Descubrimiento del Electrón: De los Rayos Catódicos al Modelo Atómico de Bohr

Los Rayos Catódicos

Si encerramos un gas en un tubo vacío y le damos un voltaje elevado entre los electrodos, no pasa nada, pero si hacemos el vacío mientras mantenemos el voltaje, el gas empieza a conducir electricidad y comienza a dar luz. Si ese vacío se intensifica, puede verse una débil luz en la parte contraria al cátodo. Thomson fue el primero que observó estos fenómenos.

Experimentos de Thomson

Para descubrirlo realizó varios experimentos:

• Al colocar un objeto entre los electrodos aparecía la sombra del objeto. Esto le decía que los rayos catódicos estaban formados por partículas que no podían atravesar cuerpos sólidos.
• Los rayos catódicos se desviaban cuando ponías el tubo en un campo magnético, esto decía que los rayos catódicos tenían que ser una partícula eléctricamente cargada.

Entonces, las partículas que generaban los rayos catódicos eran electrones. Thomson realizó el mismo experimento, pero cambiando el gas y los resultados eran los mismos, por lo tanto, estas partículas se encontraban en todos los átomos. Fueron llamados electrones.

Modelo Atómico de Thomson

Thomson descubrió el electrón, una partícula con carga negativa y una masa inferior a la del átomo. Entonces, él planteó un modelo atómico en el que explicaba cómo era el átomo. Según este modelo, como el electrón tenía muy poca masa y carga negativa, el resto del átomo debía consistir en una esfera con casi toda la masa y cargada positivamente. Sobre esta esfera, los electrones se colocarían como pepitas y hacen que la carga eléctrica sea cero y el átomo sea neutro.

Fallo del Modelo Atómico de Thomson: Experimento de Rutherford

Este experimento consistió en bombardear una lámina metálica delgada con partículas alfa. Lo que se esperaba era que las partículas alfa atravesaran esa lámina sin desviarse, pero algunas salieron desviadas y otras salían rebotadas. Estos resultados eran incompatibles con el modelo atómico de Thomson.

Modelo Atómico de Rutherford

La explicación de que las partículas alfa se desviaran es que dentro del átomo existe una estructura rígida y dura, esta estructura tenía que tener toda la masa del átomo en unas dimensiones menores que las del átomo y tenía que estar cargada positivamente. Él llamó núcleo a la masa rígida, pequeña y cargada positivamente. Unos años después, se descubrieron los protones, que fueron una de las partículas que formarán parte del núcleo atómico. Pero los protones no tenían la masa suficiente para justificar la masa del átomo. Esto les decía que en el núcleo externo tenía que haber otra partícula que tendría la misma masa del protón, pero sin la carga eléctrica, llamada neutrón.

Características del Modelo de Rutherford

• El átomo está formado por un núcleo y una corteza atómica.
• La corteza está formada por protones y neutrones y tiene toda la masa del átomo y toda la carga positiva.
• El átomo está hueco.
• Tanto electrones como protones son cargas elementales.

Este modelo presenta fallos, como que el átomo es mucho más complejo de lo que él decía.

Fallos del Modelo Atómico de Rutherford: Modelo de Bohr

El modelo atómico de Rutherford tiene bastantes fallos. El principal es la falta de consistencia con la física clásica. Según la teoría electromagnética clásica, cuando una carga eléctrica está rotando, emite energía. Si la carga radia energía, significa que pierde energía y entonces la carga cada vez orbita más bajo. Si el electrón orbita alrededor del núcleo, cada vez irá dando energía y poco a poco irá perdiendo altura hasta que finalmente el electrón choca contra el núcleo y el átomo se destruye. También dice que hay átomos de 80 y más protones, lo que significa que hay átomos de 80 o más electrones, pero Rutherford no dice ni cómo se organizan, ni si rotan en órbitas separadas...

Su solución es el modelo atómico de Bohr, cuyo punto principal es que propone que los electrones no pueden orbitar a cualquier distancia del núcleo, solo hay unos radios permitidos en los que los electrones, al girar, no dan energía, con lo cual el modelo de Rutherford queda descartado porque los átomos no chocan contra el núcleo porque no pierden energía, por lo tanto, el átomo no desaparecería. Y cada una de esas órbitas forma una capa y en esas capas hay otras subcapas.