, del cual se extraía aire y se introducía un gas a una presión reducida. Después de 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 fueron atraídas por el polo positivo del tubo de rayos catódicos.

Llegó a imaginar que los átomos estaban compuestos de estas partículas bautizadas como corpúsculos dentro de un lago lleno de cargas positivas, en otras palabras, un modelo de pudín de pasas.

Esta estructura explicaba que la materia era eléctricamente neutra, ya que en los átomos, según Thomson, la carga positiva era neutralizada por la negativa. Estos cargos negativos a veces se encontraron de manera uniforme

distribuido alrededor del núcleo, y en otros casos se utilizó el ejemplo de carga de nube positiva. Gracias a este descubrimiento, Thomson recibió el Premio Nobel de Física en 1906.

Microscópicamente, se puede decir que este modelo tiene una estructura abierta, ya que los protones, o cargas positivas, se colocan en la masa que define la carga neutra 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, cuando se descubrió el núcleo, ya que este modelo no puede explicar que el átomo está formado por un núcleo denso y una parte alrededor de él llamada la corteza, por lo que científicos como Ernest Rutherford y Niels Bohr continuaron investigando, y dando teorías sobre los átomos.

Experimentos Thomson

El primer Experimento de Thomson

Descripción

  • Investigó si las cargas negativas podían separarse de los rayos catódicos y utilizó un medio de magnetismo.
  • Para este experimento construyo un tubo de rayos catódicos que al final del tubo termina en dos cilindros con ranuras, las ranuras se conectan a su vez a un electrómetro.
  • Con este método Thomson descubre que cuando los rayos son desviados magnéticamente de tal manera que no pueden entrar en las grietas, el electrómetro marca al registrar poca carga.
  • Esto llevó a Thomson a la conclusión de que la carga negativa es inseparable de los rayos.

El Segundo Experimento de Thomson

Descripción

Para este segundo experimento, JJ Thomson construye un tubo de rayos catódicos, logrando un vacío casi perfecto, en un extremo lo cubre con pintura fosforescente.

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

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

El Tercer Experimento de Thomson

Descripción

Para el tercer experimento, Thomson basó la relación entre la masa de rayos catódicos y la carga, para esta medida la cantidad que es desviada por un campo magnético y cuánta carga de energía contenía.

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

Aquí Thomson toma una posición audaz: Thomson, los rayos catódicos que eran cargados por las partículas se llamaban “corpúsculos”, tales corpúsculos se originaban dentro de los átomos de los electrodos, a lo que esto significaba, que los átomos debían ser divisibles, imagínese “un mar” totalmente repleto de cargas positivas en estos corpúsculos del átomo, por eso se le llama y se le conoce con el nombre de pudín de pasas al modelo de Thomson.

Imágenes de Modelos Atómicos de Thomson

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