2. Cargas eléctricas en un átomo
Cargas eléctricas en un átomo
Hacia finales del siglo XIX, experimentos con electricidad demostraron que los átomos no eran esferas sólidas, sino que estaban compuestos de trozos de materia todavía más pequeños llamados partículas subatómicas, tres de las cuales son protón, electrón y neutrón.
Algunas de estas partículas subatómicas se descubrieron porque tienen cargas eléctricas. Una carga eléctrica puede ser positiva o negativa. Los experimentos demuestran que cargas iguales se repelen, o se alejan una de otra.
Cuando usted se cepilla el cabello en un día seco, cargas eléctricas que son parecidas a las que conforman los átomos se acumulan en el cepillo y en el cabello. Como resultado, su cabello se aleja del cepillo. Por el contrario, las cargas opuestas o distintas se atraen.
El ELECTRÓN.
En la década de 1890, muchos científicos estaban interesados en el estudio de la radiación, la emisión y transmisión de la energía a través del espacio en forma de ondas.
En 1897, J.J. Thomson, un físico inglés, aplicó electricidad a un tubo de vidrio y produjo chorros de pequeñas partículas llamadas rayos catódicos. Puesto que estos rayos eran atraídos hacia un electrodo con carga positiva, Thomson se dio cuenta de que dichas partículas debían tener carga negativa.
En algunos experimentos se colocaron, por fiera del tubo de rayos catódicos, dos placas cargadas eléctricamente y un electroimán (figura 2.3). Cuando se conecta el campo magnético y el campo eléctrico permanece desconectado, los rayos catódicos alcanzan el punto A del tubo. Cuando está conectado solamente el campo eléctrico los rayos llegan al punto C. Cuando tanto el campo magnético como el eléctrico están desconectados, o bien cuando ambos están conectados pero se balancean de forma que se cancelan mutuamente. los rayos alcanzan el punto B. De acuerdo con la teoría electromagnética, un cuerpo cargado, en movimiento, se comporta como imán y puede interactuar con los campos magnéticos y eléctricos que atraviesa. Debido a que los rayos catódicos son atraídos por la placa con carga positiva y repelidos por la placa con carga negativa se conocen como electrones.
EL PROTÓN.
De acuerdo con Rutherford, la mayor parte de los átomos debe ser espacio vacío. Esto explica por qué la mayoría de las partículas a atravesaron la lámina de oro sufriendo poca o ninguna desviación. Rutherford propuso que las cargas positivas de los átomos estaban concentradas en un denso conglomerado central dentro del átomo, que llamó núcleo. Cuando una partícula a pasaba cerca del núcleo en el experimento, actuaba sobre ella una gran fuerza de repulsión, lo que originaba una gran desviación. Además, cuando una partícula a incidía directamente sobre el núcleo, experimentaba una repulsión tan grande que su trayectoria se invertía por completo. Las partículas del núcleo que tienen carga positiva reciben el nombre de protones.
EL NEUTRÓN.
El modelo de Rutherford de la estructura atómica dejaba un importante problema sin resolver. Se sabía que el hidrógeno, el átomo más sencillo, contiene sólo un protón, y que el átomo de helio contiene dos protones. Por lo tanto, la relación entre la masa de un átomo de helio y un átomo de hidrógeno debería ser 2:1. (Debido a que los electrones son mucho más ligeros que los protones, se puede ignorar su contribución a la masa atómica.) Sin embargo, en realidad la relación es 4:1. Rutherford y otros investigadores habían propuesto que debería existir otro tipo de partícula subatómica en el núcleo, hecho que el físico inglés James Chadwick12 probó en 1932. Cuando Chadwick bombardeó una delgada lámina de berilio con partículas a, el metal emitió una radiación de muy alta energía, similar a los rayos g. Experimentos posteriores demostraron que esos rayos en realidad constan de un tercer tipo de partículas subatómicas, que Chadwick llamó neutrones , debido a que se demostró que eran partículas eléctricamente neutras con una masa ligeramente mayor que la masa de los protones. El misterio de la relación de las masas se podía explicar ahora. En el núcleo de helio existen dos protones y dos neutrones, en tanto que en el núcleo de hidrógeno hay sólo un protón y no hay neutrones; por lo tanto, la relación es 4:1.
MASA DEL ÁTOMO
Todas las partículas subatómicas son extremadamente pequeñas en comparación con las cosas que usted ve a su alrededor. Un protón tiene una masa de 1.7 * 10^-24g, y el neutrón es más o menos igual. La masa del electrón es 9.1*10^-28 g, que es aproximadamente 1/2000-avo de la masa de un protón o de un neutrón. Dado que las masas de las partículas subatómicas son tan pequeñas, los químicos utilizan una unidad llamada unidad de masa atómica (uma). Una uma se define como un doceavo de la masa del átomo de carbono con seis protones y seis neutrones, un estándar con el que se compara la masa de cualquier otro átomo. En biología, la unidad de masa atómica se llama Dalton (Da) en honor de John Dalton.
Existen otras partículas subatómicas, pero el electrón, el protón y el neutrón son los tres componentes fundamentales del átomo que son importantes para la química. En la tabla 2.1 se muestran los valores de carga y masa de estas tres partículas elementales.
Estructura atómica en resumen.
El trabajo de diferentes científicos demostró que el átomo está formado de núcleo y corteza.
Las partículas fundamentales:
En el núcleo están los protones y neutrones
En la corteza están los electrones.
Hacia finales del siglo XIX, experimentos con electricidad demostraron que los átomos no eran esferas sólidas, sino que estaban compuestos de trozos de materia todavía más pequeños llamados partículas subatómicas, tres de las cuales son protón, electrón y neutrón.
Algunas de estas partículas subatómicas se descubrieron porque tienen cargas eléctricas. Una carga eléctrica puede ser positiva o negativa. Los experimentos demuestran que cargas iguales se repelen, o se alejan una de otra.
Cuando usted se cepilla el cabello en un día seco, cargas eléctricas que son parecidas a las que conforman los átomos se acumulan en el cepillo y en el cabello. Como resultado, su cabello se aleja del cepillo. Por el contrario, las cargas opuestas o distintas se atraen.
El ELECTRÓN.
En la década de 1890, muchos científicos estaban interesados en el estudio de la radiación, la emisión y transmisión de la energía a través del espacio en forma de ondas.
En 1897, J.J. Thomson, un físico inglés, aplicó electricidad a un tubo de vidrio y produjo chorros de pequeñas partículas llamadas rayos catódicos. Puesto que estos rayos eran atraídos hacia un electrodo con carga positiva, Thomson se dio cuenta de que dichas partículas debían tener carga negativa.
En algunos experimentos se colocaron, por fiera del tubo de rayos catódicos, dos placas cargadas eléctricamente y un electroimán (figura 2.3). Cuando se conecta el campo magnético y el campo eléctrico permanece desconectado, los rayos catódicos alcanzan el punto A del tubo. Cuando está conectado solamente el campo eléctrico los rayos llegan al punto C. Cuando tanto el campo magnético como el eléctrico están desconectados, o bien cuando ambos están conectados pero se balancean de forma que se cancelan mutuamente. los rayos alcanzan el punto B. De acuerdo con la teoría electromagnética, un cuerpo cargado, en movimiento, se comporta como imán y puede interactuar con los campos magnéticos y eléctricos que atraviesa. Debido a que los rayos catódicos son atraídos por la placa con carga positiva y repelidos por la placa con carga negativa se conocen como electrones.
EL PROTÓN.
De acuerdo con Rutherford, la mayor parte de los átomos debe ser espacio vacío. Esto explica por qué la mayoría de las partículas a atravesaron la lámina de oro sufriendo poca o ninguna desviación. Rutherford propuso que las cargas positivas de los átomos estaban concentradas en un denso conglomerado central dentro del átomo, que llamó núcleo. Cuando una partícula a pasaba cerca del núcleo en el experimento, actuaba sobre ella una gran fuerza de repulsión, lo que originaba una gran desviación. Además, cuando una partícula a incidía directamente sobre el núcleo, experimentaba una repulsión tan grande que su trayectoria se invertía por completo. Las partículas del núcleo que tienen carga positiva reciben el nombre de protones.
EL NEUTRÓN.
El modelo de Rutherford de la estructura atómica dejaba un importante problema sin resolver. Se sabía que el hidrógeno, el átomo más sencillo, contiene sólo un protón, y que el átomo de helio contiene dos protones. Por lo tanto, la relación entre la masa de un átomo de helio y un átomo de hidrógeno debería ser 2:1. (Debido a que los electrones son mucho más ligeros que los protones, se puede ignorar su contribución a la masa atómica.) Sin embargo, en realidad la relación es 4:1. Rutherford y otros investigadores habían propuesto que debería existir otro tipo de partícula subatómica en el núcleo, hecho que el físico inglés James Chadwick12 probó en 1932. Cuando Chadwick bombardeó una delgada lámina de berilio con partículas a, el metal emitió una radiación de muy alta energía, similar a los rayos g. Experimentos posteriores demostraron que esos rayos en realidad constan de un tercer tipo de partículas subatómicas, que Chadwick llamó neutrones , debido a que se demostró que eran partículas eléctricamente neutras con una masa ligeramente mayor que la masa de los protones. El misterio de la relación de las masas se podía explicar ahora. En el núcleo de helio existen dos protones y dos neutrones, en tanto que en el núcleo de hidrógeno hay sólo un protón y no hay neutrones; por lo tanto, la relación es 4:1.
MASA DEL ÁTOMO
Todas las partículas subatómicas son extremadamente pequeñas en comparación con las cosas que usted ve a su alrededor. Un protón tiene una masa de 1.7 * 10^-24g, y el neutrón es más o menos igual. La masa del electrón es 9.1*10^-28 g, que es aproximadamente 1/2000-avo de la masa de un protón o de un neutrón. Dado que las masas de las partículas subatómicas son tan pequeñas, los químicos utilizan una unidad llamada unidad de masa atómica (uma). Una uma se define como un doceavo de la masa del átomo de carbono con seis protones y seis neutrones, un estándar con el que se compara la masa de cualquier otro átomo. En biología, la unidad de masa atómica se llama Dalton (Da) en honor de John Dalton.
Existen otras partículas subatómicas, pero el electrón, el protón y el neutrón son los tres componentes fundamentales del átomo que son importantes para la química. En la tabla 2.1 se muestran los valores de carga y masa de estas tres partículas elementales.
Estructura atómica en resumen.
El trabajo de diferentes científicos demostró que el átomo está formado de núcleo y corteza.
Las partículas fundamentales:
En el núcleo están los protones y neutrones
En la corteza están los electrones.
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