La evolución de los modelos atómicos refleja el progreso de la ciencia y la tecnología a lo largo de los siglos. Desde la antigua Grecia hasta la actualidad, los científicos han desarrollado diversas teorías para explicar la estructura y el comportamiento de los átomos. Este recorrido histórico nos muestra cómo la ciencia avanza mediante el acopio de conocimientos y la mejora continua de las teorías existentes, llevándonos a la visión moderna de la mecánica cuántica.
El siglo XIX fue crucial para el desarrollo de la teoría atómica. John Dalton, fue un químico británico que formuló la primera teoría atómica moderna en 1803.
El siglo XX trajo consigo una serie de descubrimientos experimentales que revolucionaron nuestra comprensión del átomo. J.J. Thomson descubrió el electrón en 1897, Ernest Rutherford descubrió el núcleo atómico en 1911, y Niels Bohr introdujo los niveles de energía cuantizados en 1913.
Como ya hemos dicho, la idea del átomo se remonta a la antigua Grecia, alrededor del siglo V a.C. los filósofos griegos, Leucipo y su discípulo Demócrito (450 a.C.). fueron los primeros en sugerir que la materia no podía dividirse infinitamente sin perder sus propiedades. Propusieron la idea de que todo está hecho de partículas llamadas átomos. Determinaron que, los átomos eran eternos, inmutables, homogéneos e indivisibles y que se movían en el vacío. Este modelo tenía limitaciones, ya que era una teoría sin evidencia experimental.
Modelo de Dalton (1803)
John Dalton, un químico y físico inglés, basó su teoría en las leyes de la conservación de la masa y las proporciones definidas. Retomó la idea de los átomos y la fundamentó con observaciones experimentales. Introdujo la idea de que los átomos tienen diferentes masas y que los compuestos se forman por la combinación de átomos.
Los principios fundamentales de esta teoría son:
- La materia está compuesta por partículas indivisibles llamadas átomos
- Todos los átomos de un elemento son idénticos en masa y propiedades (iguales entre sí). Los átomos de elementos distintos tienen propiedades diferentes
- Los compuestos se forman por la combinación de átomos de diferentes elementos en proporciones fijas.
- Las reacciones químicas implican la reorganización de átomos, es decir, los átomos se intercambian de una a otra sustancia, pero los átomos mismos no se crean ni se destruyen.
Dalton también desarrolló la primera tabla de pesos atómicos relativos, basándose en las proporciones en las que los elementos se combinaban.
Las limitaciones de este modelo es que no explica la existencia de partículas subatómicas ni la naturaleza de las reacciones químicas.
Modelo de Thomson (1897)
Se considera el primer modelo realmente atómico, referido a la constitución de los átomos, pero muy limitado y pronto fue sustituido por otros.
J.J. Thomson, fue un físico británico. Descubrió el electrón a través de experimentos con rayos catódicos. Propuso que los átomos eran esferas de carga positiva con electrones (partículas con carga negativa) incrustados en ellas, como pasas en un pudín (modelo pudín de pasas). Este modelo fue el primero en sugerir que los átomos eran divisibles y contenían partículas subatómicas. También explicaba el hecho de que la materia fuese eléctricamente neutra, pues en los átomos de Thomson la carga positiva era neutralizada por la negativa.
Las limitaciones de este modelo es que no explica la distribución de la carga positiva ni la estabilidad del átomo.
Modelo de Rutherford (1911)
Ernest Rutherford, fue un físico neozelandés. A través de su experimento de la lámina de oro, descubrió que los átomos tienen un núcleo pequeño, denso (porque algunas partículas rebotaban) y cargado positivamente. Su modelo describía un núcleo central en el que se concentraría casi toda la masa y la carga positiva rodeado por electrones en número igual al de unidades positivas del núcleo que orbitaban a su alrededor (corteza), similar a un sistema solar en miniatura (modelo planetario) Este modelo introdujo la idea de un núcleo atómico y mostró que la mayor parte del átomo es espacio vacío. Rutherford también identificó las partículas alfa y beta y propuso la existencia del protón.
Rutherford explicaba los resultados del experimento de la lámina de oro así:
- Las partículas α que pasan lejos del núcleo no sufren desviaciones (los electrones de la corteza prácticamente no las afectan)
- Las que pasan cerca se desvían debido a la repulsión electrostática que tiene lugar entre éstas y las cargas del núcleo.
- Aquellas partículas que chocan contra el núcleo rebotan.
Las limitaciones de este modelo es que no explica por qué los electrones no caían en el núcleo debido a la atracción electrostática, ni podía explicar la estabilidad de los átomos ni los espectros de emisión observados en los gases.
Modelo de Bohr (1913)
Niels Bohr, era un físico danés. Bohr mejoró el modelo de Rutherford al introducir la idea de que los electrones solo pueden ocupar órbitas específicas y que emiten o absorben energía al saltar entre estas órbitas.
Propuso que:
- Los electrones orbitan el núcleo en trayectorias circulares en niveles de energía específicos. Cada órbita tiene una energía definida y fija y cuando los electrones están en estas órbitas no emiten radiación
- Los electrones pueden saltar entre estos niveles, al absorber (cuando el electrón salta a una órbita de mayor energía) o emitir (cuando el lelectrón salta a una órbita de menor energía ), en forma de fotones (Transiciones electrónicas)
- Este modelo explicó las líneas espectrales del hidrógeno y fue un paso importante hacia la comprensión de la estructura atómica. Bohr también introdujo el concepto de cuantización de la energía y la idea de que los electrones tienen momentos angulares cuantizados.
Las limitaciones de este modelo es que solo funciona bien para el átomo de hidrógeno y no explicaba la estructura de átomos más complejos.
El modelo de Bohr fue crucial porque introdujo la idea de niveles de energía cuantizados, sentando las bases para la mecánica cuántica moderna.