Hitos en la Comprensión del Átomo: Un Recorrido por los Modelos Clásicos

Modelos Atómicos: De Dalton a Rutherford

La comprensión de la estructura de la materia ha evolucionado a lo largo de la historia, sentando las bases de la química moderna. A continuación, se exploran los hitos clave en el desarrollo de los modelos atómicos.

Átomos de Dalton

John Dalton propuso el primer modelo atómico con base científica, estableciendo los siguientes postulados:

• Los elementos están constituidos por átomos, partículas materiales independientes.
• Los átomos de un mismo elemento son iguales en masa y propiedades.
• Los átomos de distinto elemento tienen diferente masa y propiedades.
• Los compuestos se forman por la unión de los átomos correspondientes en proporciones fijas y sencillas.
• En las reacciones químicas, los átomos ni se crean ni se destruyen, solo se reorganizan o redistribuyen.

Los Rayos Catódicos

Los experimentos con tubos de descarga de gas llevaron al descubrimiento de los rayos catódicos, cuyas propiedades son:

• Están formados por partículas negativas que se propagan en línea recta hacia el electrodo positivo (ánodo).
• Tienen masa apreciable; si se coloca un molinillo en su camino, se observa cómo se mueven sus aspas.
• Poseen naturaleza eléctrica.

Fue George Stoney quien bautizó a estas partículas como electrones.

Protones y Electrones

El estudio de las partículas subatómicas continuó, revelando la existencia de cargas positivas y negativas en el átomo.

• Los electrones se desprenden independientemente del tipo de cátodo utilizado para el experimento, lo que sugiere que se hallan presentes básicamente en toda la materia.
• Estos electrones, al dirigirse hacia el ánodo, chocan con las partículas del gas residual, arrancándoles otros electrones y dejándolas cargadas positivamente. Su masa y carga dependen de las del gas que las rodea.

Ernest Rutherford realizó una experiencia similar utilizando gas hidrógeno. Las partículas positivas obtenidas debían ser las más pequeñas que pudieran existir. Comprobó que:

• Su carga positiva es del mismo valor que la negativa del electrón.
• Su masa es alrededor de 1836 veces mayor que la del electrón.

Modelo de Thomson

Tras el descubrimiento del electrón, J.J. Thomson propuso su modelo atómico, conocido como el "pudín de pasas".

Este modelo suponía la existencia de una esfera de electricidad positiva que incluía electrones incrustados, distribuidos uniformemente, en número suficiente para neutralizar la carga positiva total del átomo.

Modelo de Rutherford

Ernest Rutherford, junto con sus colaboradores Geiger y Marsden, propuso un experimento crucial para investigar la estructura interna del átomo. Consistió en bombardear una lámina de oro de aproximadamente 5000 Å de espesor con partículas alfa, observando los choques de las partículas que la atravesaban sobre una pantalla fluorescente situada detrás de ella.

Rutherford esperaba que las "pesadas" partículas alfa, con gran energía cinética, atravesarían las láminas sin desviarse significativamente. Sin embargo, los resultados experimentales fueron sorprendentes y llevaron a las siguientes conclusiones:

• La materia está prácticamente "hueca", con la mayor parte del espacio vacío.
• Las partículas alfa rebotan o se desvían significativamente debido a las repulsiones electrostáticas que sufren al pasar cerca de las cargas positivas concentradas en un pequeño volumen.
• Debe existir partículas neutras en el núcleo para evitar la inestabilidad por repulsión entre los protones (esta idea, aunque posterior al descubrimiento del neutrón por Chadwick, es una implicación necesaria para la estabilidad nuclear).
• Los electrones deben moverse alrededor del núcleo en órbitas.

Aun así, el modelo de Rutherford presentaba dos limitaciones importantes:

• En él se suponía que los electrones giran en órbitas alrededor del núcleo. Según la teoría electromagnética clásica, dichos electrones, al ser cargas aceleradas, deberían emitir energía continuamente y, por lo tanto, colapsar en espiral hacia el núcleo.
• Este modelo no era capaz de explicar las bandas discontinuas de absorción o emisión observadas en los espectros atómicos.