El descubrimiento del electrón.

J. J. Thomson

A mediados del siglo XIX, experimentando con la conductividad eléctrica de los gases en tubos de vacío, Thomson descubre que hay partículas más pequeñas dentro del átomo.

Los gases son aislantes para voltajes bajos, sin embargo, frente a voltajes elevados se vuelven conductores. Cuando en un tubo de vidrio que contiene un gas se hace parcialmente el vacío y se aplica un voltaje de varios miles de voltios, fluye una corriente eléctrica a través de él. Asociado a este flujo eléctrico, el gas encerrado en el tubo emite unos rayos de luz de colores, denominados rayos catódicos, que son desviados por la acción de los campos eléctricos y magnéticos.

Modelo de Thomson

Se determinó que los rayos catódicos estaban constituidos por partículas negativas, de naturaleza independiente al gas encerrado en el tubo, provistas de energía cinética, por tanto con masa. Se  llamó a esas partículas electrones, y poco después (hacia 1897) el mismo Thomson determinaría su relación carga/masa.
Había que plantear entonces un nuevo modelo atómico, ya que el átomo no era indivisible como decía John Dalton. Como el átomo es elétricamente neutro, Thomson propone su modelo del "puddin de pasas"  formado por una esfera positiva donde los electrones, mucho más pequeños, están incrustados en número suficiente para que el átomo sea eléctricamente neutro.

Rayos canales y el descubrimiento del protón

Tubo de descarga con el ánodo perforado

En 1886, el alemán Eugene Goldstein utilizó tubos de descarga como el de Crookes, pero con el cátodo perforado, observando que además de los rayos catódicos se producían otros que atravesaban los orificios del cátodo, produciendo luminiscencia característica al chocar contra las paredes del tubo. Estos rayos viajan en sentido contrario a los rayos catódicos y son partículas de carga positiva que se originan cuando los rayos catódicos desplazan electrones de los átomos del gas residual en el tubo, por tanto su relación carga/masa dependía del gas encerrado en el tubo.

El físico alemán Wilhelm OEIN (1898), luego de realizar experiencias con los rayos canales generados por el gas hidrogeno, de manera análoga a Thomson, midió la relación carga-masa de los iones positivos y encontró que la carga positiva era igual a la carga del electrón (en magnitud) y su masa igual a 1836 veces al del electrón; dicha partícula se llamo protón (H⁺).

Años mas tarde, en 1919, Ernest Rutherford desprendió por primera vez protones del núcleo atómico, mediante transmutación nuclear y demostró que son unidades fundamentales del núcleo atómico de todos los elementos, razón por el cual se considera a Rutherford como el descubridor de protón.

El experimento y el modelo atómico de Rutherford

El modelo (1904) de Thomson necesitaba ser puesto a prueba para contrastar su validez. Pero es necesario tener presente que el diámetro estimado de un átomo es de  10^-10 m, por lo que no resulta nada fácil detectar experimentalmente cómo están formados los átomos.

Un camino posible sería "bombardear” los átomos con partículas más pequeñas que ellos que puedan chocar y atravesarlos, de modo que de las desviaciones sufridas por los "proyectiles" pudiera extraerse información sobre la estructura interna de los átomos. Se necesitaban proyectiles y blancos adecuados, de modo que los proyectiles atravesaran los átomos y pudieran ser detectados después.

Experimento de Rutherford

El experimento que ideó Rutherford consistía en lanzar partículas alfa (núcleos de helio, de una masa casi ocho mil veces mayor que la del electrón, y una carga dos veces mayor, pero positiva) contra una delgadísima lámina de oro  (la lámina tendría unos 2000 átomos de oro de espesor) y en registrar la desviación que sufrían las partículas después de atravesar la lámina metálica.