3
El átomo
66
3.
Los primeros modelos atómicos
Está claro que el modelo de átomo indivisible de Dalton no puede
explicar las observaciones y los hechos que ponen de manifiesto
los experimentos de electrización y los de los tubos de descarga
de gases: la existencia del protón y el electrón.
Conviene insistir en que un modelo científico intenta explicar una
teoría mediante una comparación. Un modelo será tanto más
perfecto cuanto más claramente explique los hechos experimen-
tales. Si aparece una nueva experiencia que no puede adaptarse
al modelo, este debe ser revisado y, en su caso, rechazado y esto
es lo que sucedió con el modelo atómico de Dalton.
Hay que tener en cuenta que uno de los criterios de evaluación de
esta unidad es: reconocer que los modelos atómicos son instru-
mentos interpretativos de las distintas teorías y la necesidad de su
utilización para la interpretación y comprensión de la estructura
interna de la materia.
Asimismo uno de los estándares de aprendizaje de esta unidad es:
describe las características de las partículas subatómicas básicas y
su localización en el átomo.
3.1.
El modelo atómico de Thomson
Este modelo surge para intentar explicar el hecho de que la mate-
ria es eléctricamente neutra, cómo se electriza la materia y cómo
están distribuidas las cargas positivas y negativas en la materia.
La comparación típica del modelo de Thomson con un pudin de
pasas puede sustituirse por una sandía en el que, la carne roja
representa la esfera de carga positiva continua y esponjosa que
contiene casi toda la masa y las pepitas representan los electrones
incrustados.
Actividades de refuerzo:
EL MODELO ATÓMICO DE THOMSON
Al alumno se le puede proporcionar estas actividades para practi-
car más sobre el modelo atómico de Thomson.
3.1.1. La electrización de la materia
Es muy importante que los alumnos asocien los fenómenos de
electrización de la materia a la pérdida o ganancia de electrones y
no a la variación del número de protones.
Enlace web:
FENÓMENOS DE ELECTRIZACIÓN
Si no se quiere realizar la experiencia se puede utilizar esta anima-
ción: Se puede seleccionar hacer la experiencia con una varilla de
vidrio o de plástico. Hay que descargar la bolita del péndulo para
reiniciar la experiencia. Con el ratón se acerca la varilla cargada
positivamente en el caso del vidrio o negativamente en el caso del
plástico a la bolita del péndulo, primero sin tocarla y a continua-
ción haciendo que entren en contacto.
Aunque vamos a justificar la formación de iones con el modelo
atómico de Rutherford, el modelo atómico de Thomson también
justifica la formación de iones mediante la pérdida o ganancia de
electrones.
Se puede pedir a los alumnos que utilicen el dibujo de la repre-
sentación de un átomo según el modelo de Thomson para dibujar
ese mismo átomo con una carga neta positiva (un catión) y con
una carga neta negativa (un anión). Esto mismo se puede repetir
con la actividad 13.
66
67
3. Elátomo
3
+
www
3.2.
El modelo atómico de Rutherford
ElmodeloatómicodeThomson fueaceptadodurantealgunosaños,hastaque secom-
probóquenopodíaexplicar los resultadosdeexperimentos realizadosposteriormente.
3.2.1.
Experimento de Rutherford, Geiger y Marsden
En 1909,
E. Rutherford
(1871-1937) y sus colaboradores,
H. Geiger
(1882-1945) y
E. Marsden
(1889-1970), bombardearon una lámina de oro muy fina con partículas
cargadas positivamente y a gran velocidad.
3.
LOS PRIMEROS MODELOS ATÓMICOS
Los descubrimientos del electrón y del protón son incompatibles con un modelo de
un átomo indivisible, ya que estas partículas están dentro del átomo. Los científicos se
vieron obligados a idear un modelo que explicara cómo están situadas las partículas
subatómicas en el interior del átomo.
3.1.
El modelo atómico de Thomson
En 1904,
J. J. Thomson
idea un modelo atómico en el que el átomo es una especie
de
esferadecargapositiva
continuayesponjosaquecontienecasi toda lamasa.Los
electrones están incrustados
en ella de forma similar a como lo están las pasas en
un bizcocho.
¿Cómo crees que explica este modelo atómico los fenómenos de electrización
de la materia?
Este modelo explica los fenómenos de electrización mediante la
ganancia o pérdida
de electrones.
3.1.1.
La electrización de la materia
Lamateriaes,por logeneral,eléctricamenteneutra.Paraqueadquiera cargaeléctrica,
debe romperse el equilibrio que existe entre el número de cargas positivas y el de
cargas negativas. Así, un cuerpo está cargado negativamente cuando tiene exceso de
electrones y positivamente cuando tiene defecto de ellos.
¿Qué sucede con las cargas cuando frotamos una varilla de plástico con un
trozo de lana?
La lana es eléctricamente neutra, es decir, tiene el mismo número de cargas positivas
(protones) y negativas (electrones). Cuando se frota con una varilla de plástico, esta
se lleva parte de los electrones de la lana. De este modo, la barra de plástico adquiere
carga negativa (exceso de electrones) y la lana, carga positiva (defecto de electrones).
¿Qué sucede con las cargas cuando frotamos una varilla de vidrio con un trozo
de seda?
La seda es eléctricamente neutra, pero al frotarla con la barra de vidrio, esta le cede
cargas negativas (electrones), de manera que la barra queda cargada positivamente y
la seda negativamente.
Observa que en todos los casos son los electrones, y nunca los protones, las partículas
que se ceden o se ganan.
❚
Los electrones y los protones
son partículas constituyentes
del átomo.
+
Representacióndeunátomo
según elmodelodeThomson.
Elmodelodeátomopro-
puesto por Thomson ha sido
comparado con una sandía.
¿Qué papel crees que repre-
senta la carne rojadeesta fru-
ta? ¿Y las semillasnegras?
12
+
+
+
+
+
+
+
+
Partículas
Átomos
Según elmodelode Thomson,
estoes loquedeberíahaber
ocurrido.
¿Cómo deberían com-
portarse las partículas positi-
vas al incidir con el átomo se-
gún el modelo de Thomson?
15
1
3
2
+
+
++
+
+
+
Trayectoriasque siguen las
partículaspositivas alatravesar
la láminadeoro.
¿Qué les ha sucedido a
las partículas que describen
las trayectorias 1, 2 y 3?
16
Dibuja un átomo de
Thomsoneléctricamenteneu-
tro: con siete cargasnegativas
incrustadas en una esfera con
la correspondiente carga po-
sitiva.
En la experiencia de
electrización de la barra de
plástico con la lana:
a)
¿Qué carga eléctrica po-
seen inicialmente la barra
de plástico y la lana?
b)
¿Qué carga eléctrica ad-
quiere la barra de plásti-
co cuando se frota con la
lana?
c)
¿Qué carga eléctrica ad-
quiere la lana?
d)
¿Quién ha perdido electro-
nes, la barra de plástico o
la lana?
13
14
Como se observa en el dibujo, y de acuerdo con el modelo atómico de Thomson, lo
que tendría que haber ocurrido es que las partículas positivas hubieran atravesado la
lámina sin ser apreciablemente desviadas de su trayectoria rectilínea.
Sin embargo, este fue el resultado del experimento:
❚
Lamayorpartede laspartículas
atravesaron
la finísima láminadeoro sin cambiar la
dirección, como era de esperar.
❚
Algunas se
desviaron
considerablemente.
❚
Sorprendentemente, algunas partículas
rebotaron
hacia la fuente de emisión.
Tras estos inesperados resultados, Rutherford llegó a las siguientes conclusiones:
❚
El hecho de que las partículas positivas que se dirigen a gran velocidad hacia la lá-
mina de oro la atraviesen sin desviarse indica que el
átomo
es, en su mayor parte,
espacio vacío.
❚
El hecho de que algunas partículas positivas procedentes de la fuente se desvíen in-
dica que han pasado cerca de una zona del átomo que también tiene carga positiva
y las ha repelido.
❚
El hecho de que algunas partículas positivas reboten hacia la fuente emisora indica que
existen choques directos contra una zona del átomo muy densa y fuertemente positiva,
quedenominó
núcleoatómico.
Despuésdeanalizar los resultados,Rutherforddescribióunmodelode
átomonuclear
que consta de dos zonas diferenciadas:
❚
Una
zona central
del átomo muy pequeña, muy densa y cargada positivamente,
pues es donde se encuentran los protones.
❚
Una
zonaperiférica
en laque loselectrones,cargadosnegativamente,giranalrede-
dor del núcleo y a cierta distancia del él.
Entonces, ¿cómo justifica el modelo de Rutherford la experiencia de la lámina
de oro?
❚
Explicación de Rutherford al experimento de la lámina de oro
1.
Lacargapositivaestáconcentradaenelnúcleocentral,demaneraque laspartículas
positivas que pasan muy cerca de él se desvían mucho de su trayectoria rectilínea.
2.
Las partículas positivas que colisionan directamente contra el núcleo, muy denso y
positivo, rebotan en la dirección de la que proceden.
3.
Las partículas que pasan lejos del núcleo no se desvían de su trayectoria.
Fuentede
partículas
positivas
Partículas
cargadas
positivamente
Atraviesan sin
cambiarde
dirección
Sedesvían
Rebotan
Detectorde
partículas
