Modelo Atómico de Perrin: Definición y aportaciones

El Modelo Atómico de Perrin, propuesto por el físico francés Jean Baptiste Perrin, es una teoría fundamental en el campo de la física y la química. Este modelo, desarrollado a principios del siglo XX, desempeñó un papel crucial en la comprensión de la estructura y comportamiento de los átomos.

A través de investigaciones experimentales y cálculos teóricos, Perrin presentó una visión revolucionaria que establecía la existencia de partículas subatómicas y la naturaleza discreta y cuantizada de la materia.

En este artículo, exploraremos en detalle el Modelo Atómico de Perrin, sus principales postulados y cómo contribuyó a la evolución de nuestra comprensión de la estructura atómica.

¿Qué es el Modelo Atómico de Jean Perrin?

Jean Perrin propuso un modelo atómico que comparaba la estructura del átomo con un sistema solar. Según este modelo, los electrones se asemejaban a planetas cargados negativamente que orbitaban alrededor de un núcleo central cargado positivamente, similar al Sol en el sistema solar.

En 1895, Perrin realizó experimentos que demostraron la transferencia de cargas negativas por parte de los rayos catódicos hacia la superficie donde impactaban. Esto confirmó la naturaleza eléctrica de los rayos catódicos y proporcionó indicios sobre la naturaleza eléctrica del átomo, considerándolo como la unidad más pequeña e indivisible de la materia.

En 1901, Perrin sugirió que la fuerza de atracción entre las cargas negativas que rodeaban el núcleo (carga positiva) se contrarrestaba por la fuerza de la inercia.

Aportaciones principales del Modelo Atómico de Perrin

El modelo atómico de Perrin presenta las siguientes características clave:

  • El átomo se compone de una partícula central de carga positiva, que contiene la mayor parte de la masa del átomo.
  • Alrededor de esta carga positiva central, orbitan varias partículas de carga negativa que equilibran la carga eléctrica total del átomo.
  • La propuesta de Perrin establece una analogía entre la estructura atómica y el sistema solar, en la cual la carga positiva concentrada desempeña el papel del Sol, mientras que los electrones que lo rodean se asemejan a los planetas.
  • En 1895, Perrin fue uno de los primeros en proponer la idea de que el átomo tenía una estructura discontinua. Sin embargo, no se esforzó por diseñar un experimento que pudiera comprobar esta concepción.
  • Este modelo fue posteriormente ampliado y mejorado por Ernest Rutherford, quien propuso que toda la carga positiva del átomo estaba concentrada en su núcleo central, mientras que los electrones orbitaban alrededor del mismo.
  • Este modelo presentaba ciertas limitaciones que en su momento no se pudieron explicar completamente, lo cual llevó al físico danés Niels Bohr a utilizarlo como base para proponer su propio modelo en 1913.

En términos generales estas son las aportaciones más importantes del Modelo Atómico de Perrin.

El experimento de Perrin

Durante su período como asistente de Física en la Escuela Normal Superior de París entre 1894 y 1897, Perrin se centró en investigar la naturaleza de los rayos catódicos. Su objetivo era determinar si estos rayos eran partículas cargadas eléctricamente o si se comportaban como ondas.

Para llevar a cabo sus experimentos, Perrin utilizó tubos de Crookes, que eran dispositivos inventados por el químico británico William Crookes en la década de 1870. Estos tubos consistían en un recipiente de vidrio que contenía gases en su interior. En cada extremo del tubo, había electrodos metálicos conectados a una fuente de voltaje externa.

Al energizar el tubo, el aire dentro de él se ionizaba, convirtiéndose en un conductor eléctrico que cerraba el circuito entre los electrodos. Este proceso permitía a Perrin realizar investigaciones detalladas sobre los rayos catódicos y determinar su comportamiento.

Dentro del tubo de Crookes, los gases exhibían un fenómeno fluorescente, pero hasta finales de la década de 1890 los científicos no tenían una comprensión clara de la causa detrás de este fenómeno.

En ese momento, no estaba claro si la fluorescencia se debía a la presencia de partículas elementales en movimiento dentro del tubo, o si los rayos se presentaban en forma de ondas que transportaban energía.

Investigaciones de Perrin

En 1895, Perrin realizó experimentos con rayos catódicos utilizando un enfoque diferente al conectar un tubo de descarga a un recipiente de mayor tamaño que se encontraba vacío. Además, Perrin incorporó una pared impermeable para las moléculas ordinarias y reprodujo la configuración original de Crookes al colocar una Jaula de Faraday dentro de una cámara protectora.

Si los rayos catódicos lograban atravesar la pared impermeable diseñada para bloquear las moléculas ordinarias dentro de la jaula de Faraday, esto proporcionaría una prueba concluyente de que los rayos estaban compuestos por partículas fundamentales cargadas eléctricamente.

Método de verificación

Para comprobar esto, Perrin colocó un electrómetro cerca de la pared impermeable para medir las cargas eléctricas generadas cuando los rayos catódicos impactaban en ella.

Durante el experimento, se observó que el choque de los rayos catódicos contra la pared impermeable producía una pequeña medición de carga negativa en el electrómetro.

Luego, Perrin desvió el flujo de los rayos catódicos aplicando un campo eléctrico, lo que hizo que los rayos impactaran directamente en el electrómetro. En este caso, el medidor registró una carga eléctrica significativamente mayor en comparación con la medición anterior.

Estos experimentos realizados por Perrin demostraron que los rayos catódicos estaban compuestos por partículas cargadas negativamente.

Posteriormente, a principios del siglo XX, J. J. Thomson formalmente descubrió la existencia de los electrones y estableció la relación entre su carga y su masa, basándose en las investigaciones pioneras de Perrin.

Limitaciones del modelo

El modelo atómico propuesto por Perrin presenta dos limitaciones importantes que posteriormente fueron superadas gracias a los avances de Bohr en 1913 y la física cuántica.

Las principales restricciones de este modelo son las siguientes:

  1. No proporciona una explicación convincente sobre cómo se mantiene la carga positiva concentrada en el centro del átomo.
  2. No se comprende la estabilidad de las órbitas de las cargas negativas alrededor del núcleo atómico.

Según las leyes electromagnéticas de Maxwell, las cargas negativas deberían describir órbitas en espiral alrededor de las cargas positivas hasta colisionar con ellas. Estas limitaciones plantearon desafíos que fueron abordados posteriormente por los avances en la teoría de Bohr y la física cuántica.

En conclusión, estas son las características principales del Modelo Atómico de Perrin y su impacto para el desarrollo de otras teorías importantes.

Referencias bibliográficas

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Solbes, J., Silvestre, V., & Furió, C. (2013). El desarrollo histórico de los modelos de átomo y enlace químico y sus implicaciones didácticas. Didáctica de las ciencias experimentales y sociales.

Karla Arango
Editora, correctora de estilo, investigadora literaria y poeta.