Los primeros modelos atómicos
Hacia el año 1900, William Thomson (Lord Kelvin) (1824 – 1907) ideó un primer modelo, que consistía en una cierta cantidad de materia de forma esférica y dotada de carga eléctrica positiva, que contenía pequeños corpúsculos (electrones [1]) de carga negativa. En conjunto, esa incipiente versión del átomo ofrecía el aspecto de una masa uniforme donde se alojaban los electrones distribuidos a modo de «pudín». Esa primera versión se modificó en 1911, a tenor de los descubrimientos realizados por Hans Geiger y Ernest Marsden en 1908, que trabajaban en un experimento bajo la dirección de Ernest Rutherford. El experimento consistía en lanzar, a modo de proyectiles, un haz de «partículas alfa» (procedentes de una fuente radiactiva) contra una serie de láminas de diferentes metales. Las partículas incidentes se desviaban con ángulos distintos, incluso algunas rebotaban al chocar con la lámina. Los resultados obtenidos obligaron a sustituir la imagen inicial del átomo por otra que pudiese explicar por qué se producían las desviaciones de las partículas alfa incidentes.
Modelo atómico de Thomson representado por una esfera compuesta de carga positiva con electrones incrustados en ella.
En una reunión de la Manchester Literary and Philosophical Society, celebrada en marzo de 1911, Rutherford dio a conocer su nueva versión del modelo atómico, que consistía en una esfera, con un núcleo de carga positiva en el centro y alrededor del cual giraban electrones siguiendo órbitas concéntricas. La imagen visual ofrecida por este modelo era más compleja que la anterior, pues dejaba atrás la apariencia estática y adoptaba un esquema dinámico análogo al modelo planetario de la mecánica clásica.
La siguiente reforma del modelo atómico fue originada por los experimentos del físico danés Niels Bohr (1885 – 1962) sobre la «carga nuclear» de los átomos y el «peso atómico». La relación entre ambas magnitudes determinaba el lugar que cada elemento químico debía ocupar en la «Tabla Periódica» de Mendeléyev. Por otra parte, Bohr dedujo que el origen de la emisión radiactiva de los átomos residía en el núcleo atómico. Por tanto, en el núcleo se encontraba la causa de la variación de la carga eléctrica. Era, de hecho, el factor decisivo que permitía asignar la posición correcta de cada elemento químico en la Tabla Periódica. También descubrió, que la semejanza de propiedades químicas, que existe entre elementos de la «Tabla Periódica», depende del número de electrones que están situados en la capa superior del átomo.
Experimentos históricos con los que Geiger y Marsden descubrieron que los átomos están formados por un núcleo en el que se concentra la mayor parte de la masa. La deducción se basó midiendo la desviación de un haz de partículas alfa lanzados contra una hoja metálica.
En 1922, en la revista Zeitschrift für Physik, Bohr publicó una descripción de la estructura de los átomos y de las propiedades físicas y químicas, a partir de la distribución en capas de los electrones de los elementos de la «Tabla Periódica». En consecuencia, una clasificación adecuada de propiedades químicas demandaba una remodelación del átomo. Entonces, la estructura electrónica debía consistir en una distribución en capas orbitales, en la que pudiera establecerse una correspondencia lógica entre el modelo atómico y los resultados experimentales.
Modelo atómico de Rutherford, que representa el núcleo en el centro y los electrones girando a su alrededor, según trayectorias circulares.
«Según esta idea, la mayor parte de la masa atómica está concentrada en un núcleo, de carga positiva, cuyas dimensiones son muy pequeñas comparadas con las del átomo. Alrededor de este núcleo se mueven un cierto número de electrones, de masa mucho menor y carga negativa. De esta manera, el problema de la estructura atómica toma un aspecto parecido a los problemas de la mecánica celeste. Sin embargo, un examen más detallado revela de inmediato que existe una diferencia fundamental entre un átomo y un sistema planetario».
Bohr, N. (1988): 77. La teoría atómica y la descripción de la naturaleza. Alianza Universidad, Madrid.
En efecto, el modelo de Bohr era similar al sistema planetario en cuanto a la disposición geométrica de las partículas que forman el átomo. El núcleo (donde se concentra la mayor cantidad de masa del conjunto) juega un papel equivalente al Sol, como centro del sistema solar. Existe también una equivalencia formal entre los electrones que giran alrededor del núcleo y los planetas del modelo heliocéntrico.
Maria Skłodowska-Curie, conocida como Marie Curie (Varsovia, 1867 – Passy, 1934). Científica polaca nacionalizada francesa. Pionera en la investigación de la radiactividad. Recibió los premios Nobel Física y en Química. Profesora en la Universidad de París.