Ciencia, Física

El modelo atómico de J.J Thomson

modelo atomico de thomson

En 1897, un científico inglés, llamado J. J. Thomson, encontró el electrón. Fue la primera partícula subatómica en ser reconocida por los científicos. El modelo atómico de Thomson nos acercó al mundo de las partículas en donde el átomo ya no era un ente por sí mismo, sino que estaba compuesto por otras partículas.

Como resultado de la creencia de que los átomos eran neutrales en cuanto a carga eléctrica, Thomson pensó que los átomos debían tener una parte con carga positiva para cancelar a los electrones cargados negativamente.

Esto lo llevó a pensar que los átomos eran como un pudin de pasas (de ahí el nombre del modelo del pudin de pasas), que consiste en gran parte de materia cargada positivamente con electrones dispersos por toda su superficie.

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¿Quien fue J.J Thomson?

Thomson
Dr. J.J. Thomson

Joseph John Thomson es el nombre de uno de los científicos reconocidos por sus aportes en el estudio del átomo. A este famoso científico británico se le atribuye el descubrimiento de una partícula subatómica, actualmente denominada “electrón”.

Nació el 18 de Diciembre de 1856 en Cambridge, Inglaterra. Ganó el premio Nobel de física en 1906 por sus aportes acerca de la conductividad eléctrica de los gases.

En 1918 fué nombrado director del Trinity College de Cambridge, donde conocería a Neils Bohr. Murió el 30 de Agosto de 1940 y fue sepultado en la Abadía de Westminster, donde yace Sir Isaac Newton.

El electrón

El 30 de abril de 1897 J.J Thomson haría público su descubrimiento del electrón, aunque este nombre sería puesto algunos años despúes ya que Thomson lo llamaba "corpúsculo", en una conferencia del Royal Institution y los resultados serían publicados en la revista Philosophical Magazine, 44, 293 (1897).

En aquella época, los investigadores estaban interesados en el efecto de las descargas eléctricas sobre gases a presiones bajas. Thomson estaba especialmente interesado en los rayos catódicos que habían llamado la atención de científicos de gran renombre como Goldstein.

El electrón resultó ser una partícula mas liviana que cualquier elemento de la tabla peródica y además se encontraba en todos ellos, con lo que se demostraba no sólo que este estaba presente en la materia, sino que también refutaba la idea de Dalton de que el átomo es indivisible.

Gracias a ese descubrimiento, se estableció que la materia se componía por una parte positiva y una negativa. El científico hizo público su modelo atómico en el año de 1904.

¿En que consiste el modelo atómico de Thomson?

Thomson estaba especialmente interesado en los rayos catódicos y empezó a experimentar con ellos.

Los rayos catódicos son corrientes de electrones en tubos de cristal al vacío que tienen en su interior dos electrodos, el ánodo (electrodo negativo) y el cátodo (electrodo positivo) en donde a ambos se les hace pasar una corriente eléctrica muy grande en una configuración conocida como diodo.

Se le conoce como tubo de rayos catódicos por los rayos que fluyen del cátodo.

El experimento de los rayos catódicos

tubo de rayos catódicos
Tubo de rayos catódicos usado por Thomson en su experimento

El experimento de los rayos catódicos no pretendía descubrir el electrón ni mucho menos refutar la teoría atómica propuesta por Dalton.

Por el contrario, pretendía cuantificar la cantidad de energía que estos rayos llevaban y la relación carga-masa de dichos rayos midiendo cómo y cuanto se desviaban al ser sometidos al campo magnético.

Para medir esta desviación, Thomson colocó un papel fluorescente al final del tubo de vidrio sellado al vacío.

Lo que sucedió luego de darle paso a la corriente eléctrica, en palabras de Thomson, fue algo indescriptible, algo parecido a descubrir el fuego por primera vez.

Al ver la desviación tan abrupta que tenían los rayos, Thomson concluyó que los rayos estaban constituidos de partículas llamadas "corpúsculos" y estos corpúsculos provenían de los átomos de los electrodos y por lo tanto, los átomos no son estas partículas parecidas a una bola de billar, sino que estos son divisibles y están compuestos de otras partículas.

Este experimento llevó a Thomson a formular su representación de la estructura interna del átomo.

Según J.J Thomson, el átomo es una esfera uniforme con una carga eléctrica negativa distribuida en su superficie. Sin embargo, Thomson consideraba que los átomos era en su mayoría carga positiva y esta contenía incrustaciones dispersas de electrones con carga negativa.

modelo atómico de thomson
Modelo del átomo propuesto por Thomson en donde los electrones ocupan la capa exterior de una masa con carga eléctrica positiva

La representación gráfica que propuso este científico de nacionalidad británica llegó a ser conocido como “el modelo del pudín con pasas”. Eso se debe a que Thomson consideraba que los electrones se incrustaban en el átomo, como las pasas en un budín. Las ideas que tenía Thomson eran una clara contraposición al modelo atómico que fue defendido por Dalton.

Los postulados de Thomson

Pudín de pasas del thomson
Los eléctrones estaban distribuidos en la carga positiva de la misma forma en que las pasas se distribuyen en el pan. Foto por DDP en Unsplash

Thomson describió su modelo atómico mediante los siguientes postulados.

La carga positiva es una gran masa gigante y en ella están incrustados los electrones

Este fue el postulado que le conferiría el sobre nombre al modelo de Thomson del modelo del pudin de pasas.

Thomson explicaba que los electrones estarían distribuidos uniformemente en una gran masa gigante cargada positivamente.

Los átomos se componen de carga positiva y carga negativa

El experimento de los rayos catódicos y el descubrimiento de la carga eléctrica negativa llevó a Thomson a concluir que los átomos tienen dos cargas, positiva y negativa, ambas cargas estarían repartidas en la estructura del átomo.

La carga positiva del átomo era una masa completamente uniforme. El científico consideraba que, en dicha masa, estaba incrustada la carga negativa. Thomson se esforzó por promover la idea de que el átomo tiene dos clases de carga: negativa y positiva.

Los otros experimentos realizados por Thomson lo llevaron a contradecir la idea de indivisibilidad de los átomos. Thomson creía firmemente que los átomos poseen la capacidad de ser divisibles.

Los átomos son eléctricamente neutros

La neutralidad eléctrica es una característica intrínseca de todos los átomos. Teorizó que la carga que es negativa se encontraba en igual medida con la carga que es positiva neutralizandola y de esta forma el átomo era un ente totalmente neutro.

El impacto del modelo de Thomson

La polémica caracterizó al modelo atómico de Thomson. La comunidad científica entró en controversia por las publicaciones de este científico. Eso se debe a que Thomson creó una representación gráfica del interior del átomo que contrariaba las ideas de Dalton.

Los postulados de Dalton establecían que estas partículas eran indivisibles. Sin embargo, Thomson habló en sus trabajos de la capacidad divisible que tienen los átomos. La fama del modelo de Thomson rápidamente se extendió. El nombre común que recibió el modelo simbolizaba la visión integral que se puede tener de un átomo.

El impacto de este modelo es innegable. Dalton desconocía la posibilidad de que existieran partículas subatómicas. Y al descubrir el electrón, a Thomson se le presentó la oportunidad de brindar una explicación alternativa. Thomson pudo proponer un modelo novedoso que trataba de comprender la composición subatómica.

Características del modelo atómico de Thomson

Las principales características del modelo atómico de Thomson son las siguientes:

  1. Los átomos tienen carga eléctrica neutra.
  2. La carga positiva del átomo se encarga de neutralizar la negativa carga de los corpúsculos, es decir, los electrones.
  3. Los electrones se hallan contenidos en una masa homogénea de carga positiva.
  4. Las partículas subatómicas con carga negativa, los electrones, pueden deambular por el interior de un átomo.
  5. Los átomos no poseen un núcleo.

Limitaciones de las teorías del modelo atómico de Thomson

La representación visual del átomo que describió Thomson explicaba de manera adecuada algunos de los hechos observados en sus experimentos. Sin embargo, sus teorías no explicaron como los electrones se mantienen unidos a la masa de carga positiva del átomo. De la misma manera, Thomson no pudo llegar a explicar la estabilidad que mantiene un átomo.

Las predicciones de J.J Thomson sobre la distribución que tiene la carga positiva en el interior de un átomo fueron erróneas. Thomson creía que la carga positiva está en el átomo de manera homogénea y uniforme. Sin embargo, los experimentos que hizo Rutherford contrariaron estas afirmaciones hechas por el científico.

Algunos años después, Rutherford demostró la existencia de un núcleo en los átomos. El modelo propuesto por Rutherford sobre la estructura atómica rápidamente sustituyó las ideas de Thomson. En los experimentos hechos por Rutherford, se comprobó que el comportamiento uniforme predicho por Thomson no se cumple.

Importancia del modelo atómico descrito por Thomson

Los descubrimientos y las propuestas de Thomson constituyen un avance en el progreso de las teorías atómicas. Gracias a J.J. Thomson, se descubrió la existencia de partículas subatómicas y el átomo pasó a verse como una estructura más compleja.

Por otro lado, Thomson logró que las personas vieran al átomo como una divisible masa que no es inerte. Sus aportes impulsaron el trabajo de otros científicos que gozaron de mayores oportunidades.

Posterior a la popularización de las ideas de Thomson, los científicos comenzaron a comprender que los átomos están compuestos por otras partículas. Con el paso del tiempo, esas pequeñas partículas subatómicas fueron encontradas y estudiadas hasta lo que hoy conocemos como modelo estándar de partículas. Del mismo modo, Thomson ayudó a la comprensión de la interacción que mantienen los átomos entre sí.

Es impresionante que, en su tiempo, Thomson haya podido relacionar el átomo y la electricidad. Ese es uno de los aportes más importantes que brindó el científico. Sin duda, Thomson tuvo muchos aciertos a la hora de describir la composición que posee un átomo. A pesar de sus aciertos y errores, el mundo lo reconoció como uno de los precursores mas importante del estudio de la materia.

Juan Gutierrez

Lic. en física, bloggero por hobby, Investigador empedernido, todo lo que diga está sujeto a discusión.

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