Quimica

1. L’estructura atòmica de la matèria

Els filòsofs de l’antiga Grècia van imaginar que la matèria era discontínua, és a dir que estava formada per petites partícules que van anomenar àtoms, paraula que vol dir invisible. Al final del segle XIX i durant el segle XX es van produir una sèrie de descobriments que indicaven que les partícules últimes que constitueixen la matèria no eren esferescompactes i indivisibles, com havia imaginat John Dalton, sinó que estaven formades per unes altres partícules anomenades electrons, protons i neutrons ( partícules subatòmiques). L’electró es va descobrir al 1897, el protó al 1906 i el nucli de l’àtom al 1911. A més a més es van descobrir els isòtops que són àtoms d’un mateix element amb massa diferent.
2. El descobriment de l’electróL’existència de l’electró, la mesura de la seva càrrega i de la seva massa, es van verificar a través de tres fenòmens: l’electròlisi, les descàrregues elèctriques en un tub de gas enrarit i la radioactivitat natural. Posteriorment, l’estudi dels espectres atòmics de substàncies elementals va permetre d’establir la manera com estaven distribuïts els electrons de l’àtom.

La interpretació dels fenòmens del’electròlisi

A partir del 1800 es va començar a fer servir l’electricitat per produir reaccions químiques. De seguida es va observar que les dissolucions dels àcids, dels hidròxids i de les sals condueixen el corrent elèctric i per tant eren electròlits. Per explicar la conductivitat elèctrica d’aquests, el químic suec Svante August Arrhenius formulà l’atrevida hipòtesi que els electròlitsestan dissociats en ions carregats elèctricament. Quan es connecten els elèctrodes a la pila, els ions positius es dirigeixen al càtode i els negatius a l’ànode.
Michael Faraday a l’any 1833 va relacionar la càrrega elèctrica utilitzada en una electròlisi i la quantitat d’element disposat en els elèctrodes. Però Faraday no va raonar els resultats sinó que ho va fer G. Johnstone Stoney, el qual vaproposar que els àtoms han de tenir una estructura interna de naturalesa elèctrica i que l’electricitat ha de ser divisible i ha d’estar formada per petites partícules que més tard va anomenar electrons. Això significa que en 96500 C de càrrega hi ha d’haver 6.02 x 10^23 electrons i per tant la càrrega de cada electró hauria de ser de 1.6 x 10^-19.

Descàrregues elèctriques en un tub de gas abaixa pressió

A diferència dels metalls o dels electròlits, els gasos no tenen càrregues elèctriques lliures que puguin desplaçar-se per acció del camp elèctric, és a dir, són mal conductors de l’electricitat, però a mesura que baixa la seva pressió aquests milloren la seva conductivitat. Aquest fet es pot observar en tubs tancats, proveïts de dos elèctrodes i connectats a una bomba debuit, anomenats tubs de descàrrega. Quan la diferència de potencial aplicada entre els elèctrodes és elevada els pocs ions presents en el gas són accelerats pel camp elèctric i l’energia cinètica que adquireixen és capaç d’ionitzar altres molècules per xoc. Com que les molècules del gas estan molt separades les unes de les altres, els ions formats poden adquirir una elevada energia cinètica i produirnous ions en cadascun dels xocs.
Quan el voltatge aplicat al tub és molt alt s’observen una sèrie de descàrregues lluminoses que l’omplen completament. Si la pressió és molt baixa la paret del vidre oposada al càtode es torna fluorescent i emet una llum dèbil. Si es col·loca un obstacle a dins del tub, la seva ombra apareix a la paret oposada. Aquests efectes són deguts als raigs catòdics. Lanaturalesa d’aquests raigs va ser estudiada pel físic anglès J.J. Thomson, mitjançant un tub de descàrrega amb l’ànode perforat a fi d’obtenir un feix fi d’aquests raigs. Aquests raigs es desvien cap a les plaques positives el que demostra que tenen càrrega negativa. A més a més el fet que no siguin captats, sinó només desviats, demostra que tenen massa.
J.J. Thomson va anomenar a les...