La Evolución del Modelo Atómico: De Rutherford al Descubrimiento de Protón y Neutrón

El Modelo Atómico de Rutherford: El Experimento de la Lámina de Oro

El Experimento de Dispersión de Partículas Alfa

• Rutherford y sus colaboradores bombardearon láminas finas metálicas de oro con radiación alfa (α).
• Si se gira el microscopio, se puede calcular la fracción de partículas alfa que se desvían a distintos ángulos.

Observaciones Clave del Experimento

• La mayor parte de las partículas atraviesan la lámina sin desviarse.
• Un número relativamente pequeño experimenta desviaciones pequeñas.
• Y algunas de ellas, muy pocas, se desviaban ángulos mayores de 90º, es decir, rebotan.

Conclusiones de Rutherford

• El átomo está prácticamente vacío, pues la mayor parte de las partículas no se desvían.
• Existe una zona de carga positiva, pero de dimensiones reducidas, a la que llamó núcleo.
• Pudo calcular el radio del núcleo y su carga, determinando la fracción de partículas alfa que se desvían a distintos ángulos.

El Modelo Nuclear del Átomo

A partir de estos resultados, Rutherford propuso un modelo llamado el Modelo Nuclear del Átomo:

• Un átomo está formado por núcleo y corteza.
• En el núcleo se encuentra la carga positiva y casi toda la masa del átomo.
• El resto del átomo está prácticamente vacío y, a gran distancia del núcleo, se encuentra la corteza electrónica.

El Descubrimiento del Protón

• Cuando se emplean tubos de descarga con el cátodo perforado, se observa detrás de él un haz de luz producido por determinados rayos que atraviesan los orificios (conocidos como rayos canales o rayos positivos).
• Thomson los estudió en 1911 y obtuvo la relación carga/masa (q/m) cuando el gas residual era hidrógeno. El valor obtenido coincidía con el que se calculó en la electrólisis para los iones hidrógeno. Si el gas residual era otro, la relación q/m siempre era menor.
• En 1919, Rutherford bombardeó gas nitrógeno con partículas alfa y observó que algunas reacciones daban lugar a oxígeno-17 y a otra partícula cuyas propiedades coincidían con las observadas por Thomson en los rayos positivos (cuando el gas residual era hidrógeno).
• Posteriormente, Rutherford observó que esta partícula se producía en otras reacciones nucleares, con lo que dedujo que era una partícula elemental a la que llamó protón.

El Descubrimiento del Neutrón

• Rutherford se dio cuenta de que la masa del núcleo no era la suma de las masas de los protones que contenía.
• Por ejemplo, una partícula alfa (núcleo de helio) tenía una carga equivalente a dos protones, pero su masa era aproximadamente cuatro veces la del protón.
• Por esta razón, supuso que en el núcleo debía existir otra partícula de masa similar, pero sin carga eléctrica.
• Finalmente, en 1932, James Chadwick (1891-1974) descubrió el neutrón mediante una reacción nuclear específica.