INSTITUTO TECNOLGICO SUPERIOR DE LOS ROS

CARRERA: INGENIERA CIVIL

MATERIA: QUMICA

TEMA: EXPERIMENTO DE THOMSON (RAYOS CATDICOS)

ALUMNOS:

Domnguez chan Ivn de Jess

Flores de la Cruz Vania

Hernndez Gallegos Luis ngel

Hernndez Suarez Rosa Isela

GRUPO: 2DO A

BALANCAN TABASCO A 09 DE FEBRERO DE 2015

INSTITUTO TECNOLGICO SUPERIOR DE LOS ROS

CARRERA: INGENIERA CIVIL

MATERIA: QUMICA

Catedrtico:

Edru Medina Montoya

TEMA: EXPERIMENTO DE THOMSON (RAYOS CATDICOS)

ALUMNOS:

Domnguez chan Ivn de Jess

Flores de la Cruz Vania

Hernndez Gallegos Luis ngel

Hernndez Suarez Rosa Isela

GRUPO: 2DO A

BALANCAN TABASCO A 09 DE FEBRERO DE 2015

3

Objetivo

El objetivo de este trabajo es que los alumnos comprendan y analicen la importancia

del experimento de Thomson, debido a que fue un pionero de la qumica moderna

as como tambin contribuyo al descubrimiento del electrn, partcula subatmica

que hasta ese entonces no se tena idea de su existencia, se supona que la materia

era neutra ms sin embargo no se comprenda el comportamiento de los tomos.

Es importante conocer los experimentos relacionados con dicho descubrimiento

debido a que Thomson propuso un modelo mejor al que haba propuesto Dalton.

Tambin es importante sealar que los rayos catdicos tuvieron suma importancia en

dichos estudios y gracias a ellos se logra el descubrimiento de estas partculas y de

otros experimentos importantes de la historia.

4

Introduccin

Bueno hoy se sabe que el tomo se encuentra constituido por electrones, protones y

neutrones; mas sin embargo esto se ha conseguido por el trabajo laborioso de

cientficos de nuestra era y de hace algunas dcadas, quizs los ms destacados

sean Dalton, Thomson, Rutherford, Bohr, y otros ms.

Estos personajes pasaron a la historia porque se dedicaron a estudiar la composicin

de la materia, quien desde un principio se crea neutra. Posiblemente sus modelos

no eran del todo completas pero daban pie a posteriores investigaciones que

terminaban de completar dichos modelos.

La verdad que la mayora de estas personas fueron galardonadas con un Premio

Nobel, algunos otros no, pero lo importante es que sentaron las bases de la qumica

moderna, que es la que manejamos hoy da y por tal motivo es que estudiamos

dichos modelos gracias al avance de la tecnologa hoy se sabe que existen ms

partculas subatmicas que las ya antes mencionadas.

Bueno en este trabajo recopilamos informacin bastante til sobre los experimentos

de J.J. Thompson, el cual creemos es bastante til para futuras investigaciones.

5

Contenido

Biografa de Joseph John Thomson.. (6)

Bases del experimento de Thomson. (7)

El experimento de Thomson (9)

Modelo atmico de Thomson.. (12)

Rayos catdicos y su uso en la vida actual.. (13)

Conclusin.. (15)

Anexo.. (16)

Glosario (19)

Bibliografa... (22)

6

Biografa de Joseph John Thomson

Fsico ingls (1856 1940)

Joseph Thomson naci el 18 de diciembre de 1856 en Manchester. A los 14 aos

empez los estudios de Ingeniera en la Universidad de Manchester.

Tuvo un hijo que se convirti en un destacado fsico que gan tambin el Premio

Nobel por haber demostrado las propiedades de tipo ondulatorio de los electrones.

Sus experimentos con rayos catdicos le condujeron al descubrimiento de los

electrones y de las partculas subatmicas. Thomson utiliz el tubo de rayos

catdicos en tres diferentes experimentos.

En su primer experimento, investig si las cargas negativas podran ser separadas

de los rayos catdicos por medio de magnetismo.

Construy un tubo de rayos catdicos que terminaba en un par de cilindros con

ranuras. Estas hendiduras estaban a su vez conectadas a un electrmetro.

Lleg a la conclusin de que la carga negativa es inseparable de los rayos catdicos.

En su segundo experimento, investig si los rayos catdicos pueden ser desviados

por un campo elctrico. Para ello construy un tubo de rayos catdicos con un vaco

casi perfecto, y uno de los extremos recubiertos con pintura fosforescente. Descubri

que los rayos se desvan bajo la influencia de un campo elctrico.

En su tercer experimento, Thomson midi la carga y la masa de los rayos catdicos.

En 1897 descubri una nueva partcula y demostr que sta era aproximadamente

mil veces ms ligera que el hidrgeno. Esta partcula fue bautizada con el nombre de

electrn. Joseph John Thomson fue, por tanto, el primero que identific partculas

subatmicas y dio importantes conclusiones sobre esas partculas cargadas

negativamente.

Con el aparato que construy obtuvo la relacin entre la carga elctrica y la masa del

electrn. Su descubrimiento caus gran sensacin en los crculos cientficos y le vali

posteriormente, en 1906, el premio Nobel de Fsica.

Fue enterrado en la Abada de Westminster, cerca de Sir Isaac Newton.

7

Bases del experimento de J.J. Thomson

Este fue el primer experimento interesante que condujo a un modelo sobre la

composicin de los tomos, fue hecho por el fsico ingles J.J. Thomson, entre los

aos 1898 a 1903, quin estudi la descarga elctrica que se produce dentro de

tubos al vaco parcial, llamados Tubos de rayos catdicos.

Para comprender la importancia de sus trabajos necesitamos conocer las bases que

utilizo para llegar a tal conclusin, debido a que posteriormente propone un modelo

atmico junto con William Thomson Kelvin (vase figura 1).

Los primeros experimentos de este tipo fueron utilizados por Michael Faraday, quien

despus de haber comprendido el fenmeno de la electrlisis, quiso saber si los

gases y el vaco tambin eran conductores de la electricidad. Construyo tubos con un

ctodo y un nodo, es decir, unidos ambos a los dos bordones de una pila Volta.

Previamente haba hecho el vaco en tubo. Mas sin embargo este era un vaco muy

malo y el tubo quedaba lleno de gas diluido, pero l no llego a darse cuenta.

Siguiendo con su experimento al conectar la corriente observ un resplandor

macilento que se extenda desde el ctodo al nodo. Cul era la naturaleza de este

resplandor? Esta fue la interrogante para los sucesores de Faraday. Para el ingls

Crookes, que haba mejorado mucho el montaje de Faraday, bueno se trataban de

partculas, de una especie de iones como los que se forman en la electrolisis, que, al

encontrarse con el vaco, creaban el resplandor.

Para el alemn Lenard, alumno de Hertz (descubridor de las ondas

electromagnticas), se trataba, por supuesto, de ondas. Las ondas excitaban el vaco

residual y creaban la luz macilenta.

Por ambas partes haba un intercambio de argumentos y afirmaciones, que llegaron

en cierta medida a crear una cierta rivalidad germano-inglesa, si se puede llegar a

considerar as.

8

La respuestas a dichas interrogantes llegaron de Francia, por parte de un joven

ingles llamado Jean Perrin, quien presento el argumento decisivo en favor de las

partculas cargadas.

En su experimento, con la ayuda de un imn desva los rayos catdicos (el

resplandor macilento) y, colocando una caja de Faraday, es decir, una caja metlica,

donde los rayos chocan con el tubo, recupera una corriente que procede a medir. Por

lo tanto llega a la conclusin de que los rayos catdicos estn formados por una

corriente elctrica, es decir, por un flujo de partculas cargadas de electricidad. Como

en la electrolisis.

9

El Experimento de Thomson

Apoyndose de base en el experimento de Perrin, Thomson desva los rayos

catdicos no solo mediante un campo magntico, sino tambin con un campo

elctrico. Entonces piensa que los rayos catdicos son una especie de iones y las

descargas elctricas en los tubos de vaco seran una manifestacin de una

electrolisis gaseosa (vase figura 1.1 y 1.2).

Entonces Thomson, mediante frmulas matemticas del electromagnetismo, calcula

la relacin entre carga elctrica y la masa de esas partculas, midiendo las

desviaciones que los rayos en funcin de la intensidad de los campos magntico y

elctrico que se aplican.

A todo ello l aade una hiptesis: Si se toma como valor de carga elctrica la carga

elemental de electricidad determinada por Faraday en sus experimentos de

electrolisis, la masa obtenida para la partcula cargada es pequesima, 1800 veces

ms pequea que la del tomo ms ligero, en este caso el hidrogeno.

Por lo tanto deduce que esas partculas que van del ctodo al nodo no son ni

tomos ni iones, como en la electrolisis. Qu son entonces? Se cuestionaba as

mismo, pero sugiere que se les denomine como corpsculos.

Posteriormente razona que en vista de que obtena los mismos resultados al cambiar

los metales de los electrodos, propuso que todos los tomos de cualquier elemento

deben contener dichos corpsculos, as mismo dichos tomos deben ser

elctricamente neutros, entonces adentro de ellos deben haber cargas positivas y

planteo que los tomos consisten de una nube difusa de cargas positivas con los

electrones negativos en esta nube.

A continuacin se explica cmo funcionaba el aparato de Rayos Catdicos, y como

J.J. Thomson obtuvo sus resultados, que lo llevaron a proponer dicho modelo.

El aire enrarecido sirve efectivamente para que, si alguna partcula pequea se

desplaza y choca una molcula de Nitrgeno u Oxgeno, se produzca una

iluminacin en la direccin del flujo de partculas de modo que pueda ser identificado.

10

Thomson encontr que cuando un voltaje suficientemente alto era aplicado entre los

electrodos, un rayo que llamo rayos catdicos, se produca. Dicho rayo viajaba hacia

el electrodo (+) por lo que dedujo que se trataba de un flujo de partculas repelidas

por el electrodo (-) atradas por el electrodo negativo a los que posteriormente se les

denomino como electrones (e-).

En cuanto a sus investigaciones Thomson observo ciertas caractersticas a cerca de

este tipo de rayos.

Se propagan en lnea recta.

Al colocar un imn, se produce un campo elctrico el cual desva a los rayos

catdicos.

Producen efectos mecnicos, trmicos, qumicos y luminosos.

Si se pone unas aspas delante, las hace girar, demostrando as que el electrn

tiene masa.

Sus componentes, los electrones, son universales, puesto que al cambiar el gas

contenido en el tubo, no cambia la naturaleza de los rayos.

Investigaciones relacionadas con el descubrimiento de J.J. Thomson

El estudio de los rayos catdicos en el tubo de Crookes (vase figura 1.3) dio origen

a otras observaciones, como el fsico alemn E. Goldstein (vase figura 1.4), quien

observo que adems de los rayos catdicos se producan un conjunto de rayos que

se dirigan en direccin opuesta a los que llamo rayos canales.

Luego del gran descubrimiento de Thomson, Goldstein propuso que como la

materia tiene que ser elctricamente neutra, los rayos canales debera estar

compuestos por partculas de carga positiva que representaran la contraparte del

electrn. Sin embargo esta propuesta no tuvo el suficiente peso en la comunidad

cientfica y no se le tomo en cuenta.

En 1909 Robert Millikan (vase figura 1.5) de la Universidad de Chicago, diseo un

experimento interesante que consista en cargar gotas de aceite a fin de probar lo

dicho por Thomson.

11

El resultado de dicha prueba fueron cargas que midi, de las cuales obtuvo

mltiplos enteros de un mismo nmero, deduciendo as que la carga ms pequea

observada era el electrn.

Thomson tambin examino los rayos positivos, que fueron estudiados anteriormente

por E. Goldstein, y en 1912 descubri el modo de utilizarlos en la separacin de

tomos de diferente masa. Esto lo consigui desviando dichos rayos en campos

elctricos y magnticos, mtodo que en la actualidad se conoce como espectro pa

de masas. Con esta tcnica descubri que el nen posee so isotopos: el neon-20 y

neon-22.

Posteriores investigaciones llevadas a cabo por el mismo Millikan, en 1913 y de

Hooper y Labby, en 1941, permitieron obtener el valor de la carga elctrica que

posee un electrn, as como tambin su masa.

Carga del electrn: -1,602 * 10-19 C

Masa del electrn: 9,1 * 10-31 Kg.

12

Modelo atmico de Thomson

Este modelo fue propuesto por Thomson en 1904, despus de haber descubierto el

electrn y mucho antes de que se descubriera el protn y neutrn. En dicho modelo,

el tomo est compuesto por electrones de carga negativa en un tomo positivo,

sumergidos en ste al igual que las pasas de un budn. A partir dicha comparacin,

fue que el supuesto se denomin "Modelo del pudin de pasas". Postulaba que los

electrones se distribuan uniformemente en el interior de los tomos suspendidos en

un mar de carga positiva. El tomo se consideraba como una esfera con carga

positiva con electrones repartidos como pequeos grnulos.

Ventajas de su modelo

El nuevo modelo atmico us la amplia evidencia obtenida gracias al estudio de los

rayos catdicos a lo largo de la segunda mitad del siglo XIX. Si bien el modelo

atmico propuesto por Dalton daba debida cuenta de la formacin de los procesos

qumicos, postulando tomos indivisibles, la evidencia adicional suministrada por los

rayos catdicos sugera que esos tomos contenan partculas elctricas de carga

negativa. El modelo de Dalton ignoraba la estructura interna, pero el modelo de

Thomson aunaba las virtudes del modelo de Dalton y simultneamente poda

explicar los hechos de los rayos catdicos.

Carencias de su modelo.

Si bien el modelo propuesto por Thomson explicaba adecuadamente muchos de

los hechos observados de la qumica y los rayos catdicos, haca predicciones

incorrectas sobre la distribucin de la carga positiva en el interior de los tomos. Las

predicciones del modelo de Thomson resultaban incompatibles con los resultados

del experimento de Rutherford que sugera que la carga positiva estaba

concentrada en una pequea regin en el centro del tomo, que es lo que se

conoci como ncleo atmico.

El modelo atmico de Rutherford, permiti explicar esto ltimo, develando la

existencia de un ncleo atmico cargado positivamente y de elevada densidad.

13

Rayos Catdicos y su uso en la vida actual.

Los tubos de rayos catdicos se utilizan en los aparatos de televisin (vase figura

1.6). Thomson, determinaba la trayectoria de dichos rayos (invisibles) a partir del

punto luminoso producido por la interaccin entre esos rayos y la pared del tubo de

vidrio.

El punto luminoso sirve hoy en da para formar la imagen en la pantalla

fluorescente de los tubos catdicos. Un tubo de televisin es un tubo catdico

dirigido hacia el telespectador. En el tubo, los rayos quedan desviados por fuerzas

elctricas y barren la pantalla fluorescente. Cuando sta, recubierta de una capa

especial, recibe los rayos catdicos, se forma un punto luminoso.

La seal de televisin dirige la intensidad de los rayos en cada momento, de tal

forma que se hace aparecer en pantalla puntos luminosos o sombras. La lentitud

del cerebro y del ojo con relacin a esas estructuras cambiantes nos permite tener

una visin global de la imagen producida.

Propiedades y efectos de los rayos catdicos.

Los rayos catdicos salen del ctodo perpendicularmente a su superficie y en

ausencia de campos elctricos o magnticos se propagan rectilneamente.

Son desviados por un campo elctrico, desplazndose hacia la parte positiva del

campo.

Son desviados por campos magnticos.

Producen efectos mecnicos; la prueba de ello es que tienen la capacidad de

mover un molinete de hojas de mica que se interpone en su trayectoria.

Transforman su energa cintica en trmica, elevando la temperatura de los

objetos que se oponen a su paso.

Impresionan placas fotogrficas.

14

Excitan la fluorescencia de algunas sustancias, como pueden ser el vidrio o el

sulfuro de zinc.

Ionizan el aire que atraviesan.

15

Conclusin

Las investigaciones de parte de Thomson abrieron las puertas a ms investigaciones

sobre el tomo, puesto que ya se saba de su existencia y de que deba ser neutra,

aun no se haba propuesto la existencia de partculas subatmicas que giran en torno

al tomo y que su carga fuera totalmente negativa.

Claro est que en aquella poca el modelo propuesto por Thomson, no era el ms

exacto al decir que los electrones nadaban en un mar de carga positiva, debido a

que es lo que no tomaba en cuenta las investigaciones de Rutherford, posteriores

investigaciones suyas demostraron que la carga positiva se encuentra en un punto

especfico del tomo, lo que posteriormente se le conoci como ncleo atmico.

Ciertamente Thomson llevo a cabo un gran paso en cuanto al avance de la qumica

moderna, lo que despus llevo a otros cientficos a proponer nuevos modelos mucho

ms completos y mucho ms sustentados.

16

Anexo

Figura 1. Modelo atmico de Thompson.

Figura 1.1. Thompson utilizo como base el experimento de Perrin.

17

Figura 1.2. Aparato utilizado para analizar los rayos catdicos.

Figura 1.3. Tubos de Crookes.

18

Figura 1.4. Eugene Goldstein, fsico alemn, nacido en 1850 y fallecido en 1930.

Colaborador del Observatorio de Fsica Tcnica fue el descubridor de los rayos

positivos o canales. Estudi tambin los espectros atmicos.

Figura 1.5 Experimento de Robert Millikan, para corroborar lo dicho por Thomson.

Figura 1.6. Los rayos catdicos son usados en la televisin y en computadoras,

claramente estos se han ido mejorando con el paso de los aos.

19

Glosario

Electrodo:

Un electrodo es un conductor elctrico utilizado para hacer contacto con una parte no

metlica de un circuito, por ejemplo un semiconductor, un electrolito, el vaco (en una

vlvula termoinica), un gas (en una lmpara de nen), etc.

Radiacin corpuscular:

La radiacin de partculas es la radiacin de energa por medio de partculas

subatmicas movindose a gran velocidad. A la radiacin de partculas se la

denomina haz de partculas si las partculas se mueven en la misma direccin,

similar a un haz de luz.

Electrlisis:

Es el proceso que separa los elementos de un compuesto por medio de la

electricidad. En ella ocurre la captura de electrones por los cationes en el ctodo

(una reduccin) y la liberacin de electrones por los aniones en el nodo (una

oxidacin).

Osciloscopio:

Un osciloscopio es un instrumento de visualizacin electrnico para la representacin

grfica de seales elctricas que pueden variar en el tiempo. Es muy usado en

electrnica de seal, frecuentemente junto a un analizador de espectro.

Analoga:

Significa comparacin o relacin entre varias razones o conceptos; comparar o

relacionar dos o ms seres u objetos, a travs de la razn, sealando caractersticas

generales y particulares, generando razonamientos basados en la existencia de

20

semejanzas entre estos, aplicando a uno de ellos una relacin o una propiedad que

est claramente establecida en el otro.

Emisiones:

Son todos los fluidos gaseosos, puros o con sustancias en suspensin; as como

toda forma de energa radioactiva, electromagntica o sonora, que emanen como

residuos o productos de la actividad humana o natural (por ejemplo: las plantas

emitan CO2)

Rayos catdicos:

Los rayos catdicos son corrientes de electrones observados en tubos de vaco, es

decir los tubos de cristal que se equipan por lo menos con dos electrodos, un ctodo

(electrodo negativo) y un nodo (electrodo positivo) en una configuracin conocida

como diodo. Cuando se calienta el ctodo, emite una cierta radiacin que viaja hacia

el nodo.

Electrosttica:

La electrosttica es la rama de la Fsica que analiza los efectos mutuos que se

producen entre los cuerpos como consecuencia de su carga elctrica, es decir, el

estudio de las cargas elctricas en equilibrio. La carga elctrica es la propiedad de la

materia responsable de los fenmenos electrostticos, cuyos efectos aparecen en

forma de atracciones y repulsiones entre los cuerpos que la poseen.}

Ctodo:

Un ctodo es un electrodo que tiene una carga negativa el cual sufre una reaccin de

reduccin, mediante la cual un material reduce su estado de oxidacin al recibir

electrones.

nodo:

El nodo es un electrodo en el que se produce una reaccin de oxidacin, mediante

la cual un material, al perder electrones, incrementa su estado de oxidacin.

21

Diodo:

Un diodo es un componente electrnico de dos terminales que permite la circulacin

de la corriente elctrica a travs de l en un solo sentido. Este trmino generalmente

se usa para referirse al diodo semiconductor, el ms comn en la actualidad; consta

de una pieza de cristal semiconductor conectada a dos terminales elctricos. El diodo

de vaco (que actualmente ya no se usa, excepto para tecnologas de alta potencia)

es un tubo de vaco con dos electrodos: una lmina como nodo, y un ctodo.

22

Bibliografa

SALINAS, SANTIAGO, CIENCIAS 3 con nfasis en qumica LA CIENCIA ES PARA TODOS,

FERNNDEZ, Mxico, D.F, 2014.

QUINTANILLA, MARITZA, Vive la Qumica 1, PROGRESO, Mxico, D.F, 2011.

Webgrafia

http://espaciodecesar.com/2007/02/22/los-rayos-catodicos-y-el-experimento-de-j-j-

thomson/

http://www7.uc.cl/sw_educ/qda1106/CAP2/2A/2A2/

http://es.wikipedia.org/wiki/Rayos_cat%C3%B3dicos

http://www.portalplanetasedna.com.ar/rayoscatodicos.htm

http://es.slideshare.net/johnd21/las-investigaciones-de-dalton-thomson-rutherford

http://es.wikipedia.org/wiki/Modelo_at%C3%B3mico_de_Thomson