El electrón fue descubierto utilizando un tubo de rayos catódicos. Se pasó una corriente eléctrica desde el cátodo (el polo negativo) al áNode (polo positivo). Varios experimentos mostraron que se emitían partículas en el cátodo y que estas partículas tenían una carga negativa. Estos experimentos demostraron la presencia de electrones. si los rayos catódicos son electrones que desprenden los átomos metálicos del cátodo, ¿qué queda de los átomos que han perdido esos electrones?
Sabemos varias cosas básicas acerca de las cargas eléctricas. Son transportados por partículas de materia. El experimento de Millikan mostró que existen como múltiplos de números enteros de una sola unidad básica. Los átomos no tienen carga eléctrica total, lo que significa que todos y cada uno de los átomos contienen exactamente el mismo número de partículas cargadas positiva y negativamente. Un átomo de hidrógeno es el tipo más simple de átomo con un solo electrón. ¿Qué pasa si ese único electrón se elimina del hidrógeno, la parte sobrante del átomo es solo una partícula cargada positivamente?
Estructura del átomo
¿Qué son los protones?
El protón es la partícula subatómica cargada positivamente presente en todos los átomos. La masa del protón es aproximadamente 1840 veces la masa del electrón.
La carga eléctrica es una propiedad de ciertas partículas, como electrones (-), protones (+) y quarks (sí, quarks) que describe cómo interactúan entre sí. Hay dos tipos diferentes de carga eléctrica, nombradas arbitrariamente positiva y negativa (al igual que los cuatro puntos cardinales se nombran norte, sur, este y oeste).
En general, las partículas que tienen el mismo tipo de carga se repelen entre sí, mientras que las partículas que tienen cargas opuestas se atraen. Dentro de cada átomo, los protones dentro del núcleo atraen a los electrones que están fuera del núcleo.
Descubrimiento de protones
En 1886, Eugene Goldstein (1850-1930) descubrió pruebas de la existencia de esta partícula cargada positivamente. Usando un tubo de rayos catódicos con agujeros en el cátodo, notó que había rayos que viajaban en dirección opuesta a los rayos catódicos. Llamó a estos rayos de canal y demostró que estaban compuestos de partículas cargadas positivamente.
El núcleo del átomo fue descubierto por Ernest Rutherford en el año 1911 en su famoso experimento de lámina de oro. Concluyó que todas las partículas cargadas positivamente en un átomo estaban concentradas en un núcleo singular y que la mayor parte del volumen del átomo estaba vacío. También afirmó que el número total de partículas cargadas positivamente en el núcleo es igual al número total de electrones cargados negativamente presentes a su alrededor. Para apoyar su teoría, realizó un famoso experimento conocido como el experimento de la hoja de oro.
Experimento de lámina de oro
Rutherford, en su experimento, dirigió corrientes de alta energía de partículas α desde una fuente radiactiva hacia una lámina delgada (100 nm de espesor) de oro. Para estudiar la desviación causada a las partículas α, colocó una pantalla fluorescente de sulfuro de zinc alrededor de la delgada lámina de oro. Ernest Rutherford seleccionó una hoja de oro para sus experimentos porque quería una capa lo más delgada posible, y el oro es muy maleable.
- Resultados:
- La mayoría de las partículas atraviesan la lámina sin desviarse.
- Algunas de las partículas alfa se desvían en ángulos pequeños.
- Muy pocos incluso se recuperan (1 en 20,000).
- Conclusión: Basado en sus observaciones, Rutherford propuso las siguientes características estructurales de un átomo:
- La mayor parte de la masa del átomo y toda su carga positiva están confinadas en un pequeño núcleo, llamado núcleo. La partícula cargada positivamente se llama protón.
- La mayor parte del volumen de un átomo es espacio vacío.
- El número de electrones cargados negativamente dispersos fuera del núcleo es el mismo que el número de cargas positivas en el núcleo. Explica la neutralidad eléctrica general de un átomo.
Características de un protón
- Los protones tienen carga positiva .
- Los protones se encuentran dentro del núcleo.
- Los protones tienen una masa en reposo de 1,67262 × 10−27 kg (~ 1 uma, que es 1,836 veces la masa de un electrón.
- La carga de 1 protón es 1,6 x 10-19 C. Un coulomb es igual a la carga de 6,241 x 1018 protones.
- Los protones también tienen la capacidad de hacer fluir partículas de áNode.
Comparación tabular entre partículas subatómicas: electrón, protón y núcleo:
|
Partícula |
Símbolo |
Masa real |
Masa relativa |
Cargo relativo |
Ubicación |
|
Protón |
p/p+ |
1,67 × 10–24 g |
1 |
+1 |
núcleo interior |
|
Electrón |
e/e- |
9,1 × 10–28 g |
0.0005 |
-1 |
Núcleo exterior |
|
Neutrón |
norte |
1,67 × 10–24 g |
1 |
0 |
núcleo interior |
Problemas de muestra
Problema 1: En el experimento de Rutherford, ¿por qué la mayoría de las partículas alfa atraviesan directamente la lámina?
Solución:
La mayoría de las partículas alfa atraviesan directamente la lámina en el experimento de Rutherford porque la mayor parte del átomo está vacía.
Problema 2: ¿Qué tipo de radiación se utilizó en el experimento de Rutherford?
Solución:
La partícula α se bombardeó sobre una fina lámina de oro y se observó que el núcleo ocupa una porción muy pequeña del átomo.
Problema 3: ¿Qué metal seleccionó Rutherford para su experimento de dispersión de partículas α y por qué?
Solución:
Porque el oro es el metal más maleable y, por lo tanto, puede ser golpeado para obtener láminas muy delgadas. La hoja de lámina de oro que usó Rutherford tenía solo 1000 átomos de espesor. La maleabilidad del oro hizo posible que fuera reducido a una lámina tan delgada.
Problema 4: ¿Cuál es la masa relativa y la carga de un protón?
Solución:
Los protones tienen una carga eléctrica positiva de uno (+1) y una masa de 1 unidad de masa atómica (uma), que es aproximadamente 1,67 × 10 −27 kilogramos.
Problema 5: ¿Quién es el padre de Proton y quién encontró el protón?
Solución:
Ernest Rutherford es el padre de Proton, quien descubrió el protón en su famoso experimento con láminas de oro en 1909.
Problema 6. ¿Qué hay dentro de un protón?
Solución:
El protón, una de las partes del núcleo atómico, consta de partículas básicas llamadas quarks y gluones.