El descubridor del electrón; J.J. Thomson.

El 30 de agosto de 1940, fallecía el físico británico Joseph John “J.J.” Thomson, (Mánchester, Inglaterra, 18 de diciembre de 1856 – Cambridge, Inglaterra, 30 de agosto de 1940).

thomsonEntre muchos de sus logros cabe destacar ser el descubridor del electrón, de los isótopos y ser el inventor del espectrómetro de masas. Además propuso uno de los primeros módelos atómicos, tras el de Dalton (formulado en 1803 ), que aunque erróneo, permaneció vigente durante años y abrió el camino a nuevos postulados e investigaciones sobre la teoría de la estructura nuclear.

J.J. Thomson fue galardonado con el Premio Nobel de Física en 1906, “en reconocimiento de los grandes méritos de sus investigaciones teóricas y experimentales en la conducción de la electricidad generada por los gases”.

En 1870 estudió ingeniería en el Owens College, (hoy parte de la Universidad de Mánchester), y se trasladó al Trinity College de Cambridge en 1876. En 1880, obtuvo su licenciatura en Matemáticas. Ocupó la cátedra Cavendish y, posteriormente, fue nombrado director del Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge.

Thomson investigó la naturaleza de los rayos catódicos y demostró que los campos eléctricos podían provocar la desviación de éstos. Llevó a cabo numerosos experimentos sobre su desviación, bajo el efecto combinado de campos eléctricos y magnéticos, buscando la relación existente entre la carga y la masa de la partículas, proporcionalidad que se mantenía constante aun cuando se alterase el material del cátodo. Los rayos catódicos no tenían carácter electromagnético, sino que eran la expresión de una nueva forma de radiación.

En sus experimentaciones observó que cuando en un tubo de vidrio que lleva soldados dos electrodos conectados a una gran tensión (de 20000 a 100000 voltios) se hace el vacío (aproximadamente 0,001 mmHG), al producirse una descarga se aprecia una luminosidad o fluorescencia verdosa en la pared localizada frente al cátodo, que los investigadores supusieron que era debida a la existencia de unos rayos procedentes del electrodo negativo, que llamaron rayos catódicos

En 1876, junto con John Sealy Townsend y Harold Albert Wilson, mediante sus experimentos indicaron que los rayos catódicos eran realmente partículas únicas y no ondas, átomos o moléculas, tal como se creía anteriormente

thompson2Para Thomson los rayos catódicos estaban hechos de partículas que llamó “corpúsculos”, y estos corpúsculos procedían de dentro de los átomos de los electrodos, lo que significa que los átomos eran, de hecho, divisibles y no indivisibles como proponía Dalton y se acpetaba en aquel momento.

Thomson hizo estimaciones tanto de la carga como de la masa, y encontró que las partículas de los rayos catódicos, los “corpúsculos” tenían aproximadamente una milésima parte de la masa del ion menos masivo conocido, el ion hidrógeno Demostró además, que su proporción carga-masa (e/m) era independiente del material del cátodo.

Demostró que las partículas cargadas negativamente producidas por materiales radiactivos, por materiales calentados y por materiales iluminados eran universales.

Una vez hecho el estudio de la relación carga/masa para tales partículas, sbtuvo siempre el mismo valor (1,758796 × 10e11 C/kg) fueran cuales fuesen las condiciones en las que se produjeran los rayos y la naturaleza del gas encerrado en el tubo. A propuesta del físico irlandés George Johnstone Stoney, se bautizó a estas partículas con el nombre de electrones, suponiéndolas como partículas elementales de la electricidad o, cargas eléctricas elementales.

En base a estas observaciones, en 1904 desarrolló su propio modelo atómico.

Thomson imaginó que el átomo se compone de estos corpúsculos en un mar lleno de carga positiva; a este modelo del átomo, se le llamó el modelo de pudín o budin de pasas.

Thomson ideó con su modelo un átomo parecido a un pastel de frutas. Una nube positiva que contenía las pequeñas partículas negativas (los electrones) suspendidos en ella. El número de cargas negativas era el adecuado para neutralizar la carga positiva. En el caso de que el átomo perdiera un electrón, la estructura quedaría positiva; y si ganaba, la carga final sería negativa. De esta forma, explicaba la formación de iones; pero dejó sin explicación la existencia de las otras radiaciones.

Las predicciones del modelo de Thomson resultaron posteriormente incompatibles con los resultados de los experimentos de Rutherford, que sugerían que la carga positiva estaba concentrada en una pequeña región en el centro del átomo, el núcleo atómico. Sólo de ese modo se confirmaban las desviaciones observadas con partículas cargadas negativamente observadas por Rutherford. El modelo atómico de Rutherford, permitió explicar esto último, revelando la existencia de un núcleo atómico cargado positivamente y de elevada densidad.

En 1886, Eugen Goldstein había observado que rayos de descarga en gases a baja presión que viajaban lejos del ánodo y a través de canales en un cátodo perforado, opuestos a la dirección de los rayos catódicos cargados negativamente (que viajan desde el cátodo al ánodo). Goldstein llamó a estos rayos de ánodo con carga positiva Kanalstrahlen (rayos canales). Wilhelm Wien encontró que fuertes campos eléctricos o magnéticos desvíaban esos rayos canales y, en 1899, construyó un dispositivo con campos eléctricos y magnéticos paralelos que separaba los rayos positivos en función de su relación carga-masa (Q/m).

thomson3

Thomson examinó los rayos positivos y, en 1911, descubrió la manera de utilizarlos para separar átomos de diferente masa. El objetivo se consiguió desviando los rayos positivos mediante campos eléctricos y magnéticos creando de esta forma, la técnica de la espectrometría de masas. Así descubrió que el neón tiene dos isótopos (el neón-20 y el neón-22).

Entre sus obras obras, destacan The Discarge of Electricity Through Gases, Conduction of Electricity Through Gases, The Corpuscular Theory of Matter, The Electron in Chemistry y Recollections and Reflections.

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Publicado el 1 septiembre, 2015 en Física, Química. Añade a favoritos el enlace permanente. Deja un comentario.

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