Evolución de los Modelos Atómicos: De Demócrito al Cuántico

Modelos Atómicos: Un Recorrido Histórico

Demócrito, un filósofo griego, dedujo que la materia está formada por partículas muy pequeñas e indivisibles denominadas átomos. Siglos más tarde, J. Dalton dio una primera definición detallada de átomo. Unos investigadores demostraron que los átomos estaban formados por partículas aún más pequeñas llamadas partículas subatómicas. Esto dio lugar a los primeros modelos atómicos:

Modelo Atómico de Thomson

J. J. Thomson concluyó que el átomo no es uniforme y contiene partículas de carga negativa; descubre la partícula subatómica, el electrón. Para sus experimentos utilizó un tubo de rayos catódicos; un tubo de vidrio con un gas a una presión próxima al vacío en su interior, y dos placas metálicas conectadas a una fuente de alimentación: una positiva (ánodo) y otra negativa (cátodo). El cátodo, al estar conectado a una fuente de alto voltaje, emitía un rayo invisible: los rayos catódicos.

1. Los rayos viajan del cátodo al ánodo en línea recta, produciendo una luz brillante. Conclusión: los rayos tienen carga, negativa en este caso.
2. Los rayos hacen girar un molinillo del interior del tubo al hacer el recorrido. Conclusión: los rayos tienen masa.
3. Los rayos se desvían fácilmente al aplicar un imán o campo eléctrico. Conclusión: las partículas, electrones, tienen muy poca masa.

Modelo Atómico de Rutherford

Se le ocurrió bombardear finas láminas metálicas, oro en concreto, con partículas de carga positiva (rayos alfa) procedentes de elementos radiactivos, como el polonio y el radio. También puso una pantalla alrededor para saber dónde chocaban las partículas.

1. La mayoría de partículas atravesaban la lámina sin desviarse, o tan solo 1°-2°. Conclusión: el átomo está casi vacío, lo que explica que la mayoría no rebotara.
2. Una de cada 105 partículas se desviaba 180°. Conclusión: la carga positiva está concentrada en un punto determinado. Al chocar las partículas alfa contra esa carga, se repelen y rebotan.

Más adelante, Rutherford dedujo que debía existir más masa además de los protones: los neutrones. El modelo "nuclear": La carga positiva y casi toda su masa estaban concentradas en una zona central, que llamó núcleo. Esta carga positiva se debe a unas partículas: los protones. Los electrones, que giran a gran distancia en órbitas circulares alrededor del núcleo, tienen la misma carga que los protones. La carga total del átomo es neutra.

Modelo Atómico de Bohr

Basándose en los descubrimientos de otros científicos, dio una explicación teórica del espectro del átomo de hidrógeno, por la que obtuvo un Premio Nobel:

1. Los electrones se mueven alrededor del núcleo en ciertas órbitas, llamadas estacionarias, en las que no emiten energía.
2. Estas órbitas tienen niveles de energía determinados por un número entero o cuántico, donde los electrones adoptan un valor de energía específico.
3. Los electrones pueden pasar de un nivel de energía a otro absorbiendo o emitiendo luz de una frecuencia determinada, dada por la diferencia de energía entre los niveles: E1 - E2 = hv.

Modelo Mecanocuántico: Los modelos de Heisenberg, Schrödinger y De Broglie

Se descubre que los electrones no trazan elipses ni órbitas perfectas alrededor del núcleo. Por tanto, se comienza a hablar de orbitales: Un orbital atómico es el espacio con mayor probabilidad de encontrar el electrón, y se representan con formas geométricas. En una zona de alta densidad electrónica hay más probabilidad de localizar al electrón, y esa zona se representa por concentración de puntos. Hasta entonces se pensaba que el electrón (e-) era un elemento material; a partir de este punto, Erwin Schrödinger descubre que los electrones pueden ser tratados como ondas de materia. Conforme al Principio de Incertidumbre de Heisenberg, no es posible conocer simultáneamente tanto la energía como la posición de un electrón dentro del átomo.