Modelos Atomicos

1. Descripción superficial de los hechos experimentales sobre la naturaleza de la materia.

• Electrificación por frotamiento:

Al frotar dos cuerpos eléctricamente neutros (número de electrones = número de protones), ambos se cargan, uno con carga positiva y el otro con carga negativa.

Ejemplo: Si se frota una barra de vidrio con un paño de seda, hay un traspaso de electrones del vidrio a la seda, el vidrio adquiere una carga eléctrica positiva al perder un determinado número de cargas negativas (electrones); estas cargas negativas son atraídas por la seda, con lo cual se satura de cargas negativas. Al quedar cargados eléctricamente ambos cuerpos, ejercen una influencia eléctrica en una zona determinada que depende de la cantidad de carga ganada o perdida, dicha zona se llama campo eléctrico.

• Carga por electrolisis:

Es un método de separación de los elementos que forman un compuesto aplicando electricidad: se produce en primer lugar la descomposición en iones, seguido de diversos efectos o reacciones secundarios según los casos concretos.

El proceso electrolítico consiste en lo siguiente. Se disuelve una sustancia en un determinado disolvente, con el fin de que los iones que constituyen dicha sustancia estén presentes en la disolución. Posteriormente se aplica una corriente eléctrica a un par de electrodos conductores colocados en la disolución. El electrodo cargado negativamente se conoce como cátodo, y el cargado positivamente como ánodo. Cada electrodo atrae a los iones de carga opuesta. Así, los iones positivos, o cationes, son atraídos al cátodo, mientras que los iones negativos, o aniones, se desplazan hacia el ánodo. La energía necesaria para separar a los iones e incrementar su concentración en los electrodos, proviene de una fuente de potencia eléctrica que mantiene la diferencia de potencial en los electrodos.

En los electrodos, los electrones son absorbidos o emitidos por los iones, formando concentraciones de los elementos o compuestos deseados. Por ejemplo, en la electrólisis del agua, se forma hidrógeno en el cátodo, y oxígeno en el ánodo. Esto fue descubierto en1820 por el físico y químico inglés Michael Faraday.

La electrólisis no depende de la transferencia de calor, aunque éste puede ser producido en un proceso electrolítico, por tanto, la eficiencia del proceso puede ser cercana al 100%.

• Carga por efecto fotoeléctrico:

Es un efecto de formación y liberación de partículas eléctricamente cargadas que se produce en la materia. En el efecto fotoeléctrico externo se liberan electrones en la superficie de un conductor metálico al absorber energía de la luz que incide sobre dicha superficie. Este efecto se emplea en la célula fotoeléctrica, donde los electrones liberados por un polo de la célula, el fotocátodo, se mueven hacia el otro polo, el ánodo, bajo la influencia de un campo eléctrico.

• Carga por efecto termoeléctrico:

El efecto termoeléctrico es la conversión directa de la diferencia de temperatura a voltaje eléctrico y viceversa. Un dispositivo termoeléctrico crea un voltaje cuando hay una diferencia de temperatura a cada lado. Por el contrario cuando se le aplica un voltaje, crea una diferencia de temperatura (conocido como efecto Peltier). A escala atómica (en especial, portadores de carga), un gradiente de temperatura aplicado provoca portadores cargados en el material, si hay electrones o huecos, para difundir desde el lado caliente al lado frío, similar a un gas clásico que se expande cuando se calienta; por consiguiente, la corriente inducida termalmente.

Este efecto se puede usar para generar electricidad, medir temperatura, enfriar objetos, o calentarlos o cocinarlos. Porque la dirección de calentamiento o enfriamiento es determinada por el signo del voltaje aplicado, dispositivos termoeléctricos producen controladores de temperatura muy convenientes.

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

• Experimento de J.J Thomson:

Este experimento tenía por objeto demostrar que los rayos catódicos podían desviarse mediante el uso de campos cruzados, y por tanto, se componían de partículas cargadas. Midiendo la desviación de estas partículas, Thomson pudo demostrar que todas las partículas tenían la misma relación carga a masa q/m y determinar este cociente. Demostró que las partículas con esta razón carga a masa pueden obtenerse utilizando un material cualquiera como cátodo, lo que significa que estas partículas, ahora denominadas electrones, son un constituyente fundamental de toda materia.

La figura 1. Se muestra un diagrama esquemático del tubo de rayos catódicos usado por Thomson. Los electrones son emitidos por el cátodo, que está a un potencial negativo con respecto al ánodo. El ánodo origina un campo eléctrico, que acelera los electrones. Cuando éstos llegan a la región entre las placas del condensador, donde existe un campo eléctrico perpendicular a la velocidad inicial, los electrones se aceleran verticalmente, por lo que se desvían e inciden en la pantalla fluorescente situada en el extremo del tubo con cierto desplazamiento d respecto al punto donde incidirían si no existiese campo eléctrico entre las placas.

Figura 1. Diagrama esquemático del tubo de rayos catódicos utilizado por Thomson.

Los rayos catódicos estaban hechos de partículas a las que llamó "corpúsculos", y estos corpúsculos procedían de dentro de los átomos de los electrodos, lo que significa que los átomos son, de hecho, divisibles. Thomson imaginó que el átomo se compone de estos corpúsculos en un mar lleno de carga positiva; a este modelo del átomo, atribuido a Thomson, se le llamó el modelo de pudín de pasas. En 1906 fue galardonado con el Premio Nobel de Física por su trabajo sobre la conducción de la electricidad a través de los gases.

• Experimento de R.A Millikan:

De 1909 a 1913, Robert Andrews Millikan desarrolló un brillante conjunto de experimentos en la Universidad de Chicago, mediante los cuales midió la carga elemental e 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

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