modelos atomicos de Thompson y Rutherford
modelo thompson:
Sir Joseph John Thomson fue un científico británico que descubrió la primera partícula subatómica, el electrón. J.J. Thomson descubrió partículas cargadas negativamente mediante un experimento de tubo de rayos catódicos en 1897.
Como consecuencia de este descubrimiento, y considerando que aún no se tenía evidencia del núcleo de átomo, Thomson pensó que los electrones se encontraban inmersos en una sustancia de carga positiva que contrarrestaban la carga negativa de los electrones, ya que los átomos tienen carga neutra. Algo semejante a tener una gelatina con pasas flotando adentro. Por este motivo a su modelo atómico se le conoció como el modelo del pudín con pasas.
Este modelo creado en 1904, nunca tuvo una aceptación académica generalizada y fue rápidamente descartado cuando en 1909 Geiger y Marsden hicieron el experimento de la lámina de oro.
En este experimento, estos científicos, también residentes de la universidad de Manchester y discípulos de Ernst Rutherford, hicieron pasar un haz de partículas alfa de Helio, a través de una lámina de oro. Las partículas alfa son iones de un elemento, o sea, núcleos sin electrones y por lo tanto con carga positiva.
El resultado fue que este haz se dispersaba al pasar por la lámina de oro, lo que hacía concluir que debía haber un núcleo con fuerte carga positiva que desviaba el haz. En el modelo atómico de Thomson, la carga positiva estaba distribuida en la “gelatina” que contenía los electrones por lo que un haz de iones debería pasar a través del átomo en ese modelo.
El descubrimiento del electrón también contravenía a una parte del modelo atómico de Dalton que consideraba que el átomo era indivisible, lo que impulsó a Thompson en pensar en el modelo del “pudín de ciruelas”.
Características del modelo thompson
Un átomo se asemeja a una esfera con materia de carga positiva y con electrones (partículas cargadas negativamente) presentes dentro de la esfera.
La carga positiva y negativa es igual en magnitud y, por lo tanto, un átomo no tiene carga en su conjunto y es eléctricamente neutro.
Para tener átomos con carga neutra, los electrones deberían estar inmersos en una sustancia con carga positiva.
Aunque no era parte explícita del modelo, este modelo no tenía núcleo atómico.
Al crear este modelo, Thomson abandonó su hipótesis anterior de “átomo nebular” en la que los átomos estaban compuestos de vórtices inmateriales. Como científico consumado, Thomson creó su modelo atómico basado en las evidencias experimentales conocidas en su tiempo.
A pesar de que el modelo atómico de Thomson era inexacto, sentó las bases para los modelos posteriores más exitosos. Incluso, condujo a experimentos que pese a que demostraron su inexactitud, llevaron a nuevas conclusiones
Errores y limitaciones del modelo thompson
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.
La teoría no mencionó nada sobre el núcleo del átomo.
Los protones y los neutrones aún no eran descubiertos y Thomson un científico serio se basó principalmente en crear una explicación con los elementos científicamente probados en la época.
Fue rápidamente descartado por los experimentos de la lámina de oro.
En este experimento se demostró que debería existir algo dentro del átomo con una fuerte carga positiva y mayor masa, el núcleo.
modelo de Rutherford:
El modelo atómico de Rutherford, como su nombre lo indica, fue uno de los modelos propuestos para explicar la estructura interna del átomo. En 1911 el químico y físico británico Ernest Rutherford propuso este modelo a partir de los resultados de su experimentación con láminas de oro.
Este modelo constituyó un quiebre con modelos anteriores como el Modelo atómico de Dalton y el modelo atómico de Thompson, y un paso hacia adelante respecto al modelo actualmente aceptado.
En su modelo atómico, Rutherford propuso que los átomos tienen un núcleo central donde se encuentra el mayor porcentaje de su masa. Además, según esta teoría, este núcleo tiene carga eléctrica positiva y es orbitado por partículas de carga opuesta y menor tamaño (electrones).
Según sus consideraciones, el átomo operaba como un sistema solar de electrones que orbitan alrededor de un núcleo atómico más pesado, como hacen los planetas alrededor del sol.
El modelo atómico de Rutherford puede resumirse en las siguientes tres proposiciones:
La mayor parte de la masa atómica se concentra en el núcleo, de mayor tamaño y mayor peso que el resto de las partículas, y dotado de carga eléctrica positiva.
Alrededor del núcleo y a grandes distancias de él se encuentran los electrones, de carga eléctrica negativa, que lo orbitan en trayectorias circulares.
La suma de las cargas eléctricas positivas y negativas de un átomo debería dar cero como resultado, es decir, deberían ser iguales, para que el átomo sea eléctricamente neutro.
Rutherford no solo propuso esta estructura para el átomo, sino que además calculó su tamaño y lo comparó con el tamaño del núcleo, y llegó a la conclusión de que una buena parte de la composición del átomo es espacio vacío.
Este modelo, por otra parte, tiene ciertas limitaciones que se pudieron resolver con el avance del conocimiento y la tecnología. No se podía explicar cómo era posible que en el núcleo atómico se mantuvieran unidas un conjunto de cargas positivas, pues deberían repelerse, ya que son todas cargas del mismo signo.
No se podía explicar la estabilidad del átomo, pues al considerar los electrones de carga negativa que gira alrededor del núcleo positivo, en algún momento estos electrones debían perder energía y colapsar contra el núcleo.
El modelo atómico de Rutherford estuvo vigente durante poco tiempo, y fue sustituido por el modelo atómico propuesto por el físico danés Niels Bohr en 1913, en el que se resolvían algunas de las limitantes y se incorporaban las propuestas teóricas desarrolladas por Albert Einstein en 1905.
Experimento de Rutherford
El método experimental de Rutherford partía de varias láminas delgadas de oro que serían bombardeadas en laboratorio con núcleos de helio (partículas alfa, que tienen carga positiva), midiendo así los ángulos de desviación del haz de partículas al atravesar el oro.
Este comportamiento, que en ocasiones alcanzó desviaciones de hasta 90°, no concordaba con el modelo atómico propuesto por Thompson, imperante en la época.
El modelo de Thompson propone que el átomo es una esfera positiva, con los electrones de carga negativa incrustados en ella. Por esta razón se asemeja el modelo a un pudín con pasas: el pudín sería el átomo y las pasas serían los electrones.
Por otra parte, el modelo de Rutherford establece que el átomo tiene la carga positiva concentrada en el núcleo y los electrones orbitan alrededor de él. Si el átomo tuviese la estructura planteada por Thompson, las partículas alfa (positivas), al atravesar la lámina de oro deberían seguir sus trayectorias o desviarse muy poco. Sin embargo, lo que ocurrió, es que se vieron desviaciones de estas partículas de hasta 90 y 180°, lo que demostró que el átomo, efectivamente, tiene la carga positiva concentrada en su centro (como proponía Rutherford) y no distribuida en una esfera (como proponía Thompson).
