Fundamentos de la Carga Eléctrica y la Evolución de los Modelos Atómicos

Naturaleza Eléctrica de la Materia

La interacción entre cuerpos cargados se rige por las siguientes leyes fundamentales:

• Cuando se acercan dos cuerpos con carga eléctrica del mismo signo, se repelen.
• Cuando se acercan dos cuerpos con carga eléctrica de distinto signo, se atraen.

Instrumentos para la Detección de Carga

El Electroscopio

Es un aparato que sirve para detectar la presencia de cuerpos cargados. Para detectar si los cuerpos están cargados, se pueden utilizar dos métodos:

1. Por Contacto: Si la barra cargada toca la esfera metálica, la carga se transfiere hasta las láminas. Estas láminas adquieren carga del mismo signo y, por lo tanto, se repelen.
2. Por Inducción: Si la barra cargada se acerca sin llegar a tocar el electroscopio, las cargas de este se reordenan. Las cargas positivas se dirigen a la parte superior y las negativas se quedan en las láminas, provocando que estas se separen (repulsión).

El Péndulo Eléctrico

Fue utilizado por Coulomb para estudiar las atracciones y repulsiones entre cuerpos cargados. El péndulo consta de una esfera colgada de un hilo. Si tocamos una varilla cargada negativamente, la esfera del péndulo adquiere esa misma carga negativa.

Partículas Subatómicas y la Estructura del Átomo

Al comienzo del siglo XIX, Dalton había determinado que la materia estaba formada por átomos. Sin embargo, diferentes experimentos demostraron que la materia podía ganar o perder carga eléctrica. Luego, se pudo concluir que estas cargas eléctricas formaban parte de los átomos. Así se descubrieron tres tipos de partículas que componen los átomos:

• Protón
• Neutrón
• Electrón

La Superación del Modelo de Dalton

La Teoría de Dalton, que consideraba los átomos indivisibles, fue superada por experimentos que demostraban que los átomos estaban formados por partículas con carga eléctrica. Uno de estos experimentos cruciales lo llevó a cabo J.J. Thomson con los tubos de rayos catódicos.

El Experimento de los Tubos de Rayos Catódicos

Los tubos de rayos catódicos tienen un polo positivo (ánodo) y un polo negativo (cátodo). En el interior del tubo, que contiene un gas a baja presión, se observó que cuando se provocaba una descarga eléctrica entre las placas, aparecía un rayo iluminado. Este rayo estaba formado por partículas eléctricas con carga negativa, a las que Thomson llamó electrones.

Posteriormente, Ernest Rutherford descubrió el protón, que es una partícula del átomo con carga eléctrica positiva. Finalmente, en 1932, James Chadwick descubrió la tercera partícula, llamada neutrón.

Modelos Atómicos Históricos

Modelo Atómico de Thomson (El "Pudín de Pasas")

Después de demostrar que el átomo no era indivisible como decía Dalton, Thomson propuso un modelo atómico que explicaba su estructura. Según Thomson, el átomo era como una gran masa de carga positiva, e insertados en ella estarían los electrones (carga negativa), de modo que la carga total se neutralizaba para que el átomo fuera neutro.

Modelo Atómico de Rutherford (Modelo Planetario)

El experimento de Rutherford, que pretendía comprobar la validez del modelo atómico de Thomson, consistió en bombardear una lámina muy fina de oro con un haz de partículas alfa, cuya carga es positiva.

Al realizar el experimento, Rutherford observó tres resultados principales:

• La mayoría de las partículas alfa pasaban sin ser afectadas o desviadas.
• Algunas partículas observaban la lámina sufriendo desviaciones.
• Unas pocas partículas rebotaban.

Para poder explicar las grandes desviaciones que sufrían algunas partículas alfa, Rutherford propuso un nuevo modelo atómico. Según Rutherford, el átomo consta de:

Núcleo

En su parte central, contiene toda la carga positiva y casi toda la masa del átomo.

Corteza

Región que rodea el núcleo, donde están los electrones cargados negativamente. Estos electrones giran en torno al núcleo y a grandes distancias de este.

Rutherford sugirió que en los núcleos de los átomos debían existir otras partículas de masa casi igual a la del protón, pero sin carga eléctrica, por lo que les llamó neutrones. Esta partícula fue descubierta y confirmada por Chadwick en 1932.