Modelos atómicos: de Rutherford a la mecánica cuántica

Resumen

El texto recorre la evolución de los modelos atómicos, desde el modelo de Rutherford (1911), basado en el experimento de la lámina de oro, hasta el modelo de Bohr (1913) y la llegada de la mecánica cuántica en 1925. Explica los postulados de cada modelo y los principios básicos de la nueva teoría, como la naturaleza ondulatoria del electrón y el principio de incertidumbre. Finaliza introduciendo los orbitales y los números cuánticos.

Puntos clave

Rutherford propuso en 1911 un átomo con un núcleo pequeño y cargado positivamente, donde se concentra la masa, rodeado de electrones.
Bohr postuló que los electrones solo pueden ocupar órbitas permitidas con energías discretas.
Cuando un electrón salta a una órbita superior, absorbe la diferencia de energía entre ambas órbitas.
En 1925 surge la mecánica cuántica, con la mecánica de matrices de Heisenberg y la mecánica ondulatoria de Schrödinger.
Louis de Broglie (1923) propuso que los corpúsculos en movimiento tienen naturaleza ondulatoria.
El principio de incertidumbre de Heisenberg establece que no se pueden conocer con exactitud y simultáneamente la posición y la velocidad de un corpúsculo.

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Modelos Atómicos: Una Mirada a la Estructura Interna del Átomo

Los modelos atómicos pretenden describir cómo están organizadas las partículas subatómicas de un átomo.

Modelo Atómico de Rutherford (1911)

El modelo atómico de Rutherford es un modelo atómico o teoría sobre la estructura interna del átomo propuesto por el químico y físico británico-neozelandés Ernest Rutherford para explicar los resultados de su "experimento de la lámina de oro", realizado en 1911. El modelo de Rutherford fue el primer modelo atómico que consideró al átomo formado por dos partes: la "corteza", constituida por todos sus electrones, girando a gran velocidad alrededor de un "núcleo" muy pequeño; que concentra toda la carga eléctrica positiva y casi toda la masa del átomo. Rutherford llegó a la conclusión de que la masa del átomo se concentraba en una región pequeña de cargas positivas que impedían el paso de las partículas alfa. Sugirió un nuevo modelo en el cual el átomo poseía un núcleo o centro en el cual se concentra la masa y la carga positiva, y que en la zona extranuclear se encuentran los electrones de carga negativa.

Modelo Atómico de Bohr (1913)

Hacia 1913 se realizan los primeros espectros atómicos. Para realizar un espectro se aporta energía radiante a un átomo y observamos si la absorbe o no. La energía radiante son ondas electromagnéticas.

Postulados del modelo atómico de Bohr:

En el átomo hay que distinguir dos zonas: el núcleo, donde se encuentran las partículas con masa, y la corteza, donde los electrones describen ondas circulares (es decir, el modelo atómico de Rutherford).
No todas las órbitas son permitidas. La distancia de la órbita al núcleo toma valores discretos (no continuos) y la energía del electrón de cada órbita también.
Cuando un electrón salta de una órbita inferior a otra superior, absorbe la diferencia de energía de ambas órbitas.

La Mecánica Cuántica: Un Nuevo Paradigma (1925)

En 1925 aparece un paradigma nuevo: la mecánica cuántica.

Heisenberg: Mecánica de matrices.
Erwin Schrödinger: Mecánica ondulatoria.

Postulados Básicos de la Mecánica Cuántica

Principio de Max Planck: La energía radiante (luz) se transmite en ondas.
El corpúsculo de energía es el fotón.
Louis de Broglie (1923): Los corpúsculos en movimiento tienen una naturaleza ondulatoria.
Principio de Incertidumbre de Heisenberg (1925): Es imposible conocer la posición y la velocidad simultáneamente y sin error de un corpúsculo.

Orbitales y Números Cuánticos

La mecánica cuántica se fija en las características ondulatorias del electrón. La función de onda del electrón es una función matemática que describe el comportamiento del electrón. Estas funciones se llaman orbitales. Estas funciones se nombran como Ψ y dependen de las coordenadas x, y, z. Las funciones orbitales dependen de los llamados números cuánticos.

Preguntas frecuentes

¿Qué propuso el modelo atómico de Rutherford?

Propuso un átomo dividido en un núcleo muy pequeño, que concentra la carga positiva y casi toda la masa, y una corteza donde giran los electrones. Lo formuló para explicar los resultados de su experimento de la lámina de oro en 1911.

¿Qué es el principio de incertidumbre de Heisenberg?

Es el principio según el cual es imposible conocer la posición y la velocidad de un corpúsculo de forma simultánea y sin error. Fue enunciado en 1925 dentro de la mecánica cuántica.

¿Qué son los orbitales según la mecánica cuántica?

Son las funciones de onda del electrón, funciones matemáticas que describen su comportamiento. Se representan con Ψ y dependen de las coordenadas x, y, z y de los números cuánticos.