Módelo atómico y sus variaciones en el tiempo

Ya en el siglo V a. de C. se escuchó a la humanidad mencionar sobre los átomos, como las partículas básicas de la materia.

Sin embargo, dado que los átomos son muy pequeños y no pueden verlos a simple vista, por esta razón, han sugerido algunos modelos y teorías  para explicar estas partículas básicas.

 

La idea de que la materia está compuesta por pequeñas partículas indivisibles fue concebida por los filósofos griegos por primera vez

Casi 450 a.C., Leucipo y su discípulo, Demócrito,  sugirieron que la materia se formaba por  pequeñas partículas  que la denominaron  átomos, que significa indivisible.

Los postulados del atomismo griego, desarrollados por Leucipo y Demócrito, establecen que la materia está compuesta por partículas indivisibles llamadas átomos, que entre los átomos solo hay vacío, se diferencian por su forma y tamaño entre los diferentes cuerpos.

Teoría de Dalton

En 1805, el británico John Dalton (1766-1844) publicó  “Nuevo sistema de la filosofía química”.

La razón que motivó a Dalton para proponer una nueva teoría atómica es encontrar una explicación de las leyes químicas deducidas experimentalmente hasta el momento, como la ley de conservación de la materia y la ley de las proporciones definidas.

La teoría atómica de Dalton enuncia  lo siguiente:

• En el caso de los átomos, las partículas no pueden dividirse ni destruirse. 
• Todos los átomos de una sustancia son idénticos.
• Los átomos de diferentes elementos son distintos.
• Los compuestos se forman por la combinación de átomos de diferentes elementos. 

Modelo atómico de Thomson

En tiempos pasados, se han observado fenómenos de electricidad relacionados con la materia. 

Tales de Mileto  notó que al frotar un pedazo de ámbar, puede atraer pequeñas partículas. 

Mucho tiempo después, Gilbert descubrió que al frotar muchos materiales obtenían electricidad.

Ya en el siglo XIX, estas notas se mejoraron oficialmente, gracias a la experimentación realizada por Faraday, alrededor de 1833, y le permitieron explorar la relación entre electricidad y materia.

El descubrimiento de los electrones se produce a partir de  una serie de experimentos con un dispositivo llamado tubo de rayo de catódicos, es un tubo de vidrio, sellado, con aire extraído y con dos electrodos, y por lo tanto se transfirió la corriente eléctrica.

En 1879, el físico británico William Crookes notó que si se creaba vacío dentro del tubo, sin aire en su interior, apareció una luminosidad, derivada de polos negativos o cátodo y se conducía al polo positivo o ánodo, por lo que  concluyó que debería ser haces cargados negativamente luego denominados rayos catódicos.

Entonces, J. Thompson en 1895 establece que en realidad estos rayos eran en partículas , muy  pequeñas, más que el átomo de hidrógeno y con una carga negativa, se recibieron los nombres de los electrones.

Eugene Goldstein (1850-1930) hizo algunos ajustes al diseño original del tubo de rayos catódicos. El nuevo dispositivo contiene perforado el cátodo y el tubo, conteniendo gases diferentes en vez de vacío. Identificó que detrás del cátodo negativo, había otro tipo de luminosidad, procedente del ánodo, por lo que concluyó que los nuevos rayos tenían carga positiva.

Luego fueron llamados protones y su carga tiene igual magnitud que la de un electrón. 

Estos descubrimientos generan una discordancia sobre que los átomos son indivisibles, por lo que fue necesario diseñar un nuevo modelo del átomo. 

En 1904, Joseph Thomson (1856-1940) propuso un modelo en el que la parte positiva del átomo se distribuye de manera uniforme en todo el volumen, mientras que los electrones estaban sumidos en esta matriz de protones, como las pasas en pudín. Sugiere que tiene la misma cantidad  de cargas positivas y que de cargas negativas. Siendo un átomo eléctricamente neutro.

Modelo de Rutherford

En el comienzo del siglo XX, Ernest Rutherford (1871-1937) realizó un experimento del que sus resultados fueron desconcertantes .

Señaló que cuando un grupo de partículas alfa, emitidas por un elemento radiactivo como el polonio, colisiona con una lámina de oro, hay partículas que rebotan, logrando invertir la dirección de su trayectoria totalmente. 

Para proporcionar una explicación para este hecho, Rutherford sugirió, en 1911, la presencia de núcleos atómicos, como una zona central densa, de los cuales aproximadamente se concentra en un 99.95% de la masa atómica.

El núcleo sería  positivo, ya que las partículas alfa, de carga positiva, han sido rechazadas durante una colisión contra los núcleos atómicos del metal. También propuso que los electrones se mueven continuamente alrededor del núcleo, pero a una cierta distancia, por lo que el volumen atómico es una gran porción de espacio vacío.   

Rutherford coincide con Thomson que los electrones con carga negativa contrarrestan las cargas del núcleo que son positivas, siendo así un átomo neutro.

Descubre el neutrón.

Rutherford ya en 1920 propuso la existencia de una tercera partícula neutra para dar explicación a la masa de los átomos, ya que solo con protones la masa atómica sería menor.  

En 1932 James Chadwick descubre el neutrón  al bombardear berilio con partículas alfa, notó la emisión de una radiación con la masa de un protón pero sin carga eléctrica. Dado que al no desviarse en presencia de campos eléctricos, dedujo su naturaleza neutra y los llamó neutrones. 

Modelo planetario de Bohr

En 1913 el físico danés Niels Bohr propone una solución a la discordancia que presentaba el modelo de Rutherford.

Él plantea que los electrones se mueven en una órbita alrededor del  núcleo a gran velocidad.

Cada órbita corresponde a un nivel de energía, siendo la órbita más cercana al núcleo la de menor energía.