Que la materia está compuesta por átomos lo sabemos casi todos. Pero ¿sabemos bien lo que es un átomo y cómo es realmente? En este post vamos a hablar de los distintos modelos atómicos a lo largo de la Historia.

En esta imagen tenéis el resumen de los más relevantes:

Primeras ideas

Los griegos, que eran gente que pensaba todo y le daba vueltas a todo, se plantearon qué pasaba si íbamos dividiendo un objeto en partes cada vez más pequeñas. Y llegaron a la conclusión de que llegaría un momento en que habría partículas muy pequeñas que no se podrían dividir. Obviamente no lo pudieron demostrar empíricamente, era solo una hipótesis, palabra, que, por cierto, también es griega. Como esto fue hace tantos años, es difícil saber exactamente quién razonó así. El historiador Estrabón se lo atribuye a Mosco de Sidón, pensador de origen fenicio que vivió en el siglo XII o XIII a.c., si bien tenemos pocas referencias fiables sobre este Mosco de Sidón. Sí sabemos más de Leucipo y Demócrito. A estos dos griegos del siglo V a.c. sí se les considera, de manera más sólida, los padres del atomismo. Leucipo de Mileto fue el primero que afirmó que la materia estaba formada por partículas indivisibles que llamó “átomos” (“que no se puede cortar”). Demócrito de Abdera era discípulo de Leucipo y colaboró con él en la elaboración y diseminación de la teoría. Afirmaba que la realidad está formada por átomos y también por vacío. Puede parecernos extraño que unos filósofos se pusieran a pensar, así, de repente, sobre si la materia se podía dividir o no. Pero todo tiene sentido, porque desde la escuela de Mileto la filosofía hablaba de la existencia de un principio constitutivo (arkhé, arché o arjé) común a todos los seres de la naturaleza. Todas las escuelas le dieron vuelta a este principio de la materia y para los atomistas era el átomo. Un siglo después Epicuro añadió que los átomos se movían de manera aleatoria en el espacio.

Demócrito de Abdera

No podemos dejar de lado que en otras culturas también se tuvieron ideas similares. Así, se cree que, en el pensamiento hindú, Kanada (entorno al siglo II a.c.) también introdujo el concepto de átomo.

Bien, hasta aquí hemos estado más en el campo de la filosofía que de la ciencia. Vamos a dar un buen salto hacia delante.

Modelo atómico de Dalton

Pues damos un salto no solo en la manera de hacer las cosas, sino también en el tiempo. Nos plantamos en los inicios del siglo XIX.

En 1808, el científico británico John Dalton publicó un libro, titulado A New System of Chemical Philosophy, en el que proponía una teoría que era el primer intento de describir toda la materia en función de los átomos y sus propiedades. Y lo hacía, por primera vez, desde la ciencia en vez de hacerlo desde la filosofía. Se basó en dos leyes enunciadas unos años antes.

La primera es la ley de la conservación de la materia que establece que, en un sistema cerrado, la materia no se crea ni se destruye, sino que se transforma. Esto significa que, en una reacción química, la masa total de los reactivos es igual a la masa total de los productos. ​​​​ Fue enunciada de manera independiente por Mijail Lomonósov en 1748 y Antoine Lavoisier en 1789

La segunda es la ley de las proporciones constantes o definidas. Establecida por Joseph Proust en 1794, afirma que cuando se combinan dos o más elementos para dar un determinado compuesto, siempre lo hacen en una relación de masas constante.

Nota curiosa: Proust trabajó durante 13 años en Madrid, como director del Laboratorio Real.

Para explicar esta relación constante de masas, Dalton supuso que cada elemento estaba compuesto de cantidades de materia concretas. Retomó las ideas de Leucipo y Demócrito, que consideraban que la materia estaba formada por partículas indivisibles y a partir de todo esto, estableció su modelo de átomo, que se basaba en los siguientes postulados:

1. Toda la materia está hecha de partículas diminutas, indivisibles, indestructibles y en movimiento llamadas átomos.

2. Todos los átomos de un mismo elemento son idénticos en masa y propiedades. Los átomos de los distintos elementos son diferentes entre sí.

3. Los compuestos son combinaciones de dos o más tipos de átomos.

4. Una reacción química es un reordenamiento de átomos para dar lugar a nuevos compuestos.

5. Al combinarse para formar compuestos los átomos mantienen relaciones (proporciones) simples. Los átomos de elementos diferentes se pueden combinar en distintas proporciones y formar más de un compuesto.

Dalton cometió algunos errores, como que los gases son monoatómicos y que el agua estaba formada por un átomo de hidrógeno y uno de oxígeno (HO).

Nota curiosa sobre Dalton: en 1794 publicó Hechos extraordinarios relacionados con la visión de los colores, donde describió por primera vez un tipo de ceguera, que él padecía, para determinados colores. Posteriormente a esta condición se le llamaría daltonismo.

Modelo atómico de Thomson

Joseph John Thomson descubrió en 1897 el electrón, gracias a sus experimentos con el tubo de rayos catódicos. Además, estableció que éste formaba parte del átomo. Esto supuso un problema en los modelos atómicos, porque si los átomos eran neutros, ¿dónde estaba la carga positiva que neutralizaba la negativa de los electrones?

En 1904 elaboró su modelo atómico, también llamado del pudin de pasas o de la sandía.  Proponía que el átomo es una esfera compacta e indivisible en el que hay una partícula muy grande, esférica, que tiene carga positiva y la mayor parte de la masa. Los electrones, cargados negativamente, están dentro de esta partícula, al modo de las pepitas dentro de una sandía y su carga negativa compensa la positiva de la esfera.

Modelo atómico del pudin de pasas

Modelo atómico de Lewis

El estadounidense Gilbert N. Lewis propuso el modelo atómico cúbico (publicado en 1916, pero enunciado en 1902), donde los electrones se encontraban en los vértices y el núcleo en el centro. Su modelo no tuvo mucho éxito, pero sí fue más relevante su concepto de electrones de valencia (electrones en el último nivel de energía que pueden reaccionar o enlazarse con otro elemento). También introdujo la regla del octeto y el concepto de par de electrones. De hecho, fue el que sugirió que el enlace químico era un par de electrones compartidos por dos átomos. Años después habló de átomos donantes y aceptores de electrones.

Modelo atómico de Lewis

Modelo atómico saturnino

El japonés Hantaro Nagaoka rechazaba las ideas de Thomson, puesto que “una carga eléctrica no puede contener a otra, porque las cargas son impenetrables”.  Propuso en 1903 (publicado en 1904) un modelo similar al de los anillos de Saturno, donde partículas de carga negativa orbitaban alrededor de una partícula central muy grande con carga positiva. Este modelo no tuvo tampoco mucho éxito.

Modelo atómico de Perrin

Jean Perrin, francés, proponía como Nagaoka que las cargas negativas de Thomson (los rayos catódicos) estaban fuera del núcleo, girando como los planetas en el Sistema Solar.

Jean Perrin en su laboratorio

Modelo atómico de Rutherford

Rutherford trabajaba con radiactividad. En un experimento “bombardeó” una fina lámina de oro con partículas alfa y recogió en una pantalla fluorescente su recorrido. Vio que la mayoría seguían una trayectoria recta al atravesar la lamina de oro, pero una pequeña parte se desviaba o incluso rebotaba. A partir de aquí, Rutherford elaboró su modelo atómico, con las siguientes características:

1. El núcleo del átomo es muy pequeño y tiene carga positiva, a la que llamó electrón positivo o protón.
2. Los electrones giran alrededor del núcleo en órbitas aleatorias, de tal manera que entre ellos y el núcleo positivo había un gran espacio vacío.
3. El núcleo supone casi el 100% de la masa del átomo.

Modelo atómico de Rutherford

Modelo atómico de Bohr

El danés Niel Bohr “mejoró” en 1913 el modelo de Rutherford. Bohr afirmó que los electrones giraban en órbitas circulares ordenadas por niveles de energía. Demostró que cuando electrón pasa de una órbita externa a una más interna, emite energía en forma de radiación electromagnética. Para que un electrón “suba” a una órbita más externa, debe absorber energía. Este modelo puso las bases de la mecánica cuántica, aunque aún tenía varias limitaciones.

Tomado de https://molasaber.org/2020/06/09/el-atomo-a-lo-largo-de-la-historia/ por Carlos Pazos

Modelo atómico de Sommerfeld

El modelo de Bohr solo era válido en realidad para el átomo de hidrógeno, que tiene un solo electrón. El alemán Sommerfeld evolucionó el modelo en 1916 a partir de la teoría de la relatividad. Así, las órbitas de los electrones podían adquirir forma circular o elíptica y además existían subniveles de energía.

Modelo atómico de Sommerfeld

Modelo atómico de Schrödinger

El físico austriaco basó su modelo atómico, propuesto en 1926 en la dualidad onda-partícula. Afirmó que no podemos conocer la posición exacta de los electrones, sino la probabilidad de que se encuentren en determinadas regiones. A estas regiones las llamó orbitales. Propuso una ecuación de onda para predecir estar regiones. Esta es la famosa ecuación que lleva su nombre.

Modelo atómico de Schrödinger

Modelo atómico de Chadwick

Este físico inglés pasó a la Historia por el descubrimiento del neutrón en 1932. Su modelo se basaba en los siguientes puntos:

1. El átomo tiene un núcleo central donde están los protones y los neutrones.
2. El núcleo posee la mayor parte de la masa del átomo.
3. Los electrones, de masa muchísimo menor, se mueven alrededor del núcleo en orbitales.

Modelo atómico de Chadwick

Modelo actual o de Dirac-Jordan

Se denomina mecánico-cuántico y parte del de Schrödinger e incorpora aspectos relativistas (de la Teoría de la Relatividad). Los electrones están alrededor del núcleo en orbitales (nubes electrónicas) que tienen distintas formas, con diferentes niveles de energía y sin posición exacta definida. Fue elaborado en 1928 y sigue vigente hasta la actualidad, con la inclusión del neutrón de Chadwick, el descubrimiento de que los neutrones y protones están formados a su vez por otras partículas más pequeñas (quarks) y otras aportaciones que continúan haciendo los científicos.

Modelo atómico de Dirac-Jordan