Leyes Ponderales y Modelos Atómicos: Dalton, Thomson y Rutherford

Dalton

Durante siglos, los alquimistas, precursores de la química moderna, experimentaban con toda clase de sustancias buscando una sustancia imaginaria que transformase metales, como el plomo, en oro, y que al beberla en forma de infusión sirviese para rejuvenecer y conseguir la inmortalidad.

Leyes ponderales

En la búsqueda de una felicidad eterna, los alquimistas no prestaron mucha atención al aspecto cuantitativo de sus experimentos. Algo que sí hicieron los primeros químicos del siglo XVIII, al establecer unas leyes, llamadas ponderales, a partir de la medida de las masas en las transformaciones químicas.

Ley de conservación de la masa

Antoine Lavoisier, en 1785, a partir de experiencias semejantes, dijo la primera ley ponderal: La masa total de las sustancias que intervienen en una transformación química permanece constante. En consecuencia, la masa total de las sustancias que reaccionan es igual a la masa de las nuevas sustancias que se originan.

Ley de las proporciones definidas

Joseph Proust, en 1799, basándose en experiencias similares, dijo la segunda ley ponderal: Siempre que dos elementos se combinan para originar un compuesto determinado, lo hacen en una relación de masa constante. Si la proporción entre los dos elementos es siempre la misma, la composición del compuesto formado será constante. John Dalton, en 1803, a partir de sus investigaciones, desarrolló una teoría para explicar la constitución de la materia y las leyes de combinación química. Se basó en la idea de que el universo está constituido por pequeñas unidades elementales llamadas átomos.

Modelo atómico de Dalton

La teoría atómica de Dalton se basa en varias hipótesis:

1. La materia está formada por partículas muy pequeñas, esféricas e indivisibles, llamadas átomos.
2. Los átomos de un mismo elemento químico son iguales: tienen igual tamaño, masa y propiedades.
3. Los átomos de un elemento químico tienen masas y propiedades diferentes a las de los átomos de otros elementos.
4. Los átomos de diferentes elementos se pueden combinar en una proporción fija y sencilla para formar compuestos químicos.
5. En las reacciones químicas, los átomos de dos elementos se combinan entre sí para formar nuevas agrupaciones atómicas. Los átomos no se destruyen ni se transforman en otros átomos, solo se recombinan. La teoría atómica supuso un gran estímulo para el progreso de la química. Su éxito se basaba en que podía interpretar las leyes ponderales y predecir nuevos hechos capaces de ser comprobados experimentalmente.

Thomson y Rutherford

Dalton creía que la materia estaba formada por átomos indivisibles. Sin embargo, diversos experimentos, como la electrización por frotamiento, mostraban que la materia podía ganar o perder carga eléctrica, distinguiéndose dos tipos diferentes de carga: positiva y negativa. El físico inglés Joseph John Thomson demostró que las partículas con carga eléctrica negativa formaban parte de todo tipo de átomos. Había descubierto la primera partícula subatómica, el electrón, responsable de los fenómenos eléctricos: la electricidad tenía su origen en la materia.

Modelo de Thomson: Los átomos se comportan como pequeñas masas esféricas con carga positiva, dentro de las cuales se encuentran los electrones con carga negativa, en posiciones fijas. Thomson propuso que para que el átomo tuviese carga neutra, debía haber carga positiva dentro del mismo para compensar el número de electrones negativos: Carga positiva del átomo = Carga negativa del átomo. El átomo ya no se consideraba como una esfera uniforme, tenía partículas incrustadas que podían desprenderse, de modo que suponía que no era indivisible. Según el modelo de Thomson, las estructuras de los átomos de los seis primeros elementos químicos (H, He, Li, Be, B y C).

Rutherford: Unos años más tarde, un ayudante de Thomson, Ernest Rutherford, recibió el Premio Nobel por sus investigaciones sobre la estructura atómica, que mejoraban el modelo atómico propuesto por Thomson. En 1910, Rutherford, con el fin de descubrir cómo era el interior de los átomos, propuso que la carga positiva del átomo debía estar concentrada en una pequeña parte del mismo a la que llamó núcleo. El resto debía estar casi vacío. Así, solamente cuando las partículas positivas se acercasen mucho al núcleo, la repulsión entre cargas del mismo signo haría que se desviasen y rebotasen.