Teoría atómica temprana: Dalton, Thomson, Rutherford y Millikan

Historia de la teoría atómica

Imagina un átomo. Cómo se ve? Lo más probable es que se parezca a algo como esto: un núcleo bastante grande rodeado por electrones en órbita que zumban alrededor del núcleo. Esta imagen es un icono popular del átomo, pero solo representa vagamente nuestro modelo actual de cómo se ve el átomo.

Los primeros griegos

JJ Thomson teorizó que los electrones estaban rodeados por un material cargado positivamente.

Primero, vamos a viajar hace poco más de 2.000 años a los tiempos de Aristóteles y Demócrito. El filósofo griego Aristóteles creía que la materia podía dividirse infinitamente sin cambiar sus propiedades. Demócrito no estuvo de acuerdo. Pensaba que la materia solo podía dividirse hasta llegar a la partícula más pequeña (a la que llamó átomo, procedente de la palabra griega atomos , que significa indivisible ). Entonces, ¿quién tenía razón? Aristóteles fue muy convincente e hizo muchos experimentos utilizando el método científico, por lo que más gente le creyó.

John Dalton y los átomos

No fue hasta alrededor de 2000 años después, a principios del siglo XIX, cuando apareció John Dalton y refutó a Aristóteles. Dalton continuó diciendo que la materia está formada por partículas diminutas, llamadas átomos, que no se pueden dividir en pedazos más pequeños y no se pueden destruir. También afirmó que todos los átomos del mismo elemento serán exactamente iguales y que los átomos de diferentes elementos pueden combinarse para formar compuestos. ¡Lo realmente asombroso del modelo del átomo de Dalton es que se le ocurrió sin siquiera ver el átomo! No tenía concepto de protones, neutrones o electrones. Su modelo fue creado únicamente a partir de experimentos macroscópicos o vistos a simple vista.

Thomson y el descubrimiento de electrones

Un diagrama del experimento de partículas alfa de Rutherford

Ahora, avancemos rápidamente hasta finales del siglo XIX cuando JJ Thomson descubrió el electrón. Thomson usó lo que se llamó un tubo de rayos catódicos, o un cañón de electrones. ¡Probablemente hayas visto un tubo de rayos catódicos sin siquiera saberlo! Son la parte electrónica voluminosa de los televisores antiguos. Thomson usó el tubo de rayos catódicos con un imán y descubrió que el rayo verde que producía estaba hecho de material cargado negativamente. Realizó muchos experimentos y descubrió que la masa de una de estas partículas era casi 2.000 veces más ligera que un átomo de hidrógeno. A partir de esto, decidió que estas partículas deben haber venido de algún lugar dentro del átomo y que Dalton se equivocó al afirmar que los átomos no se pueden dividir en partes más pequeñas. Thomson fue un paso más allá y determinó que estos electrones cargados negativamente necesitaban algo positivo para equilibrarlos. Entonces, determinó que estaban rodeados de material cargado positivamente. Esto se conoció como el ‘pudín de ciruela’ modelo del átomo. Las ciruelas cargadas negativamente estaban rodeadas de budín cargado positivamente.

Rutherford y el núcleo

Unos años más tarde, Ernest Rutherford , uno de los estudiantes de Thomson, hizo algunas pruebas en el modelo de pudín de ciruela de Thomson. Los miembros de su laboratorio dispararon un rayo de partículas cargadas positivamente llamadas partículas alfa a una hoja muy delgada de lámina de oro. (Más adelante aprenderá que las partículas alfa son en realidad sólo los núcleos de los átomos de helio). Debido a que estas partículas alfa tenían tanta masa, esperaba que todas las partículas alfa atraviesen la lámina de oro. Esto se debe a que, si Thomson estuviera en lo cierto sobre el modelo del átomo de pudín de ciruela, las partículas alfa simplemente atravesarían la materia cargada positivamente y golpearían la pantalla de detección en el otro lado.

Pero sucedió algo extraño. Algunas de las partículas alfa atravesaron y otras fueron desviadas por la lámina de oro y golpearon el detector en diferentes lugares. ¡Algunos incluso vinieron hacia atrás en el mismo camino exacto que tomaron! Rutherford dijo que esto sería como si dispararas un proyectil de 15 pulgadas a un pedazo de papel de seda y volviera y te golpeara. Después de este experimento, Rutherford concluyó que estas partículas alfa deben haber golpeado algo muy pequeño, denso y con carga positiva para que regresen directamente. Rutherford afirmó que esto también muestra que el átomo consiste principalmente en un espacio vacío y que toda la carga positiva no se distribuye uniformemente por todo el átomo, sino que está aplastada en un núcleo diminuto en el centro del átomo.

Millikan y la carga de un electrón

Millikan pudo medir las cargas de electrones con su experimento de gota de aceite.

Finalmente, avanzaremos unos años más cuando Robert Millikan descubra la carga de un electrón. Hizo esto usando su famoso ‘experimento de la gota de aceite’, donde roció gotas de aceite cargadas entre dos placas de metal. Pudo evitar que la neblina de aceite cayera equilibrando la fuerza gravitacional descendente con una fuerza eléctrica igual a la carga de la gota de aceite, lo que provocó que la gota de aceite se repele hacia arriba. Cuando estas dos fuerzas opuestas se equilibraron, pudo calcular la carga de una gota de aceite y usar un gráfico para determinar cuántas partículas cargadas había en cada gota; luego calcule la carga de cada partícula individual.

Resumen de la lección

Estos fueron solo algunos de los cientos de científicos que trabajaron arduamente para ampliar nuestro conocimiento y comprensión del átomo. Es importante señalar que nuestra comprensión ha sido un proceso en evolución, que incluye las opiniones opuestas de Aristóteles y Demócrito sobre el átomo: Aristóteles cree que la materia podría dividirse para siempre y Demócrito cree que eventualmente llegaríamos a la partícula más pequeña, llamada átomo. Dos mil años después, Dalton demostró que Demócrito estaba en lo cierto. Poco después, Thomson descubrió los electrones, Rutherford descubrió el núcleo y Millikan midió la carga de un electrón. La imagen del átomo que tenía cuando comenzó esta lección todavía es defectuosa en comparación con la vista actual del átomo, que discutiremos en una lección futura. Y a medida que los científicos descubren más detalles sobre el átomo,

Objetivos de la lección

Después de ver esta lección, debería poder:

• Explicar los puntos de vista de Aristóteles y Demócrito sobre la materia.
• Identificar a John Dalton , JJ Thomson , Ernest Rutherford y Robert Millikan , y describir lo que cada uno descubrió sobre los átomos.
• Comprender los métodos que cada uno de estos científicos utilizó para hacer sus descubrimientos.