Modelos atómicos clásicos

Cuando John Dalton propuso su modelo atómico en $1808$, imaginó los átomos como diminutas esferas macizas. Explica con tus palabras las dos ideas principales de su modelo: qué es un átomo según Dalton y en qué se diferencian los átomos de un elemento de los de otro elemento distinto.

En $1897$, J. J. Thomson experimentó con tubos de rayos catódicos, unos tubos de vidrio casi vacíos con dos electrodos conectados a un voltaje muy alto. El esquema de uno de esos tubos se muestra en la figura.

¿Qué partícula descubrió Thomson gracias a esos experimentos? ¿Qué carga eléctrica tiene esa partícula y de dónde salía, según su interpretación?

En $1911$, Rutherford y sus colaboradores bombardearon una lámina de oro finísima con partículas $\alpha$, que tienen carga positiva. ¿Qué les ocurrió a la inmensa mayoría de las partículas al llegar a la lámina? ¿Qué conclusión sacó Rutherford sobre cómo es el interior del átomo?

En el experimento de la lámina de oro se observaron tres cosas: la mayoría de las partículas $\alpha$ atravesaban la lámina sin desviarse, una fracción pequeña se desviaba con ángulos grandes y unas poquísimas rebotaban hacia atrás. La figura resume esas tres observaciones.

1. a) Escribe la conclusión que Rutherford obtuvo de cada una de las tres observaciones.
2. b) ¿Qué habría predicho para este experimento el modelo de Thomson? ¿Por qué no se cumplió esa predicción?

El electrón que descubrió Thomson es una partícula que sale del interior de los átomos, sean del elemento que sean.

1. a) Explica qué idea fundamental del modelo de Dalton quedó refutada con este descubrimiento.
2. b) Si los átomos contienen electrones, con carga negativa, pero son eléctricamente neutros, ¿qué tuvo que añadir Thomson a su modelo para explicar esa neutralidad?

Un tubo de descarga lleno de hidrógeno brilla con una luz rosada que, vista a través de un espectroscopio, se separa en unas pocas líneas de colores bien definidas. Observa el montaje en la figura:

1. a) Explica, con ayuda del modelo de Bohr, por qué el hidrógeno emite solo ciertos colores y no un arcoíris continuo.
2. b) ¿Qué relación hay entre la energía del salto del electrón y el color de la línea emitida?

Las partículas $\alpha$ tienen carga positiva y una masa unas $7000$ veces mayor que la del electrón.

1. a) Explica, usando las fuerzas entre cargas eléctricas, por qué una partícula $\alpha$ que pasa muy cerca del núcleo se desvía mucho, pero apenas cambia su trayectoria al pasar junto a un electrón.
2. b) ¿Por qué rebotan hacia atrás precisamente las partículas que se acercan más al núcleo?
3. c) Si la lámina de oro fuera el doble de gruesa, ¿cómo esperarías que cambiara la proporción de partículas que rebotan? Razona la respuesta.

Thomson colocó dos placas cargadas eléctricamente a los lados del tubo de rayos catódicos y observó que el haz se desviaba hacia la placa positiva. El montaje se muestra en la figura.

1. a) ¿Qué concluyó Thomson sobre el signo de la carga de las partículas del haz? Razona la respuesta.
2. b) Repitió el experimento con tubos que contenían gases distintos y siempre obtuvo las mismas partículas, con la misma relación carga-masa. ¿Qué implica ese resultado sobre el electrón como constituyente de la materia?

Según el modelo de Bohr, los tres primeros niveles de energía del hidrógeno son $E_1 = -13,6\ \text{eV}$, $E_2 = -3,4\ \text{eV}$ y $E_3 = -1,5\ \text{eV}$. Cuando un electrón cae de un nivel a otro inferior, emite un fotón cuya energía es exactamente la diferencia entre ambos niveles. La figura muestra los tres niveles y las dos transiciones.

1. a) Calcula la energía del fotón emitido en las transiciones $E_3 \rightarrow E_2$ y $E_2 \rightarrow E_1$.
2. b) ¿Cuál de los dos fotones es más energético? Sabiendo que a mayor energía del fotón corresponde mayor frecuencia de la luz, ¿cuál de las dos luces emitidas tiene mayor frecuencia?
3. c) Explica, a partir de estos resultados, por qué el espectro del hidrógeno está formado por líneas separadas y no es continuo.

Imagina que el modelo de Thomson fuera correcto y el átomo fuera una esfera blanda de carga positiva con los electrones incrustados.

1. a) ¿Qué les pasaría a las partículas $\alpha$ al atravesar la lámina de oro según ese modelo? ¿Podrían llegar a rebotar? Razona la respuesta pensando en cómo está repartida la carga y la masa.
2. b) ¿Qué observación del experimento real demuestra que ese modelo es falso?
3. c) Explica por qué, para que una partícula $\alpha$ pueda rebotar, la carga positiva y casi toda la masa deben estar concentradas en un espacio muy pequeño.