Modelos Atómicos: Comprendiendo la Estructura de la Materia

La comprensión de la estructura del átomo ha evolucionado significativamente a lo largo de la historia, gracias a las contribuciones de diversos científicos. A continuación, exploramos los modelos atómicos más influyentes que han moldeado nuestro conocimiento actual.

1. El Modelo Atómico de Dalton (1808-1810)

A principios del siglo XIX, John Dalton propuso un modelo atómico que sentó las bases de la química moderna. Sus postulados clave fueron:

• Un átomo es la partícula más pequeña de un elemento que conserva sus propiedades.
• Un elemento es una sustancia que está formada por átomos iguales.
• Un compuesto es una sustancia que está formada por átomos distintos combinados en una relación numérica sencilla y constante.
• En una reacción química, los átomos no se crean ni se destruyen, solo cambian las uniones entre ellos.

En este contexto, a principios del siglo XIX, Dalton había determinado que la materia estaba formada por átomos. Sin embargo, distintas experiencias demostraban que la materia podía ganar o perder cargas eléctricas. Por lo tanto, surgió una pregunta fundamental:

¿Las cargas eléctricas forman parte de los átomos?

2. El Modelo Atómico de Thomson: El Pudín de Pasas

J.J. Thomson, a finales del siglo XIX, encontró que en los átomos existe una partícula con carga eléctrica negativa, a la que llamó electrón. Sin embargo, dado que la materia solo manifiesta sus propiedades eléctricas bajo ciertas condiciones (como la electrólisis o la adquisición de carga al frotar cuerpos), se debía suponer que era neutra en su estado fundamental. Así, Thomson postuló:

“El átomo es una esfera maciza de carga positiva en la que se encuentran incrustados los electrones.”

Este modelo es popularmente conocido como el “modelo del pudín de pasas”, donde la masa positiva sería el pudín y los electrones las pasas.

3. El Modelo Atómico de Rutherford

Ernest Rutherford, a principios del siglo XX, realizó experimentos cruciales que llevaron al descubrimiento del protón: una partícula que tiene la misma carga que el electrón, pero positiva, y cuya masa es aproximadamente 1840 veces mayor que la del electrón. Basándose en sus hallazgos, Rutherford postuló que:

• El átomo tiene un núcleo central en el que están concentradas la carga positiva y prácticamente toda su masa.
• La carga positiva de los protones es compensada con la carga negativa de los electrones, que se encuentran fuera del núcleo.
• El núcleo contiene protones en número igual al de electrones del átomo.
• Los electrones giran a mucha velocidad en torno al núcleo y están separados de este por una gran distancia.

La suma de la masa de los protones y de los electrones no coincidía con la masa total del átomo, por lo que Rutherford supuso que en el núcleo tenía que existir otro tipo de partículas. Posteriormente, James Chadwick descubrió estas partículas sin carga y con una masa similar a la del protón, que recibieron el nombre de neutrones.

4. El Modelo Atómico de Bohr

Niels Bohr, basándose en las ideas de Planck y Einstein sobre la cuantización de la energía, propuso un modelo que explicaba la estabilidad de los átomos y sus espectros de emisión. Según Bohr:

• La energía de un sistema no puede aumentar o disminuir continuamente, sino a saltos (cuantos).
• El electrón se mueve en órbitas circulares permitidas (niveles de energía), donde no emite ni absorbe energía.

La gran diferencia entre este y el anterior modelo es que, en el de Rutherford, los electrones giran describiendo órbitas que pueden estar a cualquier distancia del núcleo, mientras que en el modelo de Bohr solo se pueden encontrar girando en determinados niveles de energía específicos.

5. El Modelo Atómico Actual: Mecánico-Cuántico

El modelo atómico actual, conocido como modelo mecánico-cuántico, supera las limitaciones de los modelos anteriores. Aquí se sustituye la idea de que el electrón se sitúa en determinadas capas de energía por la de orbital: una zona del espacio donde la probabilidad de encontrar al electrón es máxima. Este modelo se basa en principios de la mecánica cuántica, como la dualidad onda-partícula del electrón y el principio de incertidumbre de Heisenberg.

Estructura del Átomo: Una Síntesis

Como resultado de todas estas investigaciones y descubrimientos, el átomo está constituido como sigue:

• Una zona central o núcleo: Donde se encuentra el total de la carga positiva (protones) y la mayor parte de la masa del átomo (protones + neutrones). El número de protones es fijo para todos los átomos de un mismo elemento, mientras que el número de neutrones puede variar (dando lugar a los isótopos).
• Una zona externa o corteza: Donde se encuentran los electrones, que giran alrededor del núcleo. Hay tantos electrones en la corteza como protones en el núcleo, lo que hace que el conjunto del átomo sea eléctricamente neutro en su estado fundamental.