Física y Química 3.º ESO · Los primeros modelos atómicos: Dalton y Thomson
Recuerda: la materia tiene cargas eléctricas. El modelo de Thomson
Objetivo: Al terminar, sabrás explicar la electrización por frotamiento con el paso de electrones de un cuerpo a otro y describir y dibujar el modelo atómico de Thomson.
Recuerda
La materia tiene cargas eléctricas
Si frotas un globo con el pelo o un bolígrafo con un jersey de lana, atraen el pelo o trocitos de papel: se han electrizado (cargado). Con experiencias así se sabe que:
- Hay dos tipos de carga: positiva (+) y negativa (−).
- Cargas del mismo signo se repelen; de signo contrario se atraen.
- La materia normalmente es neutra: tiene la misma cantidad de carga positiva que negativa.
¿Qué pasa al frotar?
Al frotar, unas partículas muy pequeñas con carga negativa, los electrones, pasan de un cuerpo al otro:
- El cuerpo que gana electrones queda con carga negativa.
- El cuerpo que pierde electrones queda con carga positiva.
La carga no se crea: solo pasa de un cuerpo a otro. Si los átomos fueran indivisibles, como pensaba Dalton, no podrían «soltar» electrones: la electrización indica que los átomos tienen partes con carga.
El descubrimiento del electrón (1897)
El físico inglés J. J. Thomson trabajó con tubos de rayos catódicos: tubos de vidrio con un gas a muy baja presión y dos placas metálicas (electrodos) conectadas a una fuente de alto voltaje. Del electrodo negativo (el cátodo) salen unos rayos que hacen brillar el vidrio del otro extremo. Thomson observó que:
- Los rayos se desvían hacia una placa con carga positiva → están formados por partículas con carga negativa.
- Son iguales sea cual sea el gas del tubo o el metal del cátodo → esas partículas están en todos los átomos.
- Esas partículas son muchísimo más ligeras que el átomo más ligero, el de hidrógeno.
A esas partículas se las llamó electrones. Por este descubrimiento, Thomson recibió el Premio Nobel de Física en 1906.
El modelo de Thomson (1904)
Si los átomos contienen electrones (negativos) y la materia es neutra, el átomo debe tener también carga positiva. Su modelo fue:
- El átomo es una esfera maciza con carga positiva repartida por igual.
- Los electrones están incrustados en ella, como las pasas en un pudin (o las pepitas en una sandía).
- La carga positiva de la esfera es igual a la negativa de todos sus electrones: el átomo es neutro.
Con Thomson, el átomo deja de ser indivisible: contiene partículas más pequeñas. Es el primer postulado de Dalton que cae. Este modelo también explica la electrización: al frotar, algunos electrones se separan de sus átomos y pasan al otro cuerpo.
Puntos clave
- Hay cargas positivas y negativas; las del mismo signo se repelen y las de signo contrario se atraen.
- Al frotar, pasan electrones de un cuerpo a otro: el que gana electrones queda negativo; el que los pierde, positivo.
- Thomson descubrió el electrón (1897) con los tubos de rayos catódicos: partícula negativa, muy ligera y presente en todos los átomos.
- Modelo de Thomson (1904): esfera con carga positiva y electrones incrustados (pudin de pasas).
- El átomo es neutro: carga positiva = carga negativa de los electrones.
- El átomo ya no es indivisible: contiene electrones.
Errores frecuentes
ErrorDecir que un cuerpo queda positivo porque «gana cargas positivas».
Cómo corregirloAl frotar solo se mueven los electrones: queda positivo el cuerpo que pierde electrones.
ErrorDibujar en el modelo de Thomson los electrones girando alrededor de un núcleo.
Cómo corregirloEn el modelo de Thomson no hay núcleo: los electrones están quietos, incrustados en una esfera positiva.
ErrorPensar que los rayos catódicos son un tipo de luz.
Cómo corregirloLa luz no se desvía al pasar entre placas con carga; los rayos catódicos sí, hacia la placa positiva: son partículas con carga negativa, los electrones.
Ejemplos resueltos
Ejemplo 1. Un globo pegado a la pared situación real (electrización)
Frotas un globo con un jersey de lana y, al acercarlo a la pared o a tu pelo, se queda pegado. En este frotamiento, el globo gana electrones. a) ¿Qué carga tiene el globo? ¿Y el jersey? b) ¿Por qué el pelo, si también lo frotas con el globo, se queda «de punta» y se separa?
Resolución
a) El globo gana electrones → queda con carga negativa. El jersey pierde esos mismos electrones → queda con carga positiva (y de la misma cantidad).
b) Al frotar el pelo con el globo, el pelo pierde electrones y todos los pelos quedan con carga del mismo signo (positiva): se repelen entre sí y se separan. A la vez, el globo (negativo) los atrae.
Ejercicios
De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.
1. Fácil
Dibuja un átomo según el modelo de Thomson que tenga 6 electrones. ¿Cuánta carga positiva tiene la esfera, medida en «cargas de electrón»? ¿Cuál es la carga total del átomo?
Ver solución
+6 cargas; carga total 0 (neutro).
Dibujo: un círculo grande con signos + repartidos por todo su interior y 6 puntos negativos (electrones) incrustados. La esfera tiene una carga positiva igual a la de 6 electrones: +6. Carga total: : el átomo es neutro.
2. Fácil
Al frotar una barra de vidrio con un paño de seda, la barra queda con carga positiva. a) ¿La barra ha ganado o perdido electrones? b) ¿Qué carga adquiere el paño? c) Si acercamos dos barras de vidrio frotadas, ¿se atraen o se repelen?
Ver solución
a) Ha perdido electrones. b) Negativa. c) Se repelen.
a) Queda positiva porque pierde electrones (los electrones son negativos). b) Los electrones pasan al paño, que queda negativo. c) Las dos barras tienen carga del mismo signo (positiva) → se repelen.
3. Media
¿Qué postulado de Dalton deja de ser válido con el descubrimiento del electrón? ¿Por qué Thomson tuvo que añadir a su modelo una carga positiva?
Ver solución
El de que el átomo es indivisible. Porque los átomos son neutros y los electrones son negativos.
Dalton decía que el átomo es indivisible; si contiene electrones, se le pueden «arrancar» partes: es divisible. Como la materia es neutra y los electrones tienen carga negativa, tiene que haber en el átomo una carga positiva igual que la compense.
Para practicar más
1. Media
A veces, al bajar del coche y tocar la puerta, notas un calambre. Durante el viaje, tu ropa se ha frotado con el asiento y tu cuerpo ha quedado con exceso de electrones. Explica qué carga tenías y qué pasa al tocar la puerta metálica.
Ver solución
Carga negativa; los electrones sobrantes pasan de golpe a la puerta (calambre).
Con exceso de electrones tu cuerpo tenía carga negativa. Al tocar el metal, que conduce bien la electricidad, los electrones sobrantes pasan muy rápido de tu cuerpo a la puerta: ese paso brusco es el calambre (a veces se ve una chispa). Después quedas neutro.
2. Fácil
Un átomo de Thomson tiene una esfera con carga +8 y 8 electrones. a) ¿Cuál es su carga total? b) Si pierde 2 electrones, ¿cuál es su nueva carga? c) Si en vez de eso gana 1 electrón, ¿qué carga tiene?
Ver solución
a) 0. b) +2. c) −1.
a) (neutro). b) Le quedan 6 electrones: . c) Tiene 9 electrones: .
3. Media
Indica si es verdadero o falso y corrige las falsas: a) En el modelo de Thomson los electrones giran alrededor de un núcleo. b) Al frotar dos cuerpos se crean cargas eléctricas. c) Dos cuerpos con carga negativa se atraen. d) Según Thomson, el átomo es neutro.
Ver solución
a) F. b) F. c) F. d) V.
a) Falso: en el modelo de Thomson no hay núcleo; los electrones están incrustados en una esfera positiva. b) Falso: la carga no se crea; los electrones pasan de un cuerpo a otro. c) Falso: las cargas del mismo signo se repelen. d) Verdadero: la carga positiva de la esfera compensa la de los electrones.