Modelos Atómicos: Evolución Histórica y Espectrometría de Masas

Modelos Atómicos

Antes del siglo XIX, se creía que el átomo era indivisible; sin embargo, en 1897, Thomson descubrió el electrón investigando con rayos catódicos, así como su carga eléctrica (q_e = 1.602 × 10⁻¹⁹ C) y su masa (m_e = 9.109 × 10⁻³¹ kg). Posteriormente, estableció un modelo atómico que describía al átomo como una esfera positiva que se neutralizaba por los electrones incrustados en ella, conocido popularmente como el modelo del pudín de pasas.

Modelo Atómico de Rutherford

Anteriormente, Goldstein había presupuesto la existencia de protones, pero la idea no se concretó hasta que Rutherford la afirmó. En 1911, investigando con partículas alfa, se descubrió que la materia no era continua, que tenía espacios vacíos, por lo que se estableció el modelo atómico de Rutherford. Este modelo postulaba que el átomo se componía de un núcleo cargado positivamente por protones y una corteza donde los electrones giraban alrededor del núcleo. En 1914, Soddy (alumno de Rutherford) determinó la masa del protón (m_p = 1.673 × 10⁻²⁷ kg) y su carga eléctrica (q_p = 1.602 × 10⁻¹⁹ C).

Descubrimiento del Neutrón

En 1932, Chadwick (discípulo de Rutherford) bombardeó berilio con partículas alfa y detectó una radiación neutra muy penetrante: los neutrones. La reacción nuclear observada fue:

⁹₄Be + ⁴₂He → ¹²₆C + ¹₀n

Isótopos

Se denominan isótopos a las distintas variedades de átomos que forman un elemento. Los isótopos tienen el mismo número atómico (Z) y distinto número másico (A); es decir, se diferencian en el número de neutrones.

Espectrometría de Masas

La espectrometría de masas es una técnica de análisis que puede ser cualitativa (identifica los isótopos de un elemento, los elementos de un compuesto o los compuestos de una muestra) o cuantitativa (mide la abundancia de los isótopos, elementos o compuestos). Se compone de cuatro partes principales:

• 1. Sistema de introducción de muestra y vaporización: Se introducen muestras muy pequeñas que se evaporizan rápidamente.
• 2. Fuente de ionización: Un haz de electrones choca con la muestra y la fragmenta en pequeñas partes ionizadas.
• 3. Analizador: Separa los iones resultantes mediante la aplicación de un campo magnético perpendicular a su movimiento, lo que los desvía en una trayectoria circular con un radio r = (m·v) / (Q·B). Este proceso los separa según su relación masa/carga (m/Q).
• 4. Detector: Registra el número de iones de cada clase que se han formado, generando un espectro de masas.