Naturaleza Electrica De La Materia. Radiactividad

Naturaleza eléctrica de la materia

Nuestra comprensión de la naturaleza de la materia está basada en descubrimientos como los siguientes:

La carga eléctrica que adquiere algunos materiales por frotamiento.

Experimentos sobre electrolisis.

Descarga eléctrica en gas.

Electricidad por frotamiento

Los antiguos griegos observaron que cuando un trozo de ámbar se frotaba con la lana de una piel adquiría el poder de atraer objetos ligeros, tales como plumas de ave trozos de papel, etc. Thales de Mileto (600 a C) considero que era una manifestación de una propiedad característica de la materia, específicamente era una propiedad esencialmente atómica.

Hacia el año de 1600 William Gilbert estudio nuevamente el fenómeno, e invento el adjetivo eléctrico, para describir esta fuerza de atracción derivándola de la palabra griega electrón, que significa ámbar.

En 1733 Charles Dufay descubrió que había carga de dos tipos, a una la llamo vidrios y a otra resinosa; la primera la adquiere el vidrio cuando se frota, y la segunda la toma el ámbar al ser frotado.

En 1747 Benjamín Franklin investigo detalladamente el fenómeno y cambio los nombres de Dufay para los dos tipos de carga por las palabras positivo y negativo. Desarrollo la idea de que todos los materiales neutros poseían una cantidad apropiada de electricidad y que esta era una sola « sustancia »; el exceso de la sustancia les daba una carga positiva, y la carencia una negativa. Además creyó que la «sustancia eléctrica» era de naturaleza atómica.

Experimentos sobre Electrolisis

Entre los años 1800 y 1830 el físico y químico inglés Michael Faraday estudio el paso de la corriente eléctrica por soluciones de electrolitos, observando que dicho fenómeno se producían cambios químicos. Sus observaciones las expreso en forma cuantitativa, resumiéndolas en dos leyes, llamadas las leyes de Faraday (unidad IV).

Como la corriente eléctrica produjo un cambio químico, concluyo que debe existir cierta relación entre la electricidad y la materia.

Como la materia está constituida por átomos (teoría atómica de Dalton, 1808) estos deben poseer estructuras parcialmente eléctrica donde deben intervenir partículas discretas de electricidad.

Las experiencias cuantitativas con electrolisis realizadas por Faraday contribuyeron a difundir en gran escala la hipótesis de la naturaleza eléctrica de la materia.

Tomando como base estas conclusiones, en 1891 George J. Stoney denomino electrón a la carga de una partícula simple de electricidad.

Descarga eléctrica en gases

El estudio de la naturaleza eléctrica de la materia, puesta en evidencia por las experiencias anteriores señaladas, se continuó con trabajos realizados conduciendo la electricidad a través de la atmósfera gaseosa enrarecida, es decir, gases a bajas presiones.

El aparato usado para los experimentos de este tipo, llamado tubo de descarga, consiste en un tubo de vidrio provisto de dos electrodos metálicos, conectados a una fuente eléctrica de alto voltaje. Cuando la presión dentro del tubo de descarga es del orden de 10-5 atmosferas, aparece una radiación que se desplaza desde el electrodo negativo (cátodo: C-) hacia el electrodo positivo (ánodo: A+). A estas radiaciones provenientes del cátodo se les llamo rayos catódicos.

Los rayos catódicos presentan las siguientes propiedades:

Viajan en línea recta, como lo demuestra la sombra nítida que sobre la pared opuesta del tubo, proyecta un objeto colocado al paso de los rayos

Son partículas materiales. Esta propiedad se demuestra colocando en el interior del tubo una hélice liviana en la trayectoria de los rayos catódicos, observándose que dicha hélice gira desde el cátodo (C-) hacia el ánodo (A*)

Calientan una lámina metálica, cuando inciden sobre ella. Mediante este experimento se demuestra que los rayos catódicos producen efectos calóricos, indicando que poseen energía.

Están cargado negativamente, lo cual queda demostrado cuando son derivados por campos eléctricos y magnéticos, en el mismo sentido que lo hacen las partículas cargadas negativamente, cuando pasan por estos campos

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Estas propiedades de los rayos catódicos se comprenden mejor suponiendo, que consisten en un flujo de pequeñas partículas de materia cargadas negativamente, a las cuales se les dio el nombre de electrones, nombre dado por J.J.Thomson

Carga y masa del electrón. Experimento de J.J.Thomson

En el año 1898 J.J.Thomson realizo una serie de experiencias que le permitieron calcular la carga especifica del electrón, es decir, la relación que existe entre la carga (e) y la masa (m) de dicha partícula. Esta relación se expresa matemáticamente mediante la expresión e/m.

Los experimentos fueron realizados en tubos al vacío, donde los rayos catódicos se sometieron a los efectos de campos eléctricos y magnéticos perpendiculares entre sí, y externos al tubo.

Thomson obtuvo el valor - 1,59X188 coulombios/gramos para la relación e/m. el valor aceptado de 1,76X108 coulombios/gramos, el cual es independiente de la naturaleza de los electrodos y del gas residual que llena el tubo de descarga. A la partícula catódica, J.J.Thomson le dio el nombre de electrón.

En el año 1909 R.A. Millikan, observando una gota de aceite entre las placas cargadas de un condensador en el llamado Método de Gota Equilibrada, determino la cantidad de carga eléctrica del electrón (e). El valor obtenido fue de – 1,601X 10-19 coulombios.

Conociendo el valor de e y el de la relación e/m, se puede calcular la masa del electrón de la siguiente manera:

El elemento más liviano que se conoce es el hidrógeno, siendo su masa atómica igual a 1,00g.

Utilizando este valor, y el número de Avogadro se puede determinar la masa de un átomo de hidrogeno de la siguiente manera:

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