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DESCUBRIMIENTO DEL ELECTRÓN Y EL NÚCLEO EN LOS ÁTOMOS |
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EL ELECTRÓN¿QUÉ OCURRE CUANDO SE HACE EL VACÍO EN UN TUBO Y LUEGO SE HACE PASAR POR ÉL LA ELECTRICIDAD?¿SE PUEDEN VER LAS PARTÍCULAS DE LA ELECTRICIDAD? |
INDICE- Evolución histórica de los modelos atómicos - Núcleo y corteza (RUTHERFORD) - El origen de la Espectrocopía - Modelos atómicos basados en la Física Clásica - ¿Qué es un elemento (versión Thomson)? - Modelo de Bohr. Primer modelo cuántico - Origen de la Física Cuántica - Los grandes principios de la Física Cuántica - Modelo de Schrodinger. Modelo mecanocuántico
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EL NÚCLEO DE LOS ÁTOMOSDESCUBRIMIENTO DE PROTONES Y NEUTRONES
Entre otras aportaciones al conocimiento de la radiactividad, en 1909 RUTHERFORD descubrió la naturaleza de la radiación alfa emitida por algunos núcleos radiactivos: "La evidencia experimental ... ha sustentado firmemente el parecer de que la partícula alfa es un átomo de helio cargado" (recogía en su diario). En 1910 y 1911 esas partículas alfa fueron utilizadas por GEIGER y MARSDEN en experimentos de dispersión. Estos físicos bombardearon láminas de oro extrafinas (0,00004 cm de grosor) con partículas alfa procedentes de una fuente radiactiva. Su objetivo era estudiar cómo se desviaban al atravesar la lámina de oro.
Los resultados de GEIGER y MARSDEN fueron llamativos. Como predecía el modelo de THOMSON, la mayor parte de las partículas alfa atravesaban la lámina casi sin desviarse (desviación media 0,87 grados). Sin embargo, había partículas que sufrían grandes desviaciones, incluso mayores de 90º.
Geiger, Rutherford y Marsden En opinión de RUTHERFORD, tales desviaciones debían ser producidas por el núcleo de los átomos de oro, es decir, por una región central del átomo que contendría casi toda la masa y toda la carga positiva.El siguiente vídeo explica una versión moderna del experimento de GEIGER-MARSDEN.
La siguiente simulación le permite "reproducir" los ensayos de dispersión.
Al prinicipio, en 1911, la aceptación del núcleo atómico fue escasa fuera de Manchester. Las medidas de GEIGER y MARSDEN tenían bastante imprecisión y, además, un átomo nuclear no es estable según la Fisica clásica (electromagnetismo de Maxwell). El principal apoyo al núcleo vino de la medida de su carga por Moseley en 1913 (difracción de rayos-X). Se pudo comprobar que esta carga coindía con la posición que ocupaban los elementos en el sistema periódico.El descubrimiento del protón ocurrió entre 1917 y 1919 como resultado de experimentos de transmutación nuclear realizados por Rutherford. Bombardeó nitrógeno-14 con partículas alfa y obtuvo oxígeno-17 al tiempo que se liberaba un protón (núcleo del átomo de hidrógeno). Fue la primera reacción nuclear.
Al principio, la conclusión de Rutherford fue que el núcleo del átomo de hidrógeno estaba presente en los núcleos de los demás elementos. Ese núcleo estaría formado por una partícula a la que denominó protón (primero) en 1920. En esta época se aceptaba que la masa atómica era un múltiplo entero de la masa del átomo de hidrógeno, y el número atómico fue identificado con la carga del núcleo.En los años 20 el núcleo fue entendido como una combinación de protones y electrones, las únicas partículas subatómicas conocidas por entonces. Sin embargo, este modelo tiene graves carencias teóricas y experimentales. Por ejemplo, en 1928 se midió el spin del núcleo de N, obteniendo el valor 1. Este valor entero es inconsistente con la hipótesis de que el núcleo de N está formado por 14 protones y 7 electrones, cada uno de ellos con spin 1/2. Otro problema procedía de la aplicación del principio de incertidumbre (Δx·Δp>=h/2pi) al núcleo. Teniendo en cuenta las dimensiones del núcleo, la energía cinética de los electrones nucleares debería ser del orden de 40 MeV, valor mucho mayor que la energía medida en los rayos beta.
El descubrimiento del neutrón se lo debemos a Chadwick en 1932. Fue el resultado del bombardeo de núcleos ligeros (berilio) con partículas alfa procedentes del polonio. En este caso, al contrario de lo que había ocurrido con la reacción de Rutherford, no se obtenían protones sino una partícula sin carga, masa similar al protón y gran poder de penetración. Era el neutrón (Chadwick recibió el premio Nobel en 1935).
Aunque hubo un tiempo de confusión en el que, por ejemplo, Heisenberg consideraba un neutrón como la combinación de un protón y un electrón, un núcleo atómico formado por protones y neutrones fue aceptado por la comunidad científica. A ello contribuyó la resolución de problemas como el del spin del núcleo de N. Se aceptó que en este núcleo había tres pares p-n apareados y un par p-n no apareado con los spines en el mismo sentido para dar valor global 1. Otro de los éxitos de la introducción del neutrón fue la explicación del origen de los electrones y positrones (descubiertos también en 1932) emitidos por las sustancias radiactivas. En 1934, Enrico Fermi explicó la radiación beta como el resultado del decaimiento de un neutrón en un protón y un electrón, con la emisión adicional de un neutrino.La demostración del carácter de partícula elemental del neutrón vino de la medida de su masa. Si hubiera sido una combinación de protón y electrón su masa debería ser menor a la suma de las masas de ambas partículas elementales (1,0078 uma) y la masa perdida sería una medida de la energía de enlace entre ellas. Si la masa del neutrón fuera mayor que esa cantidad, sería una partícula elemental. En 1935, Chadwick midió con precisión la masa del neutrón 1,0084 uma. La controversia se había resuelto.CARACTERÍSTICAS DEL NÚCLEO ATÓMICO
El núcleo es muy pequeño en comparación con el átomo. Si asimilamos un átomo a un campo de fútbol, su núcleo sería una canica colocada en el centro. EL ÁTOMO ESTÁ VACÍO.Entonces, ¿por qué el átomo aparenta ser una bola maciza?Imagine una rueda de bicicleta en reposo. Si lanza una pequeña bola contra ella la atravesará sin problemas (a menos que choque con uno de los radios metálicos que soportan la llanta). Imagine ahora que hace girar la rueda a mucha, mucha, mucha velocidad. Si ahora lanza la pequeña bola contra la rueda seguro que saldrá rebotada como si chocara contra una pared. Eso es lo que ocurre en el átomo. Los electrones se desplazan a velocidades próximas a la de la luz y rodean al núcleo aparentando ser una cubierta sólida.
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