El modelo atómico de Thomson

Conoce el trabajo de Joseph Thomson, el experimento de rayos catódicos, sus postulados y el descubrimiento del electrón.


La concepción del átomo como la partícula más pequeña de la materia cambió rotundamente con el experimento realizado por Joseph Thomson en 1897, descubriendo por medio de la experimentación con un tubo de descarga y rayos catódicos una unidad menor: el electrón, de carga negativa. La visión que se tenía entonces de la composición y estructura de la materia cambió por completo el conocimiento desarrollado en esta disciplina, y también la manera de entender el mundo.

Nacimiento del electrón

Hacia fines del siglo XVIII, casi 100 años después de la demostración experimental realizada por John Dalton donde se reafirmó la existencia de los átomos, posicionándolos como la unidad elemental de la materia, el científico inglés Joseph Thomson dio un nuevo giro en la concepción imperante de la materia, y fue quizás en este momento donde se cambió un paradigma científico instaurado por siglos y que mantuvo al átomo como una partícula indivisible.

En 1897, y gracias al auge del conocimiento científico en torno a la electricidad y sus características, Thomson realizó un montaje experimental que consistía a grandes rasgos en hacer circular corriente eléctrica a través de un tubo de vidrio cuyo interior había sido aislado de todo tipo de sustancias (tubo sellado al vacío), desde un polo negativo hacia un polo positivo. Al iniciar la descarga eléctrica en este tubo (denominado tubo de descarga), Thomson observó que se emitía luz, la cual fue denominada por el mismo como rayos catódicos, ya que eran rayos que se movilizaban (“salían”) desde el polo negativo (cátodo) hasta el polo positivo (ánodo). Thomson se interesó en el estudio de este haz de luz catódica, y entre las pruebas que realizó a este se encuentra el posicionamiento de un imán por fuera del tubo de descarga, observando el comportamiento del haz de luz frente a esta variable. Al posicionar el imán, el haz de luz se desvió en dirección del imán, por lo que Thomson teorizó que las partículas que formaban los rayos catódicos, debían tener carga negativa, en tanto que el resto de la corriente eléctrica, que seguía circulando desde el cátodo hacia el ánodo, debía tener carga diferente. Esta idea causó duda en la comunidad científica de la época, ya que Thomson estaba planteando implícitamente que la idea de átomo como unidad indivisible estaba errada, y por ende todo el conocimiento que se tenía en torno a la organización y composición  de la materia en los últimos siglos. No fue hasta el año 1904 que Thomson formalizó los resultados de su experimento a través de un modelo, el cual se revisa a continuación.

Modelo atómico de Thomson: el pastel de pasas

Luego de que Dalton en el siglo XVII plantease sus ideas respecto a la organización de la materia, se aceptaba que la materia era eléctricamente neutra (es decir, la cantidad de cargas positivas que posee un cuerpo es idéntica a la cantidad de cargas negativas que el mismo pueda contener). Thomson hipotetizó que, si la carga de los rayos catódicos era negativa, dados los resultados experimentales que había obtenido, el resto de partículas que no se desviaba hacia el imán debía tener carga positiva. Así, Thomson planteó que la suma de cargas contenidas en los rayos catódicos (negativas) era igual a las cargas contenidas en el resto de partículas no desviadas hacia el imán (positivas).
Las cargas negativas descubiertas entonces fueron llamadas por Thomson como electrones (e-). Thomson imaginó que los electrones estaban insertos en un gran núcleo positivo, al igual que las pasas están insertas en un pastel, por lo que su modelo fue conocido popularmente con el nombre de “pastel o budín de pasas”. Unos años antes de que Thomson publicase su modelo atómico, el físico alemán Eugene Goldstein había demostrado de manera experimental la existencia de partículas con carga positiva en los átomos, que convivían junto a los electrones de Thomson, de menor masa y tamaño. Este núcleo positivo, compacto y macizo, estaba formado por partículas llamadas desde entonces protones (p+).

Los electrones y el cambio en el paradigma científico

El descubrimiento de los electrones gracias al trabajo realizado por Thomson es especialmente importante ya que gracias a éste el conocimiento que se tenía acerca de la materia pudo ser modificado y perfeccionado, de modo que las representaciones y explicaciones que se tenían de la estructura y organización de la materia se volvieron más representativas de la realidad. El descubrimiento de los electrones es uno de los muchos ejemplos de cambio de paradigmas en ciencias gracias a la evidencia experimental, y gracias a estos cambios el conocimiento científico se vuelve cada día más perfectible.