9.1 Modelo del átomo de Thomson
Joseph John “J. J. ” Thomson propuso el modelo ‘átomo de ciruela’ del átomo en 1904, [1] siete años después de que descubriera el electrón [2 ] (discutido en Capítulo 6 ).
Thomson describió el átomo como compuesto de electrones rodeados por una carga positiva que neutraliza el átomo. Los electrones se distribuyen como ciruelas dentro de un budín, o pasas dentro de un pastel de frutas.
9.2 Modelo del átomo de Rutherford
Ernest Rutherford refutó la teoría del átomo de Thomson en 1911 cuando demostró que los átomos están compuestos principalmente de espacio vacío. Rutherford descubrió esto disparando rayos alfa, núcleos de helio, contra una delgada lámina de lámina de oro. [3]
Si la teoría de Thomson fuera correcta, entonces los rayos alfa deberían pasar directamente a través de los átomos de oro. En cambio, Rutherford descubrió que algunos de los núcleos se desviaban en ángulos grandes. Algunos incluso fueron desviados de donde habían venido.
|
Figura 9.2 |
Los resultados pronosticados del experimento de Rutherford. |
|
Figura 9.3 |
Los resultados reales del experimento de Rutherford. |
Rutherford más tarde describió esto como,
el evento más increíble que me haya sucedido en mi vida. Fue casi tan increíble como si dispararas un proyectil de quince pulgadas contra un trozo de papel de seda y volviera y te golpeara. En consideración, me di cuenta de que esta dispersión hacia atrás debe ser el resultado de una sola colisión, y cuando hice los cálculos vi que era imposible obtener algo de ese orden de magnitud a menos que tomaras un sistema en el que la mayor parte de la masa del átomo se concentró en un núcleo diminuto. Fue entonces cuando tuve la idea de un átomo con un centro masivo de un minuto, con una carga. [4]
El modelo del átomo de Rutherford se conoce como el modelo planetario porque la mayor parte de la masa de un átomo se concentra en el centro, y los electrones orbitan el núcleo de manera similar a cómo los planetas orbitan alrededor del Sol.
El principal problema con el modelo de Rutherford era que no podía explicar por qué los electrones con carga negativa permanecen en órbita cuando deberían caer instantáneamente en el núcleo con carga positiva. Niels Bohr resolvería este problema en 1913 (discutido en Capítulo 10 ). [5]
9.3 Átomos y movimiento browniano
A fines de 1911, el físico francés Jean Perrin finalmente había demostrado que los átomos existían y verificó la teoría de John Dalton (discutida en Capítulo 6 ) que los diferentes elementos están compuestos por átomos de tamaños idénticos. [6] Lo hizo realizando experimentos basados en la explicación de Albert Einstein para el movimiento browniano. [7]
El movimiento browniano lleva el nombre del botánico británico Robert Brown quien, en 1827, observó los granos de polen bajo un microscopio y vio que se mueven en el agua de una manera similar a la forma en que las partículas de polvo se mueven bajo la luz solar. Llevó a cabo más experimentos y descubrió que la materia inorgánica se comporta de la misma manera, pero no sabía qué causó este comportamiento. [8]
En 1905, Einstein predijo que el movimiento browniano es causado por moléculas de agua que convierten el calor en energía cinética, haciendo que se muevan. Las moléculas de agua se golpean entre sí, así como las moléculas de polen mucho más grandes, pero debido a que las moléculas de agua no se pueden ver, incluso bajo un microscopio, parece que el polen se mueve por sí solo.
Einstein demostró que al estudiar los granos de polen se podía calcular cuántas moléculas de agua colisionaban con ellos y su velocidad. Perrin descubrió cómo llevar a cabo estos experimentos y verificó la teoría de Einstein.
9.4 La Conferencia de Física de Solvay de 1911
1911 había sido un año innovador para la teoría atómica, y esto se acumuló con la primera Conferencia de Solvay sobre Física, que se celebró en Bélgica. El químico belga Ernest Solvay invitó a los mejores físicos conocidos de la época a discutir ‘Radiation and the Quanta’, incluidos Jean Perrin, Max Planck, Heinrich Rubens, Arnold Sommerfeld, James Hopwood Jeans, Ernest Rutherford, Albert Einstein, Wilhelm Wien y Marie Skłodowska-Curie. [9]
|
Figura 9.5 |
1911 Solvay Conference on Physics, 30 de octubre – 3 de noviembre de 1911. De izquierda a derecha, de pie: Robert Goldschmidt, Max Planck, Heinrich Rubens, Arnold Sommerfeld, Frederick Lindemann, Maurice de Broglie, Martin Knudsen, Fritz Hasenöhrl , Georges Hostelet, Édouard Herzen, James Hopwood Jeans, Ernest Rutherford, Heike Kamerlingh Onnes, Albert Einstein y Paul Langevin. Sentados: Walther Nernst, Marcel Brillouin, Ernest Solvay, Hendrik Lorentz, Emil Warburg, Jean Perrin (leyendo), Wilhelm Wien (en posición vertical), Marie Skłodowska-Curie y Henri Poincare. Ernest Solvay no estaba presente cuando se tomó la foto y se pegó su retrato antes de que se publicara la foto. |