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Modelo atómico de Thomson: características y resumen

 
Por Francesca Balada. 11 febrero 2021
Modelo atómico de Thomson: características y resumen

A lo largo de la historia, diferentes científicos propusieron modelos que intentaban explicar cuál era la estructura de los átomos. Uno de estos científicos fue J.J.Thomson. En esta lección de unPROFESOR te ofrecemos un resumen de las características del modelo atómico de Thomson más destacadas.

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Antecedentes al Modelo atómico de Thomson

Joseph John Thomson fue matemático y físico que a finales del s. XIX y principios del XX trabajó en varios experimentos que le permitieron establecer un modelo atómico que explicara los conocimientos del átomo que se tenían entonces.

Experimentó con descargas eléctricas en gases a bajas presiones, que llevaron al descubrimiento del electrón en 1897, uno de los acontecimientos más importantes de la ciencia.

Sus experimentos fueron posibles gracias a la invención del tubo de rayos catódicos de William Crookes unos años antes (1975). Los experimentos de Crookes habían establecido una serie de características de los rayos catódicos que condujeron finalmente al descubrimiento del electrón por parte de Thomson. El descubrimiento del electrón permitió a Thomson proponer un modelo atómico que tuviera en cuenta las características de esta partícula subatómica recién descubierta.

El descubrimiento del electrón y los rayos catódicos

En condiciones normales, un gas es un mal conductor de la electricidad. Sin embargo, en las condiciones que se establecen en el tubo de rayos catódicos, donde el gas se encuentra a presiones muy bajas y donde se establece una diferencia de potencial al introducir dos electrodos dentro del tubo; los gases se convierten en conductores de la electricidad.

Uno de los descubrimientos clave realizados por Thomson con sus experimentos con rayos catódicos fue la desviación de los rayos catódicos sometidos a un campo eléctrico. En aquel momento existían diversas teorías sobre la naturaleza de los rayos catódicos. Mientras los físicos alemanes, consideraban los rayos catódicos como algún tipo de radiación, los físicos británicos consideraban que estos rayos estaban formados por algún tipo de partícula cargada negativamente, tal y como se dedujo de experimentos previos realizados por Crookes.

La mejora en la obtención de bajas presiones en el interior de los tubos de rayos catódicos, permitió a Thomson observar con precisión el efecto de los campos eléctricos sobre los rayos catódicos. Era sabido que los rayos catódicos viajaban en línea recta en ausencia de campos eléctricos o magnéticos.

Thomson introdujo dos placas metálicas, paralelas al recorrido de los rayos catódicos, en el tubo de rayos catódicos y estableció entre ellas una diferencia de potencial, una escala en la parte final del tubo donde incidían los rayos catódicos permitían medir el grado de desviación de los rayos cuando eran sometidos a distintas diferencias de potencial. Previamente, ya se había observado la desviación de los rayos catódicos por el efecto de campos magnéticos.

Thomson realizó experimentos en que contrarrestaba la desviación de los rayos catódicos aplicando simultáneamente campos eléctricos y magnéticos. Estos experimentos le permitieron determinar la velocidad de los rayos catódicos y la masa y la carga de las partículas que los formaban.

Dos descubrimientos clave permitieron a Thomson el descubrimiento del electrón, que él, inicialmente, llamó corpúsculo:

  1. La relación carga/masa del corpúsculo era 1000 veces superior a cualquier partícula descrita hasta entonces. La más pequeña que se conocía en aquel momento era la del átomo de hidrógeno. Esto significa que se trata de partículas con carga negativa y una masa prácticamente nula.
  2. La relación carga/masa no variaba cuando se utilizaban distintos gases o distintos metales en los electrodos. Así pues, dedujo que la naturaleza de la partícula era independiente del tipo de gas o de metal utilizado en los electrodos. En otras palabras, la partícula descubierta era un componente universal de la materia.
Modelo atómico de Thomson: características y resumen - El descubrimiento del electrón y los rayos catódicos

¿Cuáles son las características del Modelo atómico de Thomson?

Tras el descubrimiento del electrón, Thomson propuso en 1904 un modelo atómico en el que se consideraban los conocimientos que se tenían en aquel entonces:Se tenía conciencia de la existencia de partículas con cargas positivas y negativas en el átomo. Él mismo había descubierto hacia unos años el electrón y anteriormente, el físico alemán Eugene Goldenstein, que descubrió los rayos canales, anódicos o positivos. Estos rayos viajaban en sentido contrario a los rayos catódicos dentro de los tubos. El sentido opuesto de estos rayos dedujo que la carga de estos era positiva.

Teniendo en cuenta todo esto, Thomson propuso un modelo con las siguientes características:

  • El átomo estaría compuesto por una esfera que concentraría toda la masa del átomo y tendría carga positiva.
  • Los electrones estarían incrustados en esta esfera, distribuidos en el espacio y compensando la carga positiva de dicha esfera.
  • Este modelo no era estático, sino que Thomson consideraba que los electrones podían cambiar su posición dentro de la esfera positiva, siempre y cuando las cargas quedarán compensadas.

El modelo propuesto por Thomson se conoce popularmente como modelo del pudin de pasas: la masa del pudin sería la esfera positiva que concentra la masa y, los electrones distribuidos en su interior serían las pasas del pastel.

El modelo atómico de Thomson explicaba la formación de iones mediante la pérdida o ganancia de estos corpúsculos negativos o electrones que estaban incrustados en la esfera de carga positiva. Además, Thomson construyó los modelos atómicos de los seis primeros elementos de la tabla periódica.

Modelo atómico de Thomson: características y resumen - ¿Cuáles son las características del Modelo atómico de Thomson?

Problemas del modelo atómico de Thomson y fallos destacados

El modelo atómico de Thomson presentaba varios problemas, puesto que no conseguía explicar algunas de las observaciones realizadas hasta entonces.

Los principales problemas eran los siguientes:

  • El modelo atómico de Thomson se basaba en la idea de una partícula atómica que distribuía de forma homogénea la carga positiva, pero su existencia no había sido demostrada.
  • Tampoco podía explicar todas las propiedades periódicas de los elementos, que se habían descrito hasta entonces.
  • Sobre todo, el modelo atómico de Thomson, no conseguía explicar los resultados obtenidos por Rutherford, en un experimento en el que bombardeaba una fina lámina de oro con partículas alfa (cationes de Helio). Según el modelo de Thomson, las partículas alfa deberían de haber atravesado la lámina sin desviarse. En cambio, lo que observó Rutherford fue que una de cada 10.000 partículas sufría un cierta desviación en su trayectoria.

En pocos años, este modelo fue descartado en favor del modelo atómico de Rutherford, según el cual, los electrones giraban en órbitas alrededor de un núcleo que concentraba toda la carga positiva del átomo.

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Bibliografía
  • Luis Moreno Martínez. (2018). Repensando la historia de los modelos atómicos.Una mirada diferente a la historia de los modelos atómicos. SciLogs CIENCIA Y SOCIEDAD. Investigación y ciencia.es
  • Isaac Asimov. (2010). Breve historia de la química: Introducción a las ideas y conceptos de la química. Madrid: Alianza Editorial.
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