Estudio de la química, Apuntes de Química

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Instituto tecnológico de Mérida

tema

Rayos catódicos y anódicos

Tubos de descarga de Thompson

Modelos atómicos

Experimento de Rutherford y millikan

Q

La primera evidencia de partículas subatómicas se obtuvo

en el estudio de la conducción de la electricidad a través

de gases a bajas presiones.

Para ello se suelen utilizar los llamados tubos de descarga

que son tubos de vidrios provistos de dos electrodos

metálicos y un orificio que permite hacer el vacío.

Cuando llenamos el tubo de un gas y se aplica a los

electrodos un d.d.p. no se observa el paso de la corriente

pero si se disminuye la presión del gas, éste se vuelve

conductor y se produce una serie de descargas de distinta

coloración dependiendo de la naturaleza del gas (púrpura

con el aire, rojo anaranjado con el neón, azul con el argón,

etc)si hacemos el vacío hasta alcanzar una presión del

orden de 0.0001 atm. aparece una fluorescencia en la

pared del tubo situada detrás del polo positivo (ánodo).

Rayos catódicos. Modelo de

Thomson.

Descubrimiento del electrón. Descubrimiento del electrón.

En 1897, al someter a un gas a baja presión a un voltaje elevado,

este emitía unas radiaciones que se conocieron como rayos

catódicos.

Se observó que los rayos catódicos eran partículas negativas (se

desviaban hacia el polo positivo de un campo

Tubos de descarga de thompson

J. J. Thompson (en 1897) por medio de un experimento

midió la proporción que existe entre la carga y la masa de

una corriente de electrones, usando un tubo de rayos

catódicos obteniendo un valor de 1.76 x 108 C/g.

La corriente de partículas cargadas puede desviarse por

medio de una carga eléctrica o un campo magnético.

Se puede emplear un campo eléctrico para compensar por

la desviación producida por el campo magnético. Dando

como resultado que el haz de electrones se comporte

como si no tuviera carga.

La corriente requerida para neutralizar al campo

magnético aplicado indica la carga del haz.

La pérdida de masa del cátodo indica la masa de la

corriente de electrones.

Diagrama del experimento de Thompson.

Tubo de rayos catódicos y el arreglo usado en el experimento de Thompson. Thompson determinó el cociente entre la carga y la masa para el electrón, pero no pudo determinar la masa del electrón. Sin embargo, de sus datos se puede obtener la carga de un electrón, siempre y cuando se conozca la masa de un solo electrón. Robert Millikan (en 1909) pudo medir la carga de un electrón en el experimento de la gota de aceite, obteniendo un valor de 1.60 x 10-19 C. Así, la masa de un electrón puede calcularse:

MODELOS ATOMICOS

Con esta idea, Dalton publicó en 1808 su Teoría Atómica que pode-

mos resumir :

Los cuerpos compuestos están formados por átomos diferentes;

las propiedades del compuesto dependen del número y de la clase

de átomos que tenga.

Los elementos están formados por partículas muy pequeñas,

llamadas átomos, que son indivisibles e indestructibles.

Todos los átomos de un elemento

tienen la misma masa atómica.

Los átomos se combinan en relacio-

nes sencillas para formar compues-

tos.

La teoría de Dalton impulsó los conocimientos químicos durante un

siglo. A pesar de sus intentos,

Dalton no consiguió medir la masa absoluta de los átomos, pues

sabemos que es extremadamente pequeña, por lo que trató de

calcular la masa de los átomos con relación al hidrógeno, al que

dió el valor unidad.

Así surgió la escala química de masa atómicas.

Posteriormente se tomó como átomo de referencia el oxígeno, al

que se atribuyó una masa igual a 16, y se definió la unidad de

masa atómica (uma) como 1/16 de la masa del oxígeno.

Limitaciones de la teoría

La Ley de Lavoisier no es totalmente cierta, porque toda reacción

química lleva consigo un intercambio de energía y la producción de

energía supone pérdida de masa, según la ecuación de Einstein:

E = mc 2*

Pero esta pérdida de masa en los procesos normales, escapa a toda

medida experimental con la balanza. La idea de Dalton de que los

átomos de cada elemento son todos iguales es falsa, pues la mayor

parte de los elementos están formados por isótopos, cosa que Dalton

desconocía.

Igualmente, cuando se combinan en reacciones normales los átomos

no se alteran, pero hoy se producen reacciones nucleares que rom-

pen o transmutan los átomos. Dalton no podía conocer estos avan-

ces.

La medida directa del cociente carga-masa, e/m, de los electrones

por J.J.Thomson en 1897 puede considerarse justamente como el

principio para la compresión actual de la estructura atómica.

El clásico experimento de Thomson se desarrolló a partir del estu-

dio de las descargas eléctricas en gases.

Tubo de rayos cató- dicos utilizado por Thomson Cuando se sitúan unas aberturas en A y B, el brillo se limita a un punto bien de-finido sobre el vidrio, este punto puede desviarse mediante campos eléctri-cos o magnéticos.

Tras las investigaciones de Geiger y Mardsen sobre la dispersión de partículas alfa al incidir sobre láminas metálicas, se hizo necesario la revisión del modelo atómico de Thomson, que realizo Rutherford entre 1909-

Ernest Rutherford, (1871-1937)

Físico Inglés, nació en Nueva Zelanda, profesor en Manchester y director del laboratorio Cavendish de la universidad de Cambridge. Premio Nobel de Química en 1908. Sus brillantes investigaciones sobre la estructura atómica y sobre la radioactividad iniciaron el camino a los descu- brimientos más notables del siglo. Estudió experimentalmente la naturaleza de las radiaciones emitidas por los elementos radiactivos. Este concebía el átomo como una esfera de carga positiva uniforme en la cual están incrustados los electrones.

Se supone que el átomo consiste de un cierto número N de corpúsculos cargados negativamente, acompañados de una cantidad igual de electri-cidad positiva distribuida uniformemente en toda una esfera. La teoría de Thomson está basada en la hipótesis de que la dispersión debida a un simple choque atómico es pequeña y que la estructura supuesta para el átomo no admite una desviación muy grande de una partícula alfa que incida sobre el mismo, a menos que se suponga que el diámetro de la esfera de electricidad positiva es pequeño en comparación con el diámetro de influencia del átomo Puesto que las partículas alfa y beta atraviesan el átomo, un estudio riguro- so de la naturaleza de la desviación debe proporcionar cierta luz sobre la constitución de átomo, capaz de producir los efectos observados.