Articulo de referencia

Modelo de pudín de ciruelas

Un átomo hipotético con siete electrones, dispuesto en una bipirámide pentagonal, tal como lo imaginó Thomson en 1905. El modelo del pudín de pasas fue el primer modelo científi...

Un átomo hipotético con siete electrones, dispuesto en una bipirámide pentagonal, tal como lo imaginó Thomson en 1905.

El modelo del pudín de pasas fue el primer modelo científico del átomo con estructura interna. Fue propuesto por primera vez por JJ Thomson en 1904 tras su descubrimiento del electrón en 1897, pero posteriormente quedó obsoleto con el descubrimiento del núcleo atómico por Ernest Rutherford en 1911. El modelo intentaba explicar dos propiedades de los átomos que se conocían entonces: que hay electrones y que los átomos no tienen carga eléctrica neta. Lógicamente tenía que haber una cantidad igual de carga positiva para equilibrar la carga negativa de los electrones. Como no tenía idea de la fuente de esta carga positiva, Thomson propuso tentativamente que estaba en todas partes en el átomo, y que el átomo tenía forma de esfera por el bien de la simplicidad matemática. A partir de esto, Thomson imaginó que el equilibrio de las fuerzas electrostáticas en el átomo distribuiría los electrones más o menos uniformemente a lo largo de esta esfera hipotética. [1]

Thomson intentó sin éxito desarrollar un modelo completo que pudiera predecir otras propiedades conocidas del átomo, como los espectros de emisión y las valencias . Basándose en estudios experimentales de dispersión de partículas alfa , Ernest Rutherford desarrolló un modelo alternativo para el átomo que presentaba un centro nuclear compacto. Este modelo fue retomado por Niels Bohr como base del primer modelo cuántico del átomo .

El modelo de Thomson se conoce popularmente como el "modelo del pudín de pasas", con la idea de que los electrones están distribuidos de manera uniforme, como pasas en un pudín de pasas . Ni Thomson ni sus colegas utilizaron nunca esta analogía. [2] Parece haber sido concebida por escritores de divulgación científica para hacer el modelo accesible al profano. La analogía es quizás engañosa porque Thomson comparó la esfera con un líquido en lugar de un sólido, ya que pensaba que los electrones se movían en su interior. [3]

Significado

El modelo de budín de pasas de Thomson del átomo es uno de una serie de modelos atómicos que van desde los modelos filosóficos de los antiguos griegos, pasando por el átomo basado en la química de John Dalton , hasta el átomo cuántico moderno de la física atómica . Entre estos modelos, el de Thomson puede considerarse el primer modelo moderno. [4] :  6 El modelo de Thomson se distingue por ser el primero con estructura interna; fue el mejor modelo disponible entre 1904 y 1910. [2] :  A129 El modelo de Thomson introdujo la idea de que los elementos sucesivos en la tabla periódica podrían formarse por adiciones de electrones individuales. Sus anillos concéntricos de electrones introdujeron una idea que más tarde se convirtió en electrones "centrales" y "de valencia". Y su modelo se basó en un modelo de estabilidad mecánica. [5] :  24 Al estar basado en "corpúsculos" subatómicos estudiados experimentalmente, ahora conocidos como electrones , el modelo de Thomson fue el primer modelo en ser sometido a pruebas experimentales directas. [4] : 6  En 1909, estas pruebas comenzaron a revelar nuevas ideas y en 1911 Ernest Rutherford utilizó datos de dispersión experimental para proponer un nuevo modelo atómico .

Fondo

A lo largo del siglo XIX, se fueron acumulando pruebas de la química y la mecánica estadística de que la materia estaba compuesta de átomos. Se discutió la estructura del átomo y, a finales de siglo, el modelo principal [6] : 175  era la teoría de los vórtices del átomo , propuesta por William Thomson (más tarde Lord Kelvin) en 1867. [7] En 1890, JJ Thomson tenía su propia versión llamada la hipótesis del "átomo nebular", en la que los átomos estaban compuestos de vórtices inmateriales y sugería similitudes entre la disposición de los vórtices y la regularidad periódica encontrada entre los elementos químicos. [8]

El descubrimiento del electrón por parte de Thomson en 1897 cambió sus puntos de vista. Thomson los llamó "corpúsculos" ( partículas ), pero más comúnmente se los llamaba "electrones", el nombre que G. J. Stoney había acuñado para la " unidad fundamental de la electricidad " en 1891. [9] Sin embargo, incluso a fines de 1899, pocos científicos creían en las partículas subatómicas. [10] : I:365 

Otro tema científico emergente del siglo XIX fue el descubrimiento y estudio de la radiactividad . Thomson descubrió el electrón estudiando los rayos catódicos , y en 1900 Henri Becquerel determinó que la radiación altamente penetrante del uranio, ahora llamada partículas beta , tenía la misma relación carga/masa que los rayos catódicos. [10] : II:3  Se creía que estas partículas beta eran electrones que viajaban a velocidades mucho más altas. Estas partículas beta serían utilizadas por Thomson para sondear los átomos y encontrar evidencia de su teoría atómica. La otra forma de radiación crítica para esta era de modelos atómicos fueron las partículas alfa . Más pesadas y lentas que las partículas beta, estas serían la herramienta clave utilizada por Rutherford para encontrar evidencia en contra del modelo de Thomson.

Además de la teoría atómica emergente, el electrón y la radiación, el último elemento de la historia fueron los numerosos estudios de espectros atómicos publicados a finales del siglo XIX. Parte del atractivo del modelo de vórtice era su posible papel en la descripción de los datos espectrales como respuestas vibracionales a la radiación electromagnética. [6] : 177  Ni el modelo de Thomson ni su sucesor, el modelo de Rutherford, hicieron progresos en la comprensión de los espectros atómicos. Eso tendría que esperar hasta que Niels Bohr construyera el primer modelo atómico basado en la teoría cuántica.

Desarrollo

El modelo de Thomson fue el primero en asignar una estructura interna específica a un átomo, [11] :  9 aunque sus primeras descripciones no incluían fórmulas matemáticas. [2] Desde 1897 hasta 1913, Thomson propuso una serie de modelos polielectrónicos cada vez más detallados para el átomo. [6] : 178  Sus primeras versiones fueron cualitativas y culminaron en su artículo de 1906 y los resúmenes posteriores. El modelo de Thomson cambió a lo largo de su publicación inicial, convirtiéndose finalmente en un modelo con mucha más movilidad que contenía electrones que giraban en el campo denso de carga positiva en lugar de una estructura estática. Thomson intentó sin éxito reformular su modelo para tener en cuenta algunas de las principales líneas espectrales conocidas experimentalmente para varios elementos. [12]

1897 Corpúsculos dentro de los átomos

En un artículo titulado Cathode Rays (Rayos catódicos) , [13] Thomson demostró que los rayos catódicos no son luz, sino que están hechos de partículas con carga negativa a las que llamó corpúsculos . Observó que los rayos catódicos pueden ser desviados por campos eléctricos y magnéticos, lo que no sucede con los rayos de luz. En unos pocos párrafos cerca del final de este largo artículo, Thomson analiza la posibilidad de que los átomos estuvieran hechos de estos corpúsculos , llamándolos átomos primordiales . Thomson creía que el intenso campo eléctrico alrededor del cátodo causaba que las moléculas de gas circundantes se dividieran en sus corpúsculos componentes , generando así rayos catódicos. Thomson mostró así evidencia de que los átomos eran de hecho divisibles, aunque no intentó describir su estructura en este punto.

Thomson señala que no fue el primer científico en proponer que los átomos son realmente divisibles, haciendo referencia a William Prout , quien en 1815 observó que los pesos atómicos de varios elementos eran múltiplos del peso atómico del hidrógeno y planteó la hipótesis de que todos los átomos eran átomos de hidrógeno fusionados. [11] Si bien la hipótesis de Prout fue descartada por los químicos cuando se descubrió en la década de 1830 que algunos elementos parecían tener un peso atómico no entero (por ejemplo, el cloro tiene un peso atómico de aproximadamente 35,45), el concepto continuó teniendo influencia. Finalmente, las discrepancias se explicarían con el descubrimiento de los isótopos y la estructura nuclear a principios del siglo XX.

Unos meses después de que apareciera el artículo de Thomson, George FitzGerald sugirió que el corpúsculo identificado por Thomson a partir de rayos catódicos y propuesto como partes de un átomo era un "electrón libre", como lo describieron el físico Joseph Larmor y Hendrik Lorentz . Si bien Thomson no adoptó la terminología, la conexión convenció a otros científicos de que los rayos catódicos eran partículas, un paso importante en su aceptación final de un modelo atómico basado en partículas subatómicas. [14]

En 1899, reiteró su modelo atómico en un artículo que mostraba que la electricidad negativa creada por la luz ultravioleta que incide sobre un metal (ahora conocida como efecto fotoeléctrico ) tiene la misma relación masa-carga que los rayos catódicos; luego aplicó su método anterior para determinar la carga de los iones a las partículas eléctricas negativas creadas por la luz ultravioleta. [6] : 86  Mediante esta combinación, estimó que la masa del electrón era 0,0014 veces la del ion hidrógeno (como fracción: 1/714 ). [15] En la conclusión de este artículo escribe: [11]

Considero que el átomo contiene una gran cantidad de cuerpos más pequeños que llamaré corpúsculos; estos corpúsculos son iguales entre sí; la masa de un corpúsculo es la masa del ion negativo en un gas a baja presión, es decir, aproximadamente 3 × 10 -26 de un gramo. En el átomo normal, este conjunto de corpúsculos forma un sistema que es eléctricamente neutro. El efecto negativo se equilibra con algo que hace que el espacio a través del cual se extienden los corpúsculos actúe como si tuviera una carga de electricidad positiva igual en cantidad a la suma de las cargas negativas en los corpúsculos.

1904 Modelo mecánico del átomo

Thomson proporcionó su primera descripción detallada del átomo en su artículo de 1904 Sobre la estructura del átomo . [16] Thomson comienza con una breve descripción de su modelo .

... los átomos de los elementos están constituidos por un número de corpúsculos electrificados negativamente encerrados en una esfera de electrificación positiva uniforme, ... [16]

Centrado principalmente en los corpúsculos, Thomson adoptó la esfera positiva del modelo atómico de Kelvin propuesto un año antes. [12] [17] Luego ofrece un análisis mecánico detallado de dicho sistema, distribuyendo los corpúsculos uniformemente alrededor de un anillo. La atracción de la electrificación positiva se equilibra con la repulsión mutua de los corpúsculos. Su análisis se centra en la estabilidad, buscando casos en los que pequeños cambios de posición se contrarresten con fuerzas restauradoras.

Después de analizar sus numerosas fórmulas para la estabilidad, se dedicó a analizar patrones en el número de electrones en varios anillos concéntricos de configuraciones estables. Thomson argumentó que estos patrones regulares son análogos a la ley periódica de la química que subyace a la estructura de la tabla periódica . Este concepto, de que un modelo basado en partículas subatómicas podría explicar las tendencias químicas, alentó el interés en el modelo de Thomson e influyó en el trabajo futuro, incluso si los detalles de las asignaciones de electrones de Thomson resultaron ser incorrectos. [18] : 135 

Thomson creía que toda la masa del átomo estaba formada por electrones. [19] Esto significaría que incluso un átomo pequeño tendría que contener miles de electrones, y la electrificación positiva que los encapsulaba no tenía masa. [20]

En una conferencia pronunciada en la Royal Institution of Great Britain en 1905, [21] Thomson revisó su artículo de 1904 y demostró [6] : 186  algunos de sus conceptos con un experimento práctico inventado por Alfred M. Mayer en 1878. [22] La demostración implicó alfileres magnetizados introducidos en discos de corcho y puestos a flote en un recipiente con agua. Los alfileres magnetizados estaban orientados de tal manera que se repelían entre sí. Sobre el centro del recipiente estaba suspendido un electroimán que atraía los alfileres hacia el centro. La disposición de equilibrio que adoptaban los alfileres informó a Thomson sobre qué disposiciones podían adoptar los electrones en un átomo y proporcionó una breve tabla.

Por ejemplo, observó que, si bien cinco alfileres se disponían formando un pentágono estable alrededor del centro, seis alfileres no podían formar un hexágono estable. En cambio, un alfiler se desplazaba hacia el centro y los otros cinco formaban un pentágono alrededor del alfiler central, y esta disposición era estable. A medida que añadía más alfileres, estos se disponían formando anillos concéntricos alrededor del centro.

A partir de esto, Thomson creyó que los electrones se organizaban en capas concéntricas y que podían moverse dentro de estas capas pero no podían salir de ellas a menos que se añadieran o restaran electrones al átomo.

1906 Estimación de electrones por átomo

Antes de 1906, Thomson consideraba que el peso atómico se debía a la masa de los electrones (a los que seguía llamando "corpúsculos"). Según sus propias estimaciones de la masa de los electrones, un átomo necesitaría decenas de miles de electrones para explicar la masa. En 1906 utilizó tres métodos diferentes, dispersión de rayos X, absorción de rayos beta o propiedades ópticas de los gases, para estimar que "el número de corpúsculos no es muy diferente del peso atómico". [23] [24] Esto redujo el número de electrones a decenas o, como máximo, a un par de cientos y requirió que la esfera positiva en el modelo atómico de Thomson contuviera la mayor parte de la masa del átomo. Esto, a su vez, significó que el trabajo de estabilidad mecánica de Thomson de 1904 y la comparación con la tabla periódica ya no eran válidos. [6] : 186  Además, la partícula alfa, tan importante para el siguiente avance en la teoría atómica de Rutherford, ya no sería vista como un átomo que contiene miles de electrones. [24] : 269 

En 1907, Thomson publicó La teoría corpuscular de la materia [25] , que revisó sus ideas sobre la estructura del átomo y propuso nuevas vías de investigación.

En el capítulo 6, desarrolla más a fondo su experimento con alfileres imantados en agua, y proporciona una tabla ampliada. Por ejemplo, si se colocan 59 alfileres en la piscina, se organizarán en anillos concéntricos del orden 20-16-13-8-2 (del más externo al más interno).

En el capítulo 7, Thomson resumió sus resultados de 1906 sobre el número de electrones en un átomo. Incluyó una corrección importante: reemplazó el análisis de partículas beta por uno basado en los experimentos de rayos catódicos de August Becker , obteniendo un resultado que concordaba mejor con otros enfoques del problema. [24] : 273  Los experimentos de otros científicos en este campo habían demostrado que los átomos contienen muchos menos electrones de lo que Thomson creía anteriormente. Thomson ahora creía que el número de electrones en un átomo era un pequeño múltiplo de su peso atómico: "el número de corpúsculos en un átomo de cualquier elemento es proporcional al peso atómico del elemento - es un múltiplo, y no uno grande, del peso atómico del elemento." [26]

Esto significaría que casi toda la masa del átomo estaba en la esfera positiva. En este libro, Thomson estima que un átomo de hidrógeno es 1.700 veces más pesado que un electrón ( la medida actual es 1.837 ). [27] Thomson todavía no sabía qué sustancia constituía la electrificación positiva, aunque observó que ningún científico había encontrado aún una partícula con carga positiva más pequeña que un ion de hidrógeno. [28]

1910 Dispersión múltiple

Las dificultades de Thomson con la dispersión beta en 1906 le llevaron a renovar su interés por el tema. Animó a J. Arnold Crowther a experimentar con la dispersión beta a través de láminas delgadas [29] y, en 1910, Thomson produjo una nueva teoría de la dispersión beta. [30] Las dos innovaciones de este artículo fueron la introducción de la dispersión desde la esfera positiva del átomo y el análisis de que la dispersión múltiple o compuesta era fundamental para los resultados finales. [24] : 273  Esta teoría y los resultados experimentales de Crowther se enfrentarían a la teoría de Rutherford y a los nuevos experimentos de Geiger y Mardsen con partículas alfa.

Modelo de dispersión de Thomson de 1910

En su artículo de 1910, Thomson presentó ecuaciones que modelaban cómo las partículas beta se dispersan en una colisión con un átomo. [31] [24] : 277 

Desviación por la esfera positiva

En el modelo de dispersión de Thomson, el ángulo promedio con el que una partícula beta debe ser desviada por la esfera positiva del átomo es [31] [24] : 278 

θ ¯ 2 = π 4 a q mi q gramo metro en 2 R {\displaystyle {\bar {\theta }}_{2}={\frac {\pi }{4}}\cdot {\frac {kq_{e}q_{g}}{mv^{2}R}}}

Thomson no explicó cómo se desarrolló esta ecuación, pero el historiador John L. Heilbron proporciona una suposición fundamentada que él llama aproximación "en línea recta". [32] Se supone que una partícula beta que pasa a través de la esfera positiva con su trayectoria inicial a una distancia lateral b desde el centro tiene una desviación muy pequeña.

Dentro de una esfera de carga positiva distribuida uniformemente, la fuerza ejercida sobre la partícula beta en cualquier punto a lo largo de su trayectoria a través de la esfera estaría dirigida a lo largo del radio r con magnitud: [33] [34] : 106 

F = a q mi q gramo a 2 a 3 R 3 {\displaystyle F={\frac {kq_{e}q_{g}}{r^{2}}}\cdot {\frac {r^{3}}{R^{3}}}}

La componente de fuerza perpendicular a la trayectoria y por tanto que desvía la trayectoria de la partícula sería:

F y = a q mi q gramo a 2 a 3 R 3 porque φ = b a q mi q gramo R 3 {\displaystyle F_{y}={\frac {kq_{e}q_{g}}{r^{2}}}\cdot {\frac {r^{3}}{R^{3}}}\cdot \cos \varphi ={\frac {bkq_{e}q_{g}}{R^{3}}}}

Por lo tanto, el cambio lateral en el momento p y es

Δ pag y = F y a = b a q mi q gramo R 3 yo en {\displaystyle \Delta p_{y}=F_{y}t={\frac {bkq_{e}q_{g}}{R^{3}}}\cdot {\frac {L}{v}}}

La desviación angular resultante, , viene dada por θ 2 estilo de visualización {\theta_{2}}

broncearse θ 2 = Δ pag y pag incógnita = b a q mi q gramo R 3 yo en 1 metro en {\displaystyle \tan \theta _{2}={\frac {\Delta p_{y}}{p_{x}}}={\frac {bkq_{e}q_{g}}{R^{3}}}\cdot {\frac {L}{v}}\cdot {\frac {1}{mv}}}

donde p x es el momento horizontal promedio que se considera igual al momento entrante. Como ya sabemos que la desviación es muy pequeña, podemos considerarla igual a . broncearse θ 2 {\displaystyle \tan \theta _{2}} θ 2 estilo de visualización {\theta_{2}}

Para encontrar el ángulo de deflexión promedio , se suman el ángulo para cada valor de b y el L correspondiente a lo largo de la esfera de la cara, luego se divide por el área de la sección transversal: [24] : 278  θ ¯ 2 {\displaystyle {\bar {\theta}}_{2}}

θ ¯ 2 = 1 π R 2 0 R b a q mi q gramo R 3 2 R 2 b 2 en 1 metro en 2 π b d b {\displaystyle {\bar {\theta }}_{2}={\frac {1}{\pi R^{2}}}\int _{0}^{R}{\frac {bkq_{e}q_{g}}{R^{3}}}\cdot {\frac {2{\sqrt {R^{2}-b^{2}}}}{v}}\cdot {\frac {1}{mv}}\cdot 2\pi b\cdot \mathrm {d} b}

= π 4 a q mi q gramo metro en 2 R {\displaystyle ={\frac {\pi }{4}}\cdot {\frac {kq_{e}q_{g}}{mv^{2}R}}}

Esto coincide con la fórmula de Thomson en su artículo de 1910.

Desviación por los electrones

Thomson modeló las colisiones entre una partícula beta y los electrones de un átomo calculando la desviación de una colisión y luego multiplicando por un factor el número de colisiones a medida que la partícula cruza el átomo.

Para los electrones dentro de una distancia arbitraria g de la trayectoria de la partícula beta, su distancia media será1/2g . Por lo tanto, la desviación media por electrón será

2 a q mi q mi metro en 2 1 2 gramo {\displaystyle {\frac {2kq_{e}q_{e}}{mv^{2}{\tfrac {1}{2}}g}}}

Se sabía que el factor para el número de colisiones era la raíz cuadrada del número de electrones posibles a lo largo del camino. El número de electrones depende de la densidad de electrones a lo largo del camino de la partícula multiplicada por la longitud del camino L. La desviación neta causada por todos los electrones dentro de este cilindro de efecto alrededor del camino de la partícula beta es

θ 1 = 4 a q mi q mi metro en 2 gramo norte 0 π gramo 2 yo {\displaystyle \theta _{1}={\frac {4kq_{e}q_{e}}{mv^{2}g}}\cdot {\sqrt {N_{0}\pi g^{2}L}}}

donde N 0 es el número de electrones por unidad de volumen y L es la distancia que recorre la partícula beta a través del átomo. Como Thomson calculó que la desviación sería muy pequeña, trata a L como una línea recta.

Para un átomo de radio R , donde b es la distancia de la cuerda L desde el centro. Y en consecuencia . La media de es por lo tanto yo = 2 R 2 b 2 {\displaystyle L=2{\sqrt {R^{2}-b^{2}}}} yo = 2 R 2 b 2 {\displaystyle {\sqrt {L}}={\sqrt {2{\sqrt {R^{2}-b^{2}}}}}} yo {\displaystyle {\sqrt {L}}}

1 π R 2 0 R 2 R 2 b 2 2 π b d b = 4 5 2 R {\displaystyle {\frac {1}{\pi R^{2}}}\int _{0}^{R}{\sqrt {2{\sqrt {R^{2}-b^{2}}}}}\cdot 2\pi b\cdot \mathrm {d} b={\frac {4}{5}}{\sqrt {2R}}}

Ahora podemos reemplazar en la ecuación para obtener la deflexión media : yo {\displaystyle {\sqrt {L}}} θ 1 {\displaystyle \theta_{1}} θ ¯ 1 {\displaystyle {\bar {\theta }}_{1}}

θ ¯ 1 = 4 a q mi q mi metro en 2 gramo norte 0 π gramo 2 4 5 2 R {\displaystyle {\bar {\theta }}_{1}={\frac {4kq_{e}q_{e}}{mv^{2}g}}\cdot {\sqrt {N_{0}\pi g^{2}}}\cdot {\frac {4}{5}}{\sqrt {2R}}}

= 16 5 a q mi q mi metro en 2 1 R 3 norte 2 {\displaystyle ={\frac {16}{5}}\cdot {\frac {kq_{e}q_{e}}{mv^{2}}}\cdot {\frac {1}{R}}\cdot {\sqrt {\frac {3N}{2}}}}

donde N es el número de electrones en el átomo, igual a . norte 0 4 3 π R 3 {\displaystyle N_{0}{\tfrac {4}{3}}\pi R^{3}}

La desaparición del modelo del pudín de ciruelas

Resultados de los experimentos de dispersión de Rutherford y sus implicaciones para la teoría atómica
Izquierda: Si el modelo de Thomson hubiera sido correcto, todas las partículas alfa deberían haber atravesado la lámina con una dispersión mínima.
Derecha: Lo que observaron Geiger y Marsden fue que una pequeña fracción de las partículas alfa experimentaron una fuerte desviación.

Entre 1908 y 1913, Ernest Rutherford , Hans Geiger y Ernest Marsden colaboraron en una serie de experimentos en los que bombardearon láminas metálicas con un haz de partículas alfa y midieron la intensidad en función del ángulo de dispersión de las partículas. Descubrieron que la lámina metálica podía dispersar partículas alfa en más de 90°. [35] : 4  Esto no debería haber sido posible según el modelo de Thomson: la dispersión en ángulos grandes debería haber sido insignificante. Las probabilidades de que una partícula beta se dispersara más de 90° en tales circunstancias son astronómicamente pequeñas y, dado que las partículas alfa suelen tener mucho más momento que las partículas beta, su desviación debería ser aún menor. [36] Los modelos de Thomson simplemente no podían producir fuerzas electrostáticas de suficiente fuerza para causar una desviación tan grande. Las cargas en el modelo de Thomson eran demasiado difusas. Esto llevó a Rutherford a descartar el modelo de Thomson en favor de un nuevo modelo donde la carga positiva del átomo se concentra en un núcleo diminuto.

Rutherford realizó descubrimientos más convincentes. Dedujo que la carga positiva del átomo no era una cantidad abstracta, sino que estaba compuesta de partículas que llamó " protones ". Un átomo tiene un número de protones igual al número atómico de su elemento químico. El protón tiene una carga positiva igual a la carga negativa del electrón, por lo tanto, un átomo con cargas equilibradas debe tener un número de electrones igual al número atómico. Thomson había planteado la hipótesis de que el número de electrones de un átomo era un múltiplo de su peso atómico. Si bien existe una correlación aproximada, no es exacta; el número de electrones corresponde al número atómico.

Thomson planteó la hipótesis de que la disposición de los electrones en el átomo determinaba de algún modo las líneas espectrales de un elemento químico. Estaba en lo cierto, pero no tenía nada que ver con la forma en que los átomos circulaban en una esfera de carga positiva. Los científicos acabaron descubriendo que tenía que ver con la forma en que los electrones absorben y liberan energía en cantidades discretas, moviéndose a través de niveles de energía que corresponden a espectros de emisión y absorción. Thomson no había incorporado la mecánica cuántica a su modelo atómico, que en aquel momento era un campo de la física muy nuevo. Fue el trabajo de Niels Bohr y Erwin Schrödinger el que incorporó la mecánica cuántica al modelo atómico.

El modelo nuclear de Rutherford

El artículo de Rutherford de 1911 sobre la dispersión de partículas alfa mostró que el modelo de dispersión de Thomson no podía explicar la dispersión de ángulos grandes y demostró que la dispersión múltiple no era necesaria para explicar los datos. Sin embargo, en los años inmediatamente posteriores a su publicación, pocos científicos tomaron nota. [6] Las predicciones del modelo de dispersión no se consideraron evidencia definitiva contra el modelo de pudín de pasas de Thomson. Thomson y Rutherford habían sido pioneros en la dispersión como técnica para sondear átomos, su confiabilidad y valor no estaban probados. Antes del artículo de Rutherford, la partícula alfa se consideraba un átomo, no una masa compacta. No estaba claro por qué debería ser una buena sonda. Además, el artículo de Rutherford no discutió los electrones atómicos vitales para problemas prácticos como la química o la espectroscopia atómica. [24] : 300  El modelo nuclear de Rutherford solo sería ampliamente aceptado después del trabajo de Niels Bohr .

Problema matemático de Thomson

El problema de Thomson en matemáticas busca la distribución óptima de cargas puntuales iguales en la superficie de una esfera; es una generalización del modelo del pudín de pasas en ausencia de su carga de fondo positiva uniforme. [37] [38]

Origen del apodo

Un pudín de Navidad , no la analogía preferida de Thomson para su modelo atómico.

El primer escritor conocido que comparó el modelo de Thomson con un pudín de ciruelas , un postre británico con pasas enteras, fue un periodista anónimo que escribió un artículo para la revista farmacéutica británica The Chemist and Druggist en agosto de 1906.

Mientras que la electricidad negativa se concentra en el corpúsculo extremadamente pequeño, la electricidad positiva se distribuye por un volumen considerable. Un átomo estaría así formado por diminutas partículas, los corpúsculos negativos, flotando en una esfera de electrificación positiva, como pasas en un budín de pasas parsimonioso, en la que las unidades de electricidad negativa se atraen hacia el centro, mientras que al mismo tiempo se repelen entre sí. [39]

Ni Thomson ni sus colegas utilizaron nunca esta analogía. Parece que se trató de una artimaña de los autores de divulgación científica para que el modelo fuera más fácil de entender para el público en general. [2]

Referencias

  1. ^ Thomson 1907, p. 103 "A falta de un conocimiento exacto de la naturaleza de la forma en que la electricidad positiva ocurre en el átomo, consideraremos un caso en el que la electricidad positiva se distribuye de la forma más susceptible al cálculo matemático, es decir, cuando se presenta como una esfera de densidad uniforme, a lo largo de la cual se distribuyen los corpúsculos".
  2. ^ abcd Hon, Giora; Goldstein, Bernard R. (6 de septiembre de 2013). "Modelo atómico de budín de pasas de JJ Thomson: la creación de un mito científico". Annalen der Physik . 525 (8–9): A129–A133. Bibcode :2013AnP...525A.129H. doi :10.1002/andp.201300732.
  3. ^ Carta de JJ Thomson a Oliver Lodge fechada el 11 de abril de 1904, citada en Davis & Falconer 1997, p. 153:
    "Con respecto a la electrificación positiva, he tenido la costumbre de utilizar la analogía burda de un líquido con una cierta cantidad de cohesión, suficiente para evitar que se deshaga por su propia repulsión. Sin embargo, siempre he tratado de mantener la concepción física de la electricidad positiva en un segundo plano porque siempre he tenido esperanzas (aún no realizadas) de poder prescindir de la electrificación positiva como entidad separada y reemplazarla por alguna propiedad de los corpúsculos".
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