Desentrañando el Átomo: El Camino hacia Electrones y Protones

Descubriendo la Estructura Atómica: Experimentos Fundamentales

Para comprender la estructura interna de los átomos, se llevaron a cabo una serie de experimentos cruciales. El primero de ellos fue realizado por Michael Faraday, quien estudió el paso de la corriente eléctrica a través de disoluciones de iones, un proceso conocido como electrólisis. Posteriormente, diversos autores continuaron investigando los efectos de la corriente eléctrica a través de gases a muy bajas presiones.

Se comprobó que las sustancias se veían afectadas por estas pruebas, lo que para algunos científicos significaba que debían contener partículas sensibles a las fuerzas eléctricas. Dado que los átomos se comportaban como si fuesen eléctricamente neutros, se dedujo que debían estar formados por partículas más pequeñas, cargadas eléctricamente de forma opuesta, que se neutralizaran entre sí.

Los Rayos Catódicos y el Descubrimiento del Electrón

El científico alemán Heinrich Geissler se propuso investigar si los átomos conducían la corriente. Para ello, fabricó un tubo de vidrio con dos electrodos metálicos incrustados, conectados a un generador de corriente de alto voltaje. Observó que, al encerrar un gas a baja presión en el tubo, algo chocaba contra la pared opuesta al cátodo, produciendo una fluorescencia, mientras que el resto del tubo permanecía oscuro.

Posteriormente, William Crookes mejoró el tubo de descargas eléctricas, reduciendo la presión en su interior a casi el vacío y conectándolo a un voltaje muy elevado. En este tubo, en la pared opuesta al cátodo, aparecía una especie de radiación provocada por el choque contra el vidrio de una emisión proveniente del cátodo. Al desconocer su naturaleza, se les denominó rayos catódicos.

Propiedades de los Rayos Catódicos y la Identificación del Electrón

Las investigaciones revelaron que los rayos catódicos estaban formados por partículas con carga negativa que se propagaban en línea recta hacia el electrodo positivo y poseían una masa apreciable. Eran partículas con energía cinética. Además, se comprobó que un imán podía desviar el haz luminoso, lo que ratificaba su naturaleza eléctrica.

Un hallazgo crucial fue que estas partículas eran siempre idénticas, independientemente del material del cátodo o del gas residual en el tubo. Esto llevó a la conclusión de que debían ser componentes básicos de cualquier átomo. George Johnstone Stoney las denominó electrones.

Más tarde, las experiencias realizadas por J.J. Thomson permitieron determinar la relación entre la carga y la masa de los electrones. Finalmente, Robert Millikan obtuvo experimentalmente el valor de su carga eléctrica, lo que permitió calcular su masa.

Los Rayos Canales y el Descubrimiento del Protón

Dado que la materia es eléctricamente neutra, se postuló la existencia de partículas con carga eléctrica positiva que neutralizaran los electrones en los átomos.

Eugen Goldstein utilizó un tubo de descarga similar al de Crookes, con la diferencia de que el cátodo estaba perforado. Observó que, a la vez que se producían los rayos catódicos, existían otros rayos que atravesaban los orificios del cátodo, produciendo una luminiscencia al chocar con las paredes del tubo. A estos los llamó rayos canales.

A diferencia de los rayos catódicos, la masa y la carga de estas partículas dependían del gas encerrado en el tubo, lo que indicaba que eran iones positivos del gas.

La Constitución Atómica y la Identificación del Protón

Con los datos obtenidos de los experimentos con rayos catódicos y canales, la explicación para la constitución de los átomos se consolidó:

• Los electrones se desprenden del material del cátodo utilizado para el experimento, lo que indica que se hallan básicamente en toda la materia.
• Estos electrones chocan con las partículas del gas residual, arrancando de ellas otros electrones y dejándolas cargadas positivamente. Estas partículas cargadas positivamente son atraídas por el cátodo perforado, formando los rayos canales. Por lo tanto, su masa y carga dependen de las del gas utilizado. Los rayos canales son, en esencia, iones positivos del gas encerrado en el tubo.

Ernest Rutherford realizó la misma experiencia utilizando gas hidrógeno, por ser el tipo de átomo más sencillo. Comprobó que su carga positiva era del mismo valor que la carga negativa del electrón, pero que su masa era mucho mayor. A estas partículas las llamó protones.

Dado que se podían obtener tanto rayos canales como catódicos, se llegó a la conclusión de que el protón y el electrón eran componentes primordiales de todos los átomos, sentando las bases para los modelos atómicos posteriores.