Descubrimiento de electrones

La idea básica del descubrimiento de las partículas elementales fue generada por la Teoría Atómica de Dalton . John Dalton en 1808 dio la primera teoría científica sobre los átomos, en la que afirmó que los átomos son la partícula más pequeña de cualquier materia. Son indivisibles e indestructibles. Según la teoría atómica de Dalton:

• La materia consiste en pequeñas partículas indivisibles llamadas átomos .
• Los átomos no se pueden crear ni destruir.
• Los átomos de un mismo elemento son iguales en todos los aspectos pero difieren de los átomos de los diferentes elementos.
• Los átomos de un elemento se combinan en una proporción simple de números enteros para formar moléculas.

Las declaraciones anteriores se llaman los Postulados de la Teoría Atómica de Dalton . Pero, más tarde, se demostró que estos postulados eran incorrectos, ya que la primera indicación de partículas subatómicas se debió al estudio de la electricidad estática de Faraday, que dice que el flujo de electricidad es causado por las partículas cargadas. 

Sir JJ Thomson fue el primero en demostrar la existencia de partículas cargadas negativamente dentro de un átomo llamadas electrones . Por lo tanto, el electrón es la primera partícula subatómica que se descubrió y esto allanó el camino para el descubrimiento de todas las demás partículas subatómicas (es decir, protones y neutrones) y también la estructura real del átomo.

En este artículo, discutiremos el descubrimiento de electrones utilizando el tubo de rayos catódicos por William Crooke y luego el descubrimiento real de electrones por JJ Thomson.

JJ Thomson y el descubrimiento del electrón

JJ Thomson, un científico, comenzó a trabajar con tubos de rayos catódicos a principios del siglo XX. Los tubos de rayos catódicos son tubos de vidrio sellados al vacío a los que se les ha eliminado la mayor parte del aire. En un extremo del tubo, se coloca un alto voltaje entre dos electrodos, lo que hace que una corriente de partículas fluya desde el cátodo (electrodo con carga negativa) hasta el áNode (electrodo con carga positiva) (electrodo con carga positiva). 

Debido a que el haz de partículas, o rayo catódico , comienza en el cátodo, los tubos se denominan tubos de rayos catódicos. El haz se puede detectar pintando fósforos en el otro extremo del tubo, más allá del áNode. Cuando el rayo catódico incide sobre los fósforos, estos chisporrotean o emiten luz. Thomson rodeó el rayo catódico con dos placas eléctricas de carga opuesta para investigar las características de las partículas. El rayo catódico se redirigió de la placa eléctrica cargada negativamente a la placa cargada positivamente. El rayo catódico estaba formado por partículas cargadas negativamente, según esto.

Thomson también instaló dos imanes a cada lado del tubo y notó que el campo magnético desviaba el rayo catódico. Thomson usó los hallazgos de estas pruebas para calcular la relación masa-carga de las partículas de rayos catódicos, lo que condujo a un descubrimiento sorprendente: la masa de cada partícula era mucho, mucho menor que la de cualquier átomo conocido. Thomson continuó sus pruebas con varios metales como materiales de electrodos y descubrió que las características del rayo catódico eran consistentes independientemente del material del cátodo.

Thomson hizo los siguientes hallazgos basados ​​en la evidencia:

• Las partículas cargadas negativamente forman el rayo catódico.
• Debido a que la masa de cada partícula es ∼ 1/2000 la de un átomo de hidrógeno, deben ser parte del átomo.
• Dentro de los átomos de todos los elementos, se pueden encontrar estas partículas subatómicas.

Los descubrimientos de Thomson fueron inicialmente polémicos, pero fueron aceptados progresivamente por los científicos. Sus partículas de rayos catódicos finalmente recibieron un nombre más común: electrones. El descubrimiento del electrón contradijo la suposición de la teoría atómica de Dalton de que los átomos eran indivisibles. Se requería un modelo atómico completamente nuevo para dar cuenta de la presencia de electrones.

¿Qué son los rayos catódicos y el tubo de rayos catódicos?

JJ Thomson construyó un tubo de vidrio que se evacuó parcialmente, lo que significa que se expulsó una cantidad significativa de aire. Luego usó dos electrodos en cada extremo del tubo para aplicar un gran voltaje eléctrico. Vio una corriente de partículas (rayo) que viajaba desde el electrodo cargado negativamente (cátodo) al electrodo cargado positivamente (áNode) (áNode). El rayo se denomina rayo catódico y la estructura completa se conoce como tubo de rayos catódicos.

¿Qué es un electrón?

El electrón es una partícula de baja masa y carga negativa. Como resultado, pasar cerca de otros electrones o del núcleo positivo de un átomo podría desviarlo fácilmente. La primera partícula básica identificada fue el electrón. 

A JJ Thomson se le atribuye el descubrimiento del electrón y sus características a través de pruebas realizadas en un tubo de descarga. Las partículas subatómicas con una carga elemental de -1 se conocen como electrones. La carga que tiene un electrón es la misma que la que tiene un protón (pero tiene signo opuesto). 

• Carga en un electrón: aunque la magnitud de las cargas que poseen los protones y los electrones es la misma, el tamaño y la masa de un electrón son significativamente menores que los de un protón (la masa de un electrón es aproximadamente 1/1836 la de un protón). Una partícula cargada negativamente es un electrón. La magnitud de la carga negativa es 1.602 × 10 ^-19 Coulomb. Un electrón tiene una masa de 1/1837 la de un protón.
• Masa de un electrón: Un electrón tiene una masa de 9,10938356 × 10 ^-31 kilogramos. Cuando se compara con la masa del protón, el electrón tiene una masa pequeña.

Características de los electrones

El átomo es la unidad más pequeña de la composición de la materia. El núcleo está en el centro del átomo, con uno o más electrones orbitando a su alrededor. Los protones y los neutrones, juntos conocidos como nucleones, forman el núcleo. Los protones son partículas eléctricamente neutras con una masa de 1,00867 uma, mientras que los neutrones son partículas cargadas positivamente con una masa de 1,00728 uma.

Con una masa de 0,000549 uma, los electrones son partículas cargadas negativamente. Los protones y los neutrones pesan aproximadamente 1836 veces más que los electrones. El número de electrones es igual al número de protones, lo que da como resultado el átomo neutro de un elemento. Las características químicas de un elemento están determinadas por sus disposiciones electrónicas, mientras que la estructura nuclear determina la estabilidad del átomo y la transición radiactiva.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: ¿Cuál es la condición dentro del tubo descargado utilizado por JJ Thomson en el descubrimiento de los electrones o rayos catódicos?

Solución:

Las condiciones dentro del tubo de descarga utilizado por JJ Thomson en el descubrimiento de los electrones son:

1. Debe tener una presión muy baja de 0,01 mm de Hg.
2. Debe tener un vacío en su interior.
3. Se debe aplicar un voltaje muy alto a través de los terminales.

Pregunta 2: ¿Cuál es el efecto del campo eléctrico sobre los rayos catódicos?

Solución:

Los rayos catódicos se desvían de su propia trayectoria rectilínea bajo la influencia del campo eléctrico. Son atraídos hacia el campo positivo debido a su propia carga negativa y son repelidos del campo negativo.

Pregunta 3: Indique dos propiedades de los rayos catódicos.

Solución:

Las dos propiedades de los rayos catódicos:

1. Están cargados negativamente y siempre viajan en línea recta.
2. Pueden penetrar a través de la materia y causar la ionización de las partículas de los gases a través de los cuales pasan.
3. Los rayos catódicos son desviados por campos eléctricos y magnéticos.

Pregunta 4: ¿Cómo se producen los rayos X?

Solución:

Los rayos X se producen cuando se hace caer un haz de rayos catódicos sobre sustancias metálicas duras como el tungsteno.

Pregunta 5: ¿Cómo allanó el camino el estudio de Faraday sobre la electricidad estática para el descubrimiento de las partículas subatómicas?

Solución:

Anteriormente, Dalton propuso la teoría atómica que dice que los átomos son las partículas más fundamentales de la materia y son indivisibles, pero Faraday, mientras estudiaba la electricidad estática, descubrió que la electricidad fluye a través de la materia debido a las partículas cargadas. Esto hizo que muchos científicos creyeran que los átomos son divisibles en partículas más fundamentales. Así, el estudio de la electricidad estática por parte de Faraday allanó el camino para el descubrimiento de las partículas subatómicas.