Modelos y teoría atómica: Dalton, Thomson, Rutherford y Bohr para comprender la estructura atómica

Teoría atómica de Dalton

Entre 1808 y 1810, John Dalton publicó su nuevo sistema de filosofía química.

Dalton postuló varias ideas fundamentales sobre la naturaleza de la materia. Sus enunciados principales son los siguientes:

• La materia está formada por átomos indivisibles.
• Los elementos están formados por átomos iguales: tienen la misma masa y las mismas propiedades químicas.
• Los átomos de diferentes elementos tienen masas y propiedades químicas distintas.
• Los compuestos químicos están formados por la combinación de átomos de dos o más elementos diferentes.
• Cuando dos o más átomos de distintos elementos se combinan para formar un mismo compuesto, lo hacen en una relación de números enteros sencillos.
• En las reacciones químicas, los átomos ni se crean ni se destruyen; solamente cambian su distribución en las sustancias.

El modelo atómico de Thomson

J. J. Thomson, físico inglés, propuso en 1904 un modelo para explicar la presencia de partículas con carga negativa dentro del átomo. Thomson supuso que casi toda la masa del átomo correspondía a una carga positiva que ocupaba la mayor parte del volumen atómico. Imaginó el átomo como una especie de esfera de carga positiva continua en la que se encuentran incrustados los electrones.

Este modelo fue aceptado durante varios años, ya que proporcionaba una explicación a fenómenos como la formación de iones y la electrización de la materia.

Conceptos clave

• Ion: un átomo o una molécula que ha ganado o perdido uno o más electrones.
• Catión: átomo o molécula que pierde uno o más electrones y adquiere carga positiva.
• Anión: átomo o molécula que gana uno o más electrones y adquiere carga negativa.

El modelo atómico de Rutherford

En 1911, el físico y químico inglés Ernest Rutherford y sus colaboradores llevaron a cabo un experimento en el que bombardearon una lámina de oro muy fina con partículas alfa (partículas positivas) a gran velocidad. El experimento permitió observar el siguiente comportamiento en las partículas lanzadas:

• La mayor parte de ellas atravesó la lámina sin cambiar de dirección, como era de esperar según el modelo de Thomson.
• Algunas se desviaron considerablemente.
• Unas pocas partículas rebotaron hacia la fuente de emisión.

Estas observaciones llevaron a Rutherford a proponer un nuevo modelo atómico con un núcleo central muy compacto y con carga positiva.

Estructura del átomo nuclear

• El átomo tiene un núcleo central en el que está concentrada prácticamente toda su masa, aportada por los protones y los neutrones.
• La carga positiva de los protones se compensa con la carga negativa de los electrones, que se hallan fuera del núcleo. Así, el átomo es eléctricamente neutro.
• El núcleo contiene tantos protones como electrones tiene el átomo (en átomos neutros).
• Los electrones se mueven a gran velocidad en torno al núcleo y están separados de este por una distancia relativamente grande en relación con su tamaño.

Niels Bohr

En 1913, Niels Bohr formuló una nueva hipótesis sobre la estructura atómica basada en postulados que explicaban la estabilidad del átomo y los espectros de emisión. Sus ideas principales se resumen así:

• El electrón solo se mueve en órbitas circulares estables alrededor del núcleo sin emitir energía mientras permanezca en una de estas órbitas.
• El electrón, dependiendo de la órbita en la que se encuentra, posee una determinada energía; dicha energía es mayor cuanto más alejada esté la órbita del núcleo.
• La emisión o absorción de energía se produce cuando un electrón salta de un estado inicial a otro estado de diferente energía. Por ejemplo, la emisión de energía ocurre cuando un electrón salta de un estado de mayor energía a otro de menor energía.
• Los electrones de un átomo se distribuyen en capas o niveles de energía.

Isótopos

Isótopos: son átomos de un mismo elemento que tienen igual número atómico (igual número de protones), pero distinto número másico (diferente número de neutrones).

Masa atómica

Masa atómica relativa: es la masa que corresponde a uno de sus átomos y equivale, en la práctica, a la suma de las masas de sus protones y neutrones.

Masa media ponderada: es la masa atómica relativa media de un elemento, calculada en función de las abundancias relativas de sus isótopos.