PARTÍCULAS SUBATÓMICAS

OBJETIVOS Identificar tres tipos de partículas subatómicas Relacionar a los científicos con la respectiva partícula atómica descubierta Conocer la ubicación de las partículas subatómicas en el átomo. Conocer la carga de las partículas subatómicas Relacionar la masa de las partículas subatómicas, con la masa y espacio del átomo

Hoy sabemos que el átomo es divisible, puesto que está formado por partículas más pequeñas, llamadas partículas subatómicas. Estas pueden ser de tres tipos: _ Protones _ Neutrones _ Electrones

DESCUBRIMIENTO DEL ELECTRÓN En 1897 J.J.Thomson usando un tubo de rayos catódicos deduce la presencia de una partícula con carga negativa: los electrones.

JOSEPH JOHN THOMSON ( 1856-1940) En 1897 Joseph J. Thomson estudió la naturaleza eléctrica de los rayos catódicos y demostró que estos rayos se desviaban hacía el polo positivo del campo eléctrico por lo que confirmó que poseían carga negativa, independientemente del gas que esté encerrado dentro del tubo. Además determinó su masa en relación al átomo de hidrógeno deduciendo que corresponde aproximadamente 1890 veces menor. Así propuso la existencia de las partículas negativas que estaban presentes en toda la materia y que recibieron el nombre de electrón. http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/atomo/catodicos.htm

ELECTRONES: Poseen una masa 1.840 veces menor que la masa del protón) Tienen carga eléctrica negativa Se están moviendo constantemente alrededor del núcleo siguiendo unas “órbitas”

TUBO DE RAYOS CATÓDICOS Y LOS ELECTRONES

Descubrimiento del electrón En 1850 William Crookes construyó un tubo de descargas ( tubo de vidrio con electrodos metálicos en sus extremos , conectados a una fuente de energía), al que llamó tubo de rayos catódicos. Al hacer vacío se observa la emisión de luz , que viaja desde el cátodo ( polo negativo) hacia el ánodo (polo positivo). Como la luminosidad provenía del cátodo se les denominó rayos catódicos.

Rayos Catódicos y Electrones J. J. Thomson trabajando con los tubos de Croques “una corriente de algo electrificado emergiendo del cátodo”

Atoms JJ Thomson’s Cathode Ray Tube (CRT) Anode – attached to the positive terminal of the voltage source Cathode – attached to the Negative end of the voltage source

calculó la relación entre la carga eléctrica y la masa de un electrón J. J. Thomson

Características de los rayos catódicos: Proyección del perfil del ánodo en la pantalla fluorescente, indica que los rayos viajan en línea recta desde el cátodo al anodo. Corresponde a la trayectoria de los electrones.

PROPAGACIÓN DE LOS RAYOS CATÓDICOS El ánodo y el cátodo se hallan conectados a una fuente de alto voltaje (más de 10000 volts). En el tubo de vidrio se encuentra un gas a baja presión (aprox. 0,001 mm de Hg). Con este experimento Thomson averiguó cómo se desplazaban los rayos. Pudo observar que los mismos se desplazaban en línea recta y producían un destello al llegar a una pantalla formada por una sustancia fluorescente.

                                                               El ánodo y el cátodo se hallan conectados a una fuente de alto voltaje (más de 10000 volts). En el tubo de vidrio se encuentra un gas a baja presión (aprox. 0,001 mm de Hg).                                                 Con este experimento Thomson averiguó de dónde salían los rayos. Interponiendo un objeto metálico opaco, como se muestra en la figura, en el camino de los rayos observó que se formaba una sombra en la pared opuesta al cátodo. Ésto indicaba que los rayos partían del cátodo. Por eso se los llama RAYOS CATÓDICOS. ¿DE DÓNDE PARTEN LOS RAYOS?                                                              Interponiendo un objeto metálico opaco, como se muestra en la figura, en el camino de los rayos observó que se formaba una sombra en la pared opuesta al cátodo. los rayos parten del cátodo. Por eso se les llama RAYOS CATÓDICOS.  

Tubo de Crookes con rueda de paletas Tubo de Crookes con rueda de paletas . El paso de los rayos catódicos transfiere energía térmica y cinética a las aspas, lo que indica que estas partículas negativas tienen masa y llevan energía.

¿TIENEN MASA LOS RAYOS? Con este experimento Thomson averiguó si los rayos tenían masa. En el camino de los rayos interpuso una pequeña rueda. Observó que la rueda giraba como consecuencia del paso de los rayos. Por lo tanto los rayos poseían masa.

El haz de rayos catódicos, en presencia de un campo eléctrico, se desvía hacia la placa positiva, dando prueba de su carga eléctrica negativa.  

El haz de rayos catódicos, en presencia de un campo magnético (imán) se desvía hacia la placa positiva, dando prueba de su carga eléctrica negativa.  

¿QUÉ CARGA TIENEN LOS RAYOS? Con este experimento Thomson averiguó qué carga tenían los rayos. Utilizando un campo eléctrico o un campo magnético, comprobó que los rayos se desviaban alejándose del polo negativo del campo y se acercaban al polo positivo. Este comportamiento indicaba que los rayos eran partículas negativas

Tubo de rayos catódicos utilizado por Thomson Cuando se sitúan unas aberturas en A y B, el brillo se limita a un punto bien definido sobre el vidrio, este punto puede desviarse mediante campos eléctricos o magnéticos.

EN RESUMEN La emisión de rayos catódicos es independiente del material del cátodo. La relación carga/masa de los rayos catódicos es la misma independientemente del gas del que proceda Se supuso que estas partículas deberían estar en todos los átomos. Thomson las llamó “electrones”.

USOS DEL TUBO DE RAYOS CATÓDICOS Television Computer Monitor En el tubo de rayos catódicos pasa electricidad a través de un gas contenido a muy baja presión.

LA GOTA DE ACEITE Y MASA DE LOS ELECTRONES

Masa del electrón La masa del electrón es: 9.11 x 10-28 g Aparato de Millikan 1916 – Robert Millikan determino la masa del electrón: 1/1840 la masa de un átomo de hidrógeno (9,11 x 10 -28 g); y tienen una unidad de carga negativa.

Además determino experimentalmente el valor de la carga eléctrica (negativa) de un electrón mediante su experimento con gotas de aceite entre placas de un condensador. Dió como valor de dicha carga e = 1,6 x 10 -19 coulomb.

CONCLUSIONES DEL ESTUDIO DE LOS ELECTRONES

_ Los rayos catódicos tienen propiedades idénticas independientemente del elemento utilizado para producirlos. _ Todos los elementos deben contener electrones cargados de forma idéntica. _ Los átomos son neutros, por lo que debe haber partículas positivas en el átomo que equilibren la carga negativa de los electrones _ Los electrones tienen una masa tan pequeña que los átomos debe contener otras partículas que representan la mayor parte de la masa del átomo.

RAYOS CANALES Y LOS PROTONES

Descubrimiento del protón RAYOS CANALES En 1886 el científico Eugen Goldstein llevó a cabo algunos experimentos con un tubo de Crookes modificado cuyo cátodo era un disco metálico lleno de orificios. Observó además de los rayos catódicos, unos rayos positivos (rayos canales) en la región situada detrás del cátodo. Esto ocurre porque estas cargas positivas se forman cuando los rayos catódicos desprenden electrones de los átomos gaseosos neutros.

Rayos Canales y Protones Eugen Goldstein

PROTONES Se encuentran en el núcleo Tienen carga eléctrica positiva Poseen una masa semejante a la del átomo de hidrógeno La masa de un protón es de 1,6726 × 10-27 kg, que es 1.840 veces mayor que la del electrón. Los átomos se diferencian unos de otros por la cantidad de protones que poseen

DESCUBRIMIENTO DE LOS NEUTRONES

Descubrimiento del neutrón El modelo del átomo nuclear propuesto por Rutherford no daba respuesta a la relación entre la masa y la carga. No se podía explicar el hecho de que el He por tener un protón más que el Hidrógeno debía tener el doble de la masa, pero no era así, su masa era 4 veces más que la de un átomo de H. En 1932 se dio explicación a lo que ocurría, cuando James Chadwick descubrió el neutrón y se supo que la diferencia de masa se producía porque el átomo de He tiene 2 neutrones y el H no tiene.

Componentes del Átomo: núcleo y neutrones En 1932 James Chadwick descubrió los neutrones que son partículas subatómicas que se encuentran en el núcleo y no tienen carga. Bombardeó una muestra de Be con partículas alfa (núcleos de helio), que hacen que el berilio emita una radiación. Al estudiar esta radiación, que antes había sido confundida con rayos gama, se dio cuenta que no era afectada por un campo magnético. Como todas las partículas con carga al moverse, generan un campo magnético, estas partículas debían ser neutras, y no eran fotones porque no presentaban el efecto fotoeléctrico. Su descubrimiento apoyo el modelo atómico propuesto por Rutherford James Chadwick

NEUTRONES Constituyen los núcleos de los átomos junto con los protones. No tienen carga eléctrica (son neutros) Poseen una masa prácticamente igual a la del protón La masa de un neutrón es de 1,675 × 10-27 kg

James Chadwick, demostró que en el núcleo existía otra partícula subatómica, la cual llamó “neutrón” por su carga eléctrica neutra.

RESUMIENDO: u.m.a. = unidad de masa atómica (1,67 x 10-24 g) PARTÍCULA LOCALIZACIÓN MASA Masa/g CARGA Protón NÚCLEO 1u.m.a 1.67 x 10-24 Positiva = + Neutrón Cero = 0 Electrón CORTEZA O ENVOLTURA 1/ 1840 u.m.a 9.11 x 10-28 Negativa = - u.m.a. = unidad de masa atómica (1,67 x 10-24 g) NUCLEONES: Es el nombre genérico de todas las partículas que se encuentran en el núcleo de un átomo

Los protones y los neutrones están en el núcleo y los electrones están en continuo movimiento formando una “corteza” alrededor del núcleo.