Grado 11

Grado 11Estructura del átomo


Descubrimiento del electrón, protón y neutrón


Introducción

La estructura del átomo es un concepto fascinante y fundamental en la química. Los átomos son los bloques básicos de la materia, y entender su estructura es esencial para comprender cómo interactúan los elementos y compuestos. El descubrimiento del electrón, protón y neutrón fue crucial para establecer el modelo atómico moderno. Esta guía discutirá la historia y los experimentos que llevaron a estos importantes descubrimientos.

Descubrimiento del electrón

El experimento del tubo de rayos catódicos de J.J. Thomson

La historia del electrón comienza con J.J. Thomson, quien realizó experimentos utilizando un tubo de rayos catódicos a finales del siglo XIX. El tubo de rayos catódicos es un recipiente de vidrio sellado que contiene una fuente de alto voltaje que crea un haz de partículas.

En su experimento, Thomson aplicó voltaje a dos electrodos en un tubo de vacío, haciendo que los rayos catódicos emergieran del cátodo y se dirigieran hacia el ánodo. Observó que estos rayos eran desviados por campos eléctricos y magnéticos.

Importancia del experimento

La desviación de los rayos catódicos mostró que estaban compuestos de partículas cargadas negativamente, a las que Thomson llamó electrones. Midió la relación carga-masa de las partículas, concluyendo que estos electrones eran mucho más ligeros que los átomos, lo que indicaba que los átomos estaban formados por partículas subatómicas aún más pequeñas.

Tubo: [--------] Cátodo (-) Rayos -> [--------] Ánodo (+)
        Electrones emitidos y desviados por campos 
    

Modelo atómico de Thomson

Basado en sus hallazgos, Thomson propuso el modelo atómico de "budín de ciruelas". En este modelo, el átomo se ve como una esfera cargada positivamente con electrones cargados negativamente incrustados en ella, como ciruelas en un pudín.

Electrón (negativo) "Pudín" cargado positivamente

Descubrimiento del protón

El experimento de la lámina de oro de Ernest Rutherford

El antiguo alumno de Thomson, Ernest Rutherford, llevó a cabo el experimento de la lámina de oro en 1909. Él y su equipo pasaron un flujo de partículas alfa a través de una lámina de oro muy delgada.

Las partículas alfa son partículas cargadas positivamente emitidas por sustancias radiactivas. Al observar la desviación de estas partículas, Rutherford hizo varias observaciones importantes.

Consecuencias imprevistas

Mientras que la mayoría de las partículas alfa pasaban directamente a través de la lámina, algunas fueron desviadas en ángulos grandes y algunas incluso rebotaron hacia atrás. Esto fue inesperado, porque según el modelo de budín de ciruelas, una desviación tan grande no debería ocurrir.

Modelo atómico de Rutherford

Rutherford concluyó que el átomo debe tener un núcleo pequeño, denso y cargado positivamente que repele las partículas alfa. Propuso que los electrones orbitan este núcleo, al igual que los planetas orbitan el sol.

Electrón (negativo) Núcleo (positivo)

Descubrimiento del neutrón

Experimento de James Chadwick

La existencia de otra partícula subatómica, el neutrón, no fue confirmada hasta 1932 por James Chadwick. Chadwick realizó experimentos para investigar cómo interactúan las partículas alfa con el berilio.

Cuando el berilio fue bombardeado con partículas alfa, emitió un tipo de radiación que era altamente penetrante y no fue desviada por campos eléctricos o magnéticos, lo que indicaba que no tenía carga.

Identificación de neutrones

Chadwick concluyó que esta radiación estaba compuesta por partículas con una masa aproximadamente igual a la de los protones, pero sin ninguna carga. Llamó a estas partículas neutrones.

Los neutrones, al ser cargados de manera neutral, desempeñan un papel importante en la estabilidad del núcleo y explican por qué los isótopos de un elemento tienen diferentes números de masa.

Neutrón (Neutral) Protón (positivo) Electrón (negativo)

Modelo atómico moderno

Los descubrimientos del electrón, protón y neutrón han influido significativamente en nuestra comprensión de la estructura atómica. En el modelo atómico moderno, el núcleo de un átomo consta de protones y neutrones, mientras que los electrones ocupan el espacio alrededor del núcleo en niveles de energía definidos.

El papel de los electrones

Los electrones son responsables de las propiedades químicas de los elementos. La disposición de los electrones en un átomo determina cómo el átomo interactuará con otros átomos, formando moléculas y compuestos.

 P.ej., H 2 O - Molécula de agua formada por la interacción química de átomos de oxígeno (O) e hidrógeno (H).

Papel de los protones y neutrones

Los protones determinan la identidad de un elemento. Por ejemplo, todos los átomos con un protón en el núcleo son átomos de hidrógeno. Los neutrones, por otro lado, contribuyen a la masa del átomo y afectan la estabilidad nuclear.

Elemento: Hidrógeno (H)
Protones: 1
Neutrones: 0
Electrones: 1
,
Elemento: Carbono (C)
Protones: 6
Neutrones: 6
Electrones: 6
    

Estabilidad general e isótopos

Los neutrones son esenciales para la estabilidad de la mayoría de los núcleos. Los átomos del mismo elemento con diferentes números de neutrones se llaman isótopos. Los isótopos de un elemento tienen el mismo número de protones pero diferentes números de masa debido a los diferentes números de neutrones.

 P.ej., Carbono-12, Carbono-13 y Carbono-14 son isótopos con 6, 7 y 8 neutrones, respectivamente.

Conclusión

El descubrimiento del electrón, protón y neutrón ha revolucionado nuestra comprensión de la estructura atómica. Estas partículas forman la base del átomo, influyendo tanto en las reacciones químicas como en los fenómenos nucleares. Una comprensión sólida de la estructura atómica es fundamental para el estudio de la química y muchas disciplinas científicas, ayudándonos a explicar por qué la materia se comporta de la manera en que lo hace.


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