Estructura Atómica, Modelos Atómicos e Isótopos
Modelos atómicos: de Dalton al modelo cuántico
Al terminar vas a poder ordenar los cinco modelos atómicos, explicar qué experimento obligó a cada cambio y qué falla resolvía, y contar por qué el modelo de Rutherford no podía sostenerse.
Cómo leer esta lección
La lista de modelos se memoriza mal y se entiende bien, porque no son cinco opiniones: son cinco correcciones encadenadas. Cada modelo nació porque apareció un dato que el anterior no podía explicar.
Así que en cada uno hay que quedarse con tres cosas: qué dice, qué descubrimiento lo hizo posible y qué no lograba explicar, que es lo que le abrió la puerta al siguiente.
Dalton (1808)
Qué dice. El átomo es una esfera maciza e indivisible. Los átomos de un mismo elemento son idénticos entre sí y distintos de los de otro elemento. En una reacción se reordenan, pero no se crean ni se destruyen.
Qué explicaba. Que las sustancias se combinen siempre en proporciones fijas —dos de hidrógeno por uno de oxígeno, siempre— y que la masa se conserve en una reacción.
Qué no explicaba. De qué está hecho el átomo. Para Dalton no tenía partes. Y no explicaba por qué algunos materiales conducen electricidad.
Thomson (1897)
El descubrimiento que lo obligó. Thomson experimentó con tubos de rayos catódicos y encontró que de la materia salían partículas negativas y muchísimo más livianas que el átomo: los electrones. Eso demostró que el átomo sí tiene partes, y tumbó el «indivisible» de Dalton.
Qué propone. El modelo del pudín de pasas: una esfera de carga positiva con los electrones incrustados dentro, repartidos como pasas en un budín. Así el conjunto queda neutro.
Qué no explicaba. Cómo estaba distribuida la carga positiva. Y no tardó en chocar con el experimento siguiente.
Rutherford (1911)
El experimento que lo obligó: la lámina de oro. Se disparan partículas alfa —positivas y pesadas— contra una lámina de oro finísima.
Lo que se esperaba, con el modelo de Thomson: si la carga positiva estaba repartida por todo el átomo, las partículas deberían atravesar todas con una desviación mínima, como una bala a través de una nube.
Lo que pasó:
- La inmensa mayoría atravesó sin desviarse.
- Unas pocas se desviaron bastante.
- Y unas poquísimas rebotaron hacia atrás.
Lo que eso obliga a concluir, que es el razonamiento completo y lo que el examen pide:
- Que casi todas pasen derecho significa que el átomo es mayormente espacio vacío.
- Que unas poquísimas reboten significa que hay algo muy pequeño, muy denso y muy positivo que las repele con fuerza: el núcleo.
- Y que sean poquísimas significa que ese núcleo ocupa una fracción diminuta del átomo.
Rutherford lo comparó con disparar contra un papel de seda y que la bala rebotara.
Qué propone. Núcleo central, positivo y diminuto, con casi toda la masa; los electrones girando alrededor, y entre medio, vacío.
Qué no explicaba —y es un problema grave: según la física conocida entonces, una carga que gira emite energía. Si el electrón emite energía mientras gira, la va perdiendo, y al perderla debería caer en espiral hacia el núcleo en una fracción de segundo. Con el modelo de Rutherford, ningún átomo podría existir.
Bohr (1913)
El dato que lo obligó. Los espectros: al calentar un gas, no emite todos los colores, sino unas pocas líneas de colores precisos, siempre las mismas para cada elemento. Eso no encaja con un electrón que pueda tener cualquier energía.
Qué propone. Los electrones giran en órbitas fijas —niveles de energía— y, mientras están en una órbita, no emiten energía. Solo emiten o absorben al saltar de un nivel a otro, y lo hacen en paquetes de energía definida.
Cómo resuelve las dos cosas a la vez:
- El átomo no colapsa, porque el electrón en su órbita no radia.
- El espectro tiene líneas porque los saltos posibles son unos pocos, y cada salto emite exactamente una energía, o sea un color.
La idea clave, que el examen pregunta: la energía del electrón está cuantizada. No puede tener cualquier valor, como una escalera: se puede estar en un escalón o en otro, nunca en el medio.
Qué no explicaba. Funcionaba muy bien para el hidrógeno, que tiene un solo electrón, y fallaba para los demás átomos.
Modelo cuántico o de Schrödinger (1926)
Qué propone. No se puede conocer la órbita exacta de un electrón. Lo que se puede conocer es la región donde es más probable encontrarlo: eso es un orbital.
El electrón deja de ser una bolita con trayectoria y pasa a describirse como una nube de probabilidad, con la forma que le dan los números cuánticos.
Qué gana. Funciona para todos los átomos, no solo para el hidrógeno, y explica la forma de los orbitales y por qué las moléculas tienen la geometría que tienen.
Es el modelo vigente.
La evolución, en una línea cada uno
| Modelo | Año | Aporte clave | Qué no explicaba |
|---|---|---|---|
| Dalton | 1808 | átomo indivisible, proporciones fijas | de qué está hecho el átomo |
| Thomson | 1897 | descubre el electrón; pudín de pasas | cómo se distribuye la carga positiva |
| Rutherford | 1911 | núcleo diminuto y átomo vacío | por qué el electrón no cae al núcleo |
| Bohr | 1913 | niveles de energía; explica los espectros | solo servía para el hidrógeno |
| Cuántico | 1926 | orbitales y probabilidad | — (es el actual) |
Los errores que más se cobran
- Atribuirle el descubrimiento del electrón a Rutherford. Fue Thomson; Rutherford descubrió el núcleo.
- Decir que el experimento de la lámina de oro descubrió el electrón. Descubrió el núcleo y el vacío del átomo.
- Confundir órbita con orbital. La órbita de Bohr es un camino fijo; el orbital cuántico es una región de probabilidad.
- Creer que los modelos viejos se tiraron a la basura. Siguen sirviendo: el de Bohr se usa a diario para explicar niveles y saltos de energía.
Clave de análisis
No memorices la lista: seguí la cadena de correcciones. Thomson rompe el átomo indivisible porque encuentra el electrón; Rutherford rompe el pudín porque las partículas alfa rebotan, lo que obliga a un núcleo diminuto y un átomo vacío; Bohr arregla que el electrón no caiga y explica las líneas del espectro poniendo niveles fijos; y el cuántico cambia la órbita por el orbital de probabilidad y sirve para todos los elementos. Si te preguntan por un experimento, el más seguro es la lámina de oro y lo que probó: núcleo pequeño, denso y positivo, y átomo casi vacío.