La Fascinante Evolución de los Modelos Atómicos: Desde la Antigüedad hasta la Química Cuántica
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La Fascinante Evolución del Concepto de Átomo
El concepto de átomo, fundamental en la química y la física modernas, ha evolucionado significativamente a lo largo de la historia, desde las primeras especulaciones filosóficas hasta los complejos modelos cuánticos actuales.
Orígenes Filosóficos: Leucipo y Demócrito (Siglo V a.C.)
En el siglo V a.C., los pensadores griegos Leucipo y Demócrito fueron los primeros en proponer la idea del átomo. En su teoría, sostenían que la materia podía dividirse hasta un límite indivisible. A esta mínima porción de materia la denominaron átomo (del griego ἄτομος, que significa 'indivisible'), y postularon que entre los átomos existían espacios vacíos por los que estos se movían. Esta teoría fue, sin embargo, rechazada por la corriente filosófica dominante de la época.
La Visión Aristotélica: Materia Continua
Posteriormente, Aristóteles propuso una visión diferente, que prevaleció durante casi dos milenios. Él sostenía que la materia era continua, es decir, uniforme y sin divisiones fundamentales, compuesta por cuatro elementos: tierra, agua, aire y fuego. Esta teoría fue ampliamente aceptada durante un largo periodo, eclipsando la idea atomista.
El Renacimiento Atómico: John Dalton (1803)
Aproximadamente dos mil años después, en 1803, el científico John Dalton retomó y formalizó la idea de los átomos, sentando las bases de la química moderna. Aunque compartía la noción de que la materia estaba compuesta por partículas indivisibles, Dalton postuló que:
- Los átomos de un mismo elemento son idénticos en masa y propiedades.
- Los átomos de diferentes elementos son distintos entre sí.
- Los átomos son indestructibles e indivisibles en las reacciones químicas.
- Los átomos pueden combinarse en proporciones fijas y sencillas para formar compuestos.
Además, introdujo la idea de que los átomos simples (elementos) estaban formados por un solo tipo de átomo, mientras que los átomos compuestos (compuestos) contenían más de un tipo de átomo. La teoría atómica de Dalton fue ampliamente aceptada y marcó un hito en la comprensión de la materia.
El Modelo del Pudín de Pasas: J.J. Thomson (1904)
Un siglo después, en 1904, J.J. Thomson, tras el descubrimiento del electrón, propuso un nuevo modelo atómico que describía el átomo como: «una esfera compacta de carga positiva con partículas negativas incrustadas». Este modelo es conocido popularmente como el Modelo del Budín de Pasas. Thomson también postuló que el átomo era eléctricamente neutro, denominó a estas partículas negativas electrones y afirmó que la cantidad de cargas negativas era igual a la cantidad de cargas positivas.
El Modelo Planetario: Ernest Rutherford (1911)
En 1911, Ernest Rutherford, a través de su famoso experimento de la lámina de oro, propuso un modelo atómico revolucionario. Rutherford sostuvo que la cantidad de cargas negativas y positivas en el átomo era la misma, pero que la carga positiva se concentraba en un pequeño y denso núcleo central, donde residían las partículas positivas (protones). Además, concluyó que el átomo estaba en su mayor parte vacío, con los electrones girando alrededor del núcleo como planetas alrededor del sol.
Órbitas Cuantizadas: Niels Bohr (1913)
En 1913, Niels Bohr, basándose en el modelo de Rutherford y la teoría cuántica, propuso que el átomo poseía un núcleo con partículas positivas y que los electrones giraban alrededor de este en órbitas circulares definidas, con niveles de energía específicos. Bohr postuló que los electrones solo podían ocupar ciertas órbitas permitidas y que no irradiaban energía mientras permanecían en ellas. La emisión o absorción de energía ocurría solo cuando un electrón saltaba de una órbita a otra.
El Descubrimiento del Neutrón: Chadwick y Rutherford (1932)
Finalmente, en 1932, James Chadwick, con la colaboración de Rutherford, descubrió el neutrón. Se determinó que el neutrón poseía una masa similar a la del protón, era considerable, y se encontraba en el núcleo junto a los protones, pero sin carga eléctrica. Este descubrimiento completó la imagen de las partículas fundamentales del núcleo atómico.
El Modelo Atómico Cuántico Actual: Fundamentos y Características
El modelo atómico actual, también conocido como Modelo Cuántico-Ondulatorio o Modelo de la Nube Electrónica, es de naturaleza matemática y probabilística, y establece que:
Componentes y Estructura
- El núcleo del átomo está formado por neutrones y protones.
- El átomo posee una zona extranuclear (o nube electrónica) donde se encuentran los electrones.
- El átomo es eléctricamente neutro, lo que significa que tiene la misma cantidad de cargas negativas (electrones) que de positivas (protones).
Propiedades de las Partículas Subatómicas
Las cargas de las partículas subatómicas son:
- Protones: Carga positiva (+1)
- Neutrones: Sin carga (0)
- Electrones: Carga negativa (-1)
En cuanto a la masa, la de los protones y neutrones es considerable (aproximadamente 1 unidad de masa atómica), mientras que la de los electrones es ínfima o despreciable (aproximadamente 1/1836 de la masa de un protón).
Distribución Electrónica
Los electrones se distribuyen alrededor del núcleo en niveles de energía (o capas electrónicas), que se pueden numerar del 1 al 8. El nivel 1 es el más cercano al núcleo, y el 8 el más alejado. La energía de los electrones aumenta a medida que se alejan del núcleo:
«A medida que los electrones se alejan del núcleo, giran con mayor energía, es decir, cada vez más rápido».