Los modelos atómicos

Los modelos atómicos

Las primeras teorías atómicas

En el siglo V a.C, el filósofo griego Leucipo pensaba que solo había un tipo de materia. Sostenía que si dividíamos la materia en partes cada vez más pequeñas llegaríamos a una porción a partir de la cual no podríamos seguir dividiendo. Uno de sus discípulos, Demócrito, nombró a estas partes indivisibles de la materia con el nombre de átomo que proviene del término atom que en griego significa “que no se puede dividir”.

En base a este concepto de atom, defendían que:

Todo está compuesto por átomos. Si dividimos una sustancia muchas veces llegaremos a ellos.

Las propiedades de la materia varían según como se agrupen los átomos.

Los átomos no pueden verse pues son extremadamente pequeños.

Esta teoría es más bien una teoría filosófica, sin base experimental mientras que todas las teorías que vienen a continuación se basan en experiencia científica y son válidos hasta que el siguiente modelo mejora o supera al anterior.

El modelo atómico de Dalton

Basándose en las leyes de la química, el químico inglés John Dalton desarrollo la primera teoría que explica la constitución de la materia en 1808. Su teoría se basó en la idea de que toda la materia del universo está constituida por diminutas unidades elementales llamadas átomos.

Este modelo atómico se basa en 5 postulados básicos:

La materia está compuesta en su totalidad por partículas indivisibles e indestructibles llamadas átomos.

Los átomos de un mismo elemento son iguales, es decir, tienen el mismo tamaño, masa y propiedades.

Los átomos de un elemento químico tienen masa, tamaño y propiedades diferentes a cualquiera de los otros elementos.

Los átomos son inalterables pues en las reacciones químicas estos no se destruyen ni se transforman, sino que se recombinan.

Los compuestos se forman gracias a la combinación de átomos de dos o más elementos diferentes mediante relaciones simples.

Una vez descritos los postulados básicos John Dalton propuso adicionalmente a los postulados que los átomos de los elementos que están interactuando entre sí para formar moléculas obedecen a la ley de conservación de la masa. Esto significa que la cantidad y el tipo de aplomo que tiene una molécula es igual al número y tipo de átomos de los productos usados en la reacción química. Esto también obedece a la ley que dice que la materia no se crea ni se destruye, sino que se transforma.

Otro aspecto importante del modelo fue la ley de Proporciones Múltiples. Esta ley indica que si combinamos los átomos de dos elementos estos átomos se pueden combinar únicamente en relación con números enteros.

Para poder otorgarles características a los átomos, Dalton creo la tabla de pesos atómicos que fue bastante útil ya que en ella se encontraban todos los elementos en un orden determinado en función de su peso siendo el hidrogeno el más ligero y por ello el número 1 en la tabla y con el número atómico 1.

Aceptación del modelo y sus limitaciones:

El modelo atómico de Dalton fue aceptado por muchos científicos de la época casi de inmediato pese a que este modelo rompía los esquemas establecidos por aquel entonces. Gracias a este modelo tenemos muchas de las bases de la teoría actual, debido a que esta teoría de Dalton se convirtió en la base de la teoría de la química.

El problema de este modelo atómico era que este presentaba algunos errores y limitaciones y es que Dalton tenía en mente que los átomos de todos los elementos químicos eran capaces de permanecer individualmente, por lo que no pudo percatarse que en algunos elementos los átomos sí que existen formando moléculas, como por ejemplo el oxígeno puro (formado por dos átomos de oxígeno). Uno de los errores principales de este modelo fue que se pensó que el compuesto más simple entre dos elementos es siempre un átomo de cada elemento. Esto lo hizo concluir que el agua era HO en vez de H2O.

El modelo atómico de Thomson

La teoría atómica de Dalton partía del supuesto de que el átomo era una partícula elemental indivisible, sin embargo, diversos experimentos con la electricidad pusieron de manifiesto la naturaleza eléctrica de la materia y que el átomo era divisible, es decir formado por partícula más pequeñas que el propio átomo.

Fue en 1897 cuando J.J Thomson llevó a cabo una serie de estudios mediante los cuales descubrió la primera partícula subatómica, el electrón, que se trata de una partícula elemental con carga eléctrica negativa y masa diminuta. El descubrimiento del electrón se obtuvo de los estudios de la conductividad eléctrica de gases a bajas presiones. Los gases son aislantes en bajos voltajes, sin embargo, frente a voltajes altos se vuelven conductores. Cuando en un tubo de vidrio que contiene un gas se hace parcialmente el vacío y se aplica un voltaje de varios miles de voltios, a través de él fluye una corriente eléctrica. Asociado a este flujo eléctrico, el gas encerrado en el tubo emite varios rayos de luz de colores denominados rayos catódicos, que son desviados por la acción de los campos eléctricos y magnéticos. Mediante un estudió cuidadoso de esta desviación, Thomson demostró que los rayos están formados por una corriente de partículas cargadas negativamente, los electrones.

Siete años después de su experimento, en 1904, Thomson propone un nuevo modelo atómico que se conoce informalmente como el modelo del pudín de pasas. Este nuevo modelo propone lo siguiente:

El átomo se trata de una masa compacta que acumula la carga positiva.

Los electrones, con carga negativa, se encuentran incrustados en esa masa, como las pasas en un pudín.

Las cargas positivas y negativas están compensadas por lo que el átomo es neutro.

Este modelo no era estático, sino que Thomson consideraba que los electrones podían cambiar su posición dentro de la esfera positiva, siempre y cuando las cargas quedarán compensadas,

Aceptación del modelo y sus limitaciones:

El modelo atómico de Thomson no pudo explicar cómo se mantiene la carga en los electrones dentro del átomo. Tampoco pudo explicar la estabilidad de un átomo. En la teoría tampoco se mencionó nada sobre el núcleo del átomo.

Como los protones y neutrones aún no eran descubiertos, Thomson, que era un científico serio, se basó principalmente en crear una explicación con los elementos científicamente probada en la época. Pero fue rápidamente descartado por los experimentos de la lámina de oro. Puesto que en este experimento se demostró que debía existir algo dentro del átomo con una fuerte carga positiva y mayor masa, el núcleo.

Pese a sus deficiencias y su breve vida el modelo del pudín con pasas representó un paso importante en el desarrollo de la teoría atómica ya que incorporó partículas subatómicas y nuevos descubrimientos, como la existencia del electrón, e introdujo la noción del átomo como una masa no inerte y divisible. A partir de este modelo, los científicos supusieron que los átomos estaban formados de unidades más pequeñas, y que los átomos interactuaban entre sí a través de muchas fuerzas diferentes.

El modelo atómico de Rutherford

En 1911 una serie de experimentos históricos llevados a cabo por Ernest Rutherford y por sus alumnos Geiger y Marsden, descubrieron la existencia del núcleo atómico.

El experimento consistió en usar una fuente que radiaba partículas positivas (radiación alfa) que eran núcleos de helio procedentes de un elemento radioactivo. Con estas partículas bombardearon una fina lámina de oro rodeada de una pantalla fluorescente que se usaba para detectar la trayectoria que seguían las partículas al colisionar contra la lámina. La mayoría de ellas atravesaban la lámina sin cambiar de dirección, sin embargo, unas pocas se desviaban un ángulo mayor de 10º y algunas incluso rebotaban.

Este era un resultado inesperado e incompatible con el modelo atómico de Thomson puesto que, si este fuera cierto, no deberían de observarse desviaciones ni rebotes.

Mediante este experimento Rutherford demostró que la dispersión era causada por un pequeño núcleo cargado positivamente situado en el centro del átomo de oro. De esta forma dedujo que la mayor parte del átomo era vacío, lo explicaba que la mayoría de las partículas alfa que bombardeaban la lámina de oro pasasen a través de ella sin desviarse.

Basándose en estos resultados en 1911, Rutherford dedujo un modelo atómico que se denominó modelo planetario puesto que este describe al átomo como un sistema planetario, con un núcleo central (el Sol) alrededor del cual giran los electrones (los planetas). Salvo por pequeñas modificaciones realizadas por modelos posteriores es el modelo que más contribuyó a la idea general que tenemos sobre el átomo.

Este modelo postulo que:

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