Evolution of Atomic Models: Thomson to Bohr

Modelos atómicos: Thomson, Rutherford y Bohr

Thomson imaginó el átomo como una especie de área continua positiva en la que los electrones están incrustados, más o menos como pasas en un pudding. Este modelo de Thomson fue bastante razonable y fue aceptado durante varios años, ya que permitía explicar ciertos fenómenos.

Formación de iones

La explicación de la formación de iones es la siguiente: un átomo que ha ganado o perdido uno o más electrones se convierte en un ion. Los electrones pueden perderse o ganarse con relativa facilidad, de modo que su número puede variar dentro del átomo, mientras que el número de protones se mantiene siempre fijo para cada átomo.

Un átomo que pierde electrones se convierte en un ion positivo o catión; un átomo que gana electrones se convierte en un ion negativo o anión.

Experimento de Rutherford y limitaciones del modelo de Thomson

Un modelo atómico diferente, muy importante, fue propuesto por el químico y físico inglés Ernest Rutherford y sus colaboradores en 1911. Al bombardear una lámina delgada de oro con partículas positivas muy rápidas, el experimento permitió observar el siguiente comportamiento de las partículas lanzadas:

• La mayoría de ellas atravesó la lámina sin cambiar de dirección, como se esperaba según el modelo de Thomson.
• Algunas partículas se desviaron ligeramente.
• Unas pocas partículas rebotaron y regresaron hacia la fuente.

Este comportamiento de las partículas no pudo ser explicado por el modelo de Thomson, por lo que Rutherford lo abandonó y propuso un modelo basado en un átomo nuclear. Según este modelo, el átomo es principalmente espacio vacío, con los electrones orbitando un núcleo central pequeño y denso.

Necesidad de una nueva partícula: el neutrón

La masa de protones y electrones por sí sola no coincidía con la masa total observada del átomo, y Rutherford supuso que en el núcleo debía existir otro tipo de partícula subatómica a la que denominó neutrón. Posteriormente, el físico inglés J. Chadwick descubrió estas partículas sin carga eléctrica: los neutrones. Los neutrones son eléctricamente neutros, tienen una masa ligeramente mayor que la de los protones y se encuentran junto con éstos en el núcleo atómico.

Estructura del núcleo atómico

El núcleo atómico es una región central en la que se concentra prácticamente toda la masa del átomo, compuesta por protones y neutrones. Los protones son partículas con carga positiva; su carga positiva es contrarrestada por la carga negativa de los electrones que se encuentran fuera del núcleo. Un núcleo puede ser neutro en conjunto si el número de protones es igual al número de electrones en el átomo.

Los electrones, a gran velocidad, giran alrededor del núcleo y están separados de él por una gran distancia relativa.

Enmiendas al modelo de Rutherford: el modelo de Bohr

Para resolver problemas del modelo de Rutherford, Niels Bohr formuló en 1913 una hipótesis sobre la estructura atómica:

1. El electrón sólo se mueve en órbitas circulares estables en las que no emite energía.
2. Cada órbita corresponde a un nivel de energía específico; la energía del electrón es mayor cuanto más alejada está la órbita del núcleo.
3. La emisión o absorción de energía ocurre cuando un electrón salta de un estado de mayor energía a uno de menor energía, o viceversa.

Estas ideas supusieron importantes avances en la explicación del comportamiento atómico y ayudaron a conciliar observaciones experimentales con una descripción teórica de la estructura atómica.