Experimentos que determinaron la carga y masa del electrón

Universidad De Oriente
Núcleo de Anzoátegui
Unidad de cursos básicos
Departamento de ciencias

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Barcelona, Julio de 2015

INDICE

1.   INTRODUCCIÓN………………………………………….................................. pág. i

2.   DESARROLLO
      2.1  Experimentos que determinaron la carga y masa del electrón……………. Pág. 4
      2.2  Modelos atómicos de Thomson, Rutherford y Borh……………………… Pág. 5
      2.3   Propiedades de las partículas fundamentales del átomo………………….. pág. 6
      2.4   Particula de Dios…………………………………………………………   pág. 7
      2.5   Aportes de científicos a la teoría atómica………………………………… pág. 9
      2.6   Primeros intentos de clasificación de la tabla periódica………………….. pag.11
      2.7   Clasificación de la tabla periódica actual…………………………………..pag.13
      2.8    Distribución electrónica de los elementos…………………………………pag.14
      2.9    Propiedades periódicas…………………………………………………….pag.16
      2.10  Enlace químico…………………………………………………………….pag.17
      2.11  Hibridación de orbitales atómicos…………………………………………pag.18

3.   CONCLUSIÓN…………………………………………………………………..pag.19

4.   ANEXOS…………………………………………………………………………pag.20

5.   BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………………pag.21

INTRODUCCIÓN

-     Desde tiempos muy remotos, en la escuela atomista de la Antigua Grecia se postuló el concepto de átomo como bloque básico e indivisible que compone la materia del universo. Pero por falta de pruebas, no fueron consideradas seriamente por los científicos hasta el siglo XIX, cuando empezaron a ser tomadas en cuenta para explicar ciertas leyes químicas.

-    Debido a la curiosidad, empeño e investigaciones de científicos que necesitaban entender el universo y toda materia que lo compone, tales como J.J Thomson, Rutherford, Borh, sus alumnos y colaboradores, pudieron demostrar la existencia del átomo y   sus partículas fundamentales, las cuales son: electrón, neutrón, protón.

-     Muchos científicos hicieron grandes aportes a la teoría atómica, la cual no se queda solo en la química, ya que es la materia que compone el universo y no puede limitarse solo a la química. Sin el descubrimiento del átomo, por ejemplo, no podrían explicarse tantos fenómenos físicos.

-     En el siglo XX, Albert Einstein postuló la existencia de los átomos el cual le valdría el premio nobel de física, junto con su artículo acerca de los fotones.

-   Posteriormente, en 1960 un físico británico Peter Higgs escribió un artículo, describiendo un modelo teórico (mecanismo de Higgs), pero fue rechazo con el pretexto de que ese modelo teórico no tenia relevancia obvia para la física, y por falta de profundidad ya que Higgs había hecho un artículo corto. Higgs escribió un párrafo extra y mandó su artículo a otra revista, donde fue publicado. Gracias al bosón de Higgs, cada día la ciencia avanza más, recientemente gano el premio nobel de física.

-   También existía una alta necesidad en agrupar los elementos químicos que se  encontraban, ya que así era muy difícil estudiarlos y se sabía que faltaban muchos más elementos por conocer. Con la ayuda de diversos científicos se logro construir lo que hoy conocemos como la tabla periódica.

DESARROLLO

Experimentos que condujeron a determinar la carga y la masa del electrón.

• El experimento de Thomson: relación masa/carga:        

-  Se especuló mucho acerca de la naturaleza de los rayos catódicos. En general, los científicos alemanes sostenían que era más probable que los rayos fuesen una forma de energía muy parecida a la luz visible. La respuesta provino de un experimento, realizado por el físico inglés J.J Thomson en 1897.

-  Thomson mostró que los rayos catódicos se desviaban en un campo eléctrico. La placa positiva atraía el haz y la placa negativa lo repelía. Thomson llegó a la conclusión de que los rayos catódicos se componen de partículas  cargadas que llevan una carga negativa. Sus experimentos demostraron también que las partículas eran idénticas cualesquiera que fuesen los materiales de los que estaban hechos los electrodos o del gas existente dentro del tubo de rayos catódicos. Si bien se conocía la existencia de los átomos como partículas elementales indivisibles, él fue el primero en postular que presentaban una estructura interna complicada.

-   Su conclusión fue que estas partículas negativas forman parte de todo tipo de átomos. Se dio el nombre de “electrón” a estas unidades de carga negativa

-  Thomson consiguió calcular la relación que guarda la masa del electrón respecto a su carga. Era imposible medir la masa o la carga por separado. Thomson midió la relación masa/carga del electrón, pero no pudo determinar la masa ni la carga.

• El experimento de Millikan de la gota de aceite: Carga eléctrica        

-   La carga del electrón se determinó en 1909. Un físico estadounidense, Robert Millikan, hizo experimentos con gotas de aceite eléctricamente cargadas en un campo eléctrico. Mediante los cuales midió la carga elemental del electrón y demostró la naturaleza cuantizada de la carga electrónica. El aparato que usó consta de dos láminas metálicas paralelas. A través de un pequeño agujero de la lámina superior se dejan pasar unas gotitas de aceite que han sido cargadas por fricción en un atomizador. Un haz de luz horizontal ilumina las gotitas, las cuales son observadas a través de un telescopio cuyo eje forma ángulos rectos respecto al haz. Cuando se observan las gotitas en esta forma, aparecen como estrellas brillantes contra un fondo oscuro y se puede determinar la velocidad de caída de cada una de ellas.

-  Millikan comprobó que el valor de la carga de cada gota era múltiplo entero de la cantidad de 1.6x10-19C.

Descripción de los modelos atómicos de Thomson, Rutherford y Bohr

• Modelo atómico de Thomson.        

-   El átomo es una esfera positiva con incrustaciones negativas parecido al pudín de ciruelas.

• Ventajas: Demostró la existencia de una partícula sub-atómica de carga negativa llamada electrón. Explicó la neutralidad de la materia.
• Desventajas: No explico bien su experimento. No explico la presencia de iones.
  

• Modelo atómico de Rutherford.

-   En el átomo existen grandes espacios vacios y una aglomeración de partículas muy pequeñas de cargas positivas llamado núcleo y alrededor de él giran los electrones como el sistema solar.

• Ventajas: explico bien su experimento. Explico la existencia del núcleo del átomo.

• Desventajas: No explico bien el movimiento de los electrones porque según la teoría centrípeta una carga eléctrica moviéndose a cierta velocidad, y atraído por una fuerza, va perdiendo energía progresivamente, por lo cual, al final, por teoría, los electrones perderían toda su energía hasta que se chocarían con el núcleo, con esto, los electrones dejarían de existir. Esto lleva a otra conclusión: Si los electrones al final chocan con el núcleo y dejan de existir, luego, los átomos y la materia no existen. Esto por supuesto va en contra la realidad, ya que los átomos y la materia misma existen; esto supuso el mayor problema de la teoría de Rutherford. 

• Modelo atómico de Bohr        

-   Niels Bohr describió el átomo de hidrógeno como un sistema en el cual un solo electrón gira alrededor de un núcleo con una sola carga positiva. Integró las ideas de: Thomson, Planck, Rutherford, y produjo un modelo que describe: como un núcleo con carga positiva y los electrones orbitan a su alrededor en órbitas circulares.

• Ventajas: Su modelos fue muy útil para explicar las propiedades físicas y químicas de los elementos. Su modelo permitió explicar adecuadamente el espectro del átomo de hidrógeno.
• Desventajas: No tenia apoyo de una teoría sólida. Tenía discrepancias con los principios de la física clásica.  Pudo calcular los niveles de energía del átomo de hidrogeno (de un solo electrón), pero no pudo construirse con este modelo una teoría para átomos con dos o más electrones. Tampoco puede el modelo de Bohr explicar la formación de enlaces entre átomos para formar moléculas.

Propiedades de las partículas fundamentales del átomo

• Electrón

-   A través de los trabajos de J.J Thomson y Robert Millikan, sus alumnos y colaboradores, se descubrió el electrón y se determinaron sus propiedades. Se demostró que un electrón tiene una masa aproximada de 1/1837 del átomo de hidrógeno y una carga negativa de 1. Un electrón no tiene componentes o subestructura conocidos, en otras palabras, generalmente se define como una partícula elemental

• Protón

-   Esta partícula tiene una masa ligeramente menor que la del átomo de hidrogeno y una carga positiva de 1.

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