Química General

Electrón; definición y descubrimiento

El electrón fue descubierto por J.J. Thomson (J.J = Joseph John)en el 1897. Precisamente, fue el 30 de abril de ese año que fue anunciado el descubrimiento. Pero no todo es merito unicamente de Thomson, sino que es fruto de años de estudios y experimentos.

¿Cómo se llegó al descubrimiento del electrón?

A principios del 1800, el químico inglés Humphry Davy notó que ciertas sustancias podían descomponerse cuando se les aplicaba una diferencia de potencial (corriente eléctrica). Esta observación lo llevó a conjeturar que los elementos de un compuesto se mantenían unidos gracias a fuerzas eléctricas. Más tarde, entre el 1832 y 1833, un alumno de H.Davy, Michael Faraday, determinó cual era la relación entre la cantidad de energía necesaria para la electrolisis y la cantidad de materia producida por la reacción. Estos datos llevaron a Faraday a relacionar la unidad de carga eléctrica, a la que llamó electrón, con el átomo.

Para poder llegar a una conclusión definitiva, se utilizó un tubo catódico, precursor del tubo del mismo nombre que se utilizaba en los televisores hasta hace algunos años atrás. De estás investigaciones derivan las primeras evidencias experimentales sobre la efectiva existencia de los electrones.

El experimento del tubo catódico y el descubrimiento del electrón

Un tubo catódico consiste en dos electródos (placas) conectados a una fuente de alto voltaje y que han sido posicionados en los extremos de un tubo de vidrio que contiene un gas a muy baja presión. Al aplicar una fuerte diferencia de potencial se observa que el cátodo (electrodo negativo) emite una radiación (“rayo invisible”) que se dirige hacia el electrodo de carga opuesta, el ánodo (electrodo positivo).

¿Si el rayo es invisible, cómo ha sido identificado? Empleando un ánodo perforado y colocando detrás del mismo una pantalla fluorescente (sulfuro de zinc, ZnS) se ha podido observar que el rayo sigue una trayectoria recta y que efectivamente “viaja” desde el cátodo al ánodo.

Sucesivamente otros experimentos han demostrado que si se aplican campos eléctricos y magnéticos a los rayos catódicos, se pueden observar desviaciones con respecto a la trayectoría rectilínea, típicas de partículas con carga negativa (electrones).

Quedaba por investigar si estas partículas poseían una masa. Para su determinación, se colocó en la trayectoria del rayo, una rueda de paletas. Se observó que cuando el rayo la golpeaba, esta se movía, por lo que se dedujo que el electrón, además de poseer carga eléctrica negativa, tiene una masa.

Fue J.J Thomson en 1897 que estudió el antes mencionado cambio en la trayectoria obteniendo la relación entre la carga y la masa del electrón.

e/m = 1,75882 108  C/g (Coulombios/gramo)

Quedaba por determinar la carga de un electrón: El experimento de la gota de aceite

A partir de la relación e/m obtenida por J.J Thomson, se podía calcular una de las magnitudes a través de un experimento para poder así obtener la otra a partir de dicha relación.

Fue Robert Milikan quien en 1909 realizó un experimento que permitió determinar la carga del electrón. En un recipiente cilíndrico, se instalaron 2 placas metálicas, una en el fondo, cargada negativamente y una debajo del borde superior, cargada positivamente.

  1. Se nebuliza el aceite sobre la capa superior, que posee un orificio al centro.
  2. A través del orificio caen gotas de aceite que son bombardeadas con rayos X, cuya función es la de cargar negativamente las gotas.
  3. Se aplica una diferencia de potencial entre las placas y con la justa calibración, aprovechando de los fenómenos de atracción y repulsión, se logra “vencer” la fuerza de gravedad (se compensa la fuerza de gravedad con la fuerza electrostática) y se logra inmovilizar la gota que queda “suspendida” justo delante de un microscopio que permite efectuar las mediciones necesarias para calcular la carga eléctrica presente en la gota, conociendo la masa y la diferencia de potencial aplicada.

Milikan notó que las cargas eran múltiplo de un mismo numero, y concluyó que la carga más pequeña era la carga de un electrón. Utilizando la relación carga/masa (1,75882 x 108 C) se pudo calcular la masa del electrón, 1,60218 10-19 culombios, es decir, 1/1836 (o 1836 veces menor que) la masa del átomo de hidrógeno.

 

Fuentes consultadas:
Chemistry, Ninth Edition – K.W.Whitten, R.E.Davis, M.L. Peck y G.G. Stanley
Química – Raymond Chang – McGraw Hill