Partículas que forman el átomo. ¿Que hay dentro del átomo?

Antes de empezar con los modelos atómicos tienes que entender que el átomo no es indivisible como decían los atomistas, sino que están formados por otras partículas más pequeñas que se denominan partículas subatómicas.

El átomo está formado por tres partículas subatómicas:

• Electrones. Son partículas con carga negativa con una masa muy pequeña respecto a la que tienen protones y neutrones. Están en la parte exterior del átomo moviéndose en torno al núcleo.
• Protones. Son partículas con la misma carga que los electrones pero positiva. Su masa es una unidad de masa atómica. Se encuentran en el núcleo.
• Neutrones. Son partículas sin carga y con la misma masa que los protones.

Los protones y los neutrones no son indivisibles pero eso no hace falta que lo sepas.

Existen muchas otras partículas subatómicas que no conforman el átomo como los fotones, los neutrinos, los quarks, los bosones, los muones…

Modelos atómicos previos a la revolución cuántica.

El concepto de átomo estuvo sin desarrollarse tras los atomistas hasta finales del siglo XVIII, principios del siglo XIX, cuando Dalton retomó la investigación.

Modelo atómico de Dalton (1766-1844).

Dalton fue un físico y matemático británico que enunció varias teorías científicas. Su modelo atómico se basaba en los siguientes postulados:

1. La materia está compuesta por átomos (partículas indivisibles e indestructibles).
2. Los átomos de un mismo elemento son idénticos entre sí.
3. Los átomos nunca se dividen, ni siquiera cuando se producen reacciones químicas.
4. Al unirse para formar moléculas, los átomos mantienen relaciones simples.

Como puedes observar este modelo no es muy distinto a la idea que tenían los atomistas, muchos siglos antes. Este modelo definió correctamente el comportamiento de los átomos en las reacciones químicas. El segundo y cuarto postulado eran también correctos, pero, como has leído antes, los átomos no son indivisibles.

Experimento de los rayos catódicos.

En 1978, W. Crookes determinó que la fluorescencia se producía por el choque de partículas cargadas negativamente y denominó a un chorro de partículas negativas rayos catódicos.

Thomson utilizó estos rayos catódicos para medir la velocidad a la que viajaban las partículas que formaban el rayo (en teoría deberían haber sido átomos). Una vez medida la velocidad las partículas de los rayos catódicos, vio que la relación entre la carga y la masa de ese haz de partículas negativas era mucho menor que lo que le debería salir si estas partículas fueran átomos. Este resultado supuso el descubrimiento del electrón.

Modelo atómico de Thomson (1856-1940).

Tras descubrir que el electrón, se determinó que el átomo era divisible y que había partículas más pequeñas dentro del átomo. Esto implica que el átomo, que era positivo, estaba infectado de electrones. Por todo esto Thomson enunció su propio modelo atómico en 1904. Este modelo atómico se basaba en los siguientes postulados:

1. El átomo está formado por electrones de carga negativa incrustados en una esfera de carga positiva.
2. Los electrones están repartidos de manera uniforme en todo el átomo.
3. El átomo es neutro. Las cargas negativas de los electrones se compensan con la carga positiva del resto del átomo.

Este modelo no fue aceptado universalmente dado que ni siquiera el propio Thomson fue capaz de producir resultados matemáticos concluyentes. Esto se debía a que las cargas del mismo signo se repelen, por lo que los electrones no podrían estar adheridos al núcleo como sugería Thomson.

Experimento Rutherford. La lámina de oro.

En 1911, Rutherford realiza un experimento que intenta corroborar el modelo de Thomson.

El experimento consistía en lanzar un haz de partículas alfa (núcleo de Helio: dos protones y dos neutrones) hacia una lámina de oro. Rodeando el experimento había otra lámina que captaba hacia dónde habían ido las partículas tras atravesar la lámina.

Rutherford esperaba que el haz de partículas alfa (este haz tenía carga positiva) atravesara la lámina sin desviarse, dado que las cargas negativas estaban repartidas uniformemente en el átomo, lo que hacía de este algo neutro.

Tras realizar el experimento Rutherford observó que la mayoría de partículas habían atravesado la lámina, pero un porcentaje de estas se había desviado. Esto llevó a Rutherford a determinar que el átomo no era como decía Thomson, sino que estaba hueco, es decir, que existían dos partes diferenciadas en el átomo: la corteza y el núcleo. Las partículas alfa que habían atravesado el átomo eran aquellas que habían pasado entre la corteza y el núcleo y las que se habían desviado lo habían hecho al chocar contra los núcleos de los átomos de oro.

Modelo atómico de Rutherford (1871-1937).

Tras esto, el modelo de Rutherford, que había sido enunciado en 1911, se adoptó como modelo oficial. Este modelo se basaba en los siguientes postulados:

1. El átomo posee un núcleo central pequeño, con carga eléctrica positiva, y contiene casi toda la masa del átomo.
2. Girando en órbitas circulares a grades distancias alrededor del núcleo hay pequeñas masas con carga eléctrica negativa, siendo la fuerza eléctrica lo que les hace seguir orbitando.
3. 3. La suma de las cargas eléctricas de protones y electrones debe ser cero, ya que el átomo es neutro.

Tras este modelo comenzó la revolución cuántica, por lo que este todavía seguía las leyes de la física clásica de Newton y Galileo. Rutherford explicaba el movimiento de los electrones igual que el movimiento de los planetas alrededor del Sol, pero en aquella época ya se habían descubierto las ondas electromagnéticas y se sabía que si se seguía el modelo del magnetismo de esa época los electrones acabarían colapsando contra el núcleo.

Explicación del experimento de Rutherford.

La explicación del resultado de Rutherford es bastante sencilla. Si el átomo tiene dos partes diferenciadas con distinta carga, las partículas alfa que se habían desviado son aquellas que habían pasado cerca de un núcleo de oro, por lo que se había producido una repulsión entre las cargas positivas de la partícula alfa y el núcleo del átomo de oro.