Partículas elementales

La teoría atómica de Dalton fue extraordinariamente útil para explicar muchas propiedades de la materia. Sin embargo, resultaba insuficiente para comprender fenómenos tales como la electrización de los cuerpos por frotamiento, el funcionamiento de las pilas eléctricas, el porqué de la electrólisis y la clasificación periódica de los elementos, entre otros.

Inventada en 1800 la pila eléctrica por Alessandro Volta (1745-1827), numerosos investigadores se sintieron atraídos por el fenómeno de la electricidad dinámica. Se comprobó que, al disolver ciertas sustancias (que hoy llamamos electrólitos) en agua, se obtenían soluciones capaces de conducir la electricidad y, al propio tiempo, se observaban ciertos cambios químicos. Los británicos Humphry Davy (1778 1829) y Michael Faraday (1791-1867) consiguieron brillantes resultados en este terreno. Faraday dio el nombre de electrólisis al fenómeno descrito y planteó el enunciado de las leyes que lo rigen. Davy observó que ciertas sustancias sólidas no conductoras de la electricidad se hacían muy conductoras en estado fundido y a partir de este hecho descubrió el potasio, el sodio, el bario, el estroncio, el calcio y el magnesio.

Dado que los gases no son buenos conductores de la electricidad, resultaba lógico que muchos investigadores trataran de buscar las condiciones adecuadas para ver si era posible la conducción eléctrica a través de gases.

 

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Se comprobó que, si se hacía el vacío en el interior de un tubo de vidrio, en el que previamente se habían introducido dos electrodos en sus extremos, al conectarlos, respectivamente, al ánodo (polo positivo) y al cátodo (polo negativo) de una fuente de corriente continua de unos 10 000 volts, se producían unos fenómenos luminosos inexplicables. Cuando el gas encerrado en su interior tenía una presión de unos 5 torr, se iluminaba todo el recinto. El color de la luz obtenida dependía del gas residual.

El alemán Heinrich Geissler (1814-1879) inventó un sistema para obtener un alto vacío en el interior de los tubos. Esto permitió que su compatriota Julius Plucker (1801-1868) observara, en 1858, que en estas condiciones aparecía, con independencia del gas encerrado, una luminosidad fluorescente de color verde ubicada, exclusivamente, en el vidrio detrás del ánodo. Observó también que la radiación producida era desviada por un campo magnético, hecho que lo llevaría a sugerir la naturaleza electromagnética de la radiación.

En 1881, el físico irlandés George Johnstone Stoney (1826-1911) propuso que la electricidad no era un fluido continuo, como se pensaba en la época, sino que consistía en el desplazamiento de partículas con carga eléctrica elemental y fija a las que llamó electrones. El alemán Eugen Goldstein (1850-1931) dio el nombre de rayos catódicos a las radiaciones observadas por Plucker. En 1886, Goldstein, utilizando un cátodo perforado, descubrió que había rayos que atravesaban los canales en dirección opuesta a los rayos catódicos, a los que dio el nombre de rayos canales (hoy anódicos o rayos positivos); su color dependía de la naturaleza del gas residual.

William Crookes (1832-1919), físico inglés, modificó la forma de los tubos de Geissler para colocar en su interior objetos que se interpusieran entre cátodo y ánodo, demostrando que las radiaciones producidas salían del cátodo, tenían naturaleza material y se movían en línea recta. En 1897, Joseph John Thomson (1856-1940), físico inglés, afirmó que los rayos catódicos estaban formados por partículas cargadas con electricidad negativa, a las que llamó electrones en honor a la teoría de Stoney. Demostró que los rayos catódicos eran desviados por un campo eléctrico, midió la relación carga/masa de los electrones y pudo comprobar que su masa era una pequeña fracción de la masa del átomo de hidrógeno. Con el descubrimiento realizado por Thomson no sólo quedaba confirmada la existencia del átomo, sino que, además, se deducía que era divisible, pues se habían detectado en el partículas subatómicas.

 

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En 1906, el físico estadounidense Robert Andrews Millikan (1868-1953) consiguió obtener el valor de la carga del electrón: 1,602•10-19 Coulombs. A partir de la relación carga/masa se pudo determinar la masa del electrón: 9,108•10-31 kg. En 1895, el físico francés Jean Baptiste Perrin (1870-1942) demostró la naturaleza positiva de los rayos canales. Ernest Rutherford (1871-1937), sabiendo que estos rayos estaban constituidos por una corriente de iones positivos, sugirió que la partícula más ligera de esta naturaleza era la que se obtenía cuando el gas residual empleado era el hidrógeno, y la llamó protón, palabra que procede del griego protos y que significa «primera» (pues las masas de los demás iones positivos son múltiplos de la del protón). La carga eléctrica de esta partícula es igual a la del electrón, pero con signo cambiado y su masa es 1836 veces mayor. En 1932, James Chadwick, estudiando cierta reacción nuclear, descubrió otra partícula subatómica, el neutrón, sin carga eléctrica y con una masa aproximadamente igual a la del protón.

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