Los modelos atómicos (de Dalton a Bohr)
Imagina que tienes un clavo de hierro de la ferretería y lo partes una y otra vez, ¿llegarías a un trozo tan pequeño que ya no se pudiera partir más? Esa pregunta tiene más de dos mil años. La respuesta que damos hoy no se le ocurrió a nadie de golpe: se construyó poco a poco, con cuatro modelos distintos del átomo, cada uno mejor que el anterior.
Dalton: el átomo como una bola maciza
En el laboratorio de la escuela, al hacer reaccionar $1.0\text{ g}$ de hidrógeno con $8.0\text{ g}$ de oxígeno se obtienen siempre exactamente $9.0\text{ g}$ de agua, y si añades más oxígeno no reacciona a medias, simplemente sobra: ¿por qué los elementos químicos se combinan siempre en proporciones de masa fijas y exactas?
En 1805, John Dalton propuso que toda la materia está hecha de átomos: bolitas diminutas, macizas e indivisibles.
Con esta idea tan simple, Dalton ya explicaba por qué los elementos son distintos entre sí y por qué se combinan siempre en las mismas proporciones para formar compuestos.
En clase de Física, la profesora enseña una bola de billar y dice que así imaginaba Dalton los átomos hacia el año $1805$, como se muestra en la figura. Explica con tus…
En clase de Física, la profesora enseña una bola de billar y dice que así imaginaba Dalton los átomos hacia el año $1805$, como se muestra en la figura.
Explica con tus palabras qué es un átomo según el modelo de Dalton y qué dos propiedades tenía esa «bola».
En un trabajo, Mateo escribe: «El modelo de Dalton estaba equivocado, así que no sirvió para nada». No estás de acuerdo. Explica dos cosas que el modelo de Dalton sí…
En un trabajo, Mateo escribe: «El modelo de Dalton estaba equivocado, así que no sirvió para nada». No estás de acuerdo. Explica dos cosas que el modelo de Dalton sí explicaba bien (por qué hay elementos distintos y cómo se combinan sus átomos) y una cosa que no podía explicar y que obligó a cambiarlo.
Thomson: el pudín de pasas
Cuando frotas un bolígrafo de plástico con un suéter de lana y compruebas que atrae papelitos flotando en el aire, la materia muestra propiedades eléctricas: si los átomos fueran esferas macizas y neutras como decía Dalton, ¿de dónde sale esa carga eléctrica?
En 1897, J. J. Thomson hacía experimentos con tubos de rayos catódicos y descubrió una partícula diminuta, con carga negativa, que salía de dentro del átomo: el electrón. Esto significaba algo enorme: el átomo de Dalton, que se suponía indivisible, en realidad tenía trocitos más pequeños dentro.
Como el átomo completo es neutro, Thomson imaginó que los electrones (carga negativa) estaban incrustados en una masa de carga positiva, como las pasas en un pudín de pasas (plum pudding).
La abuela de Ethan prepara un pudín con pasas, como el de la figura. Thomson imaginó el átomo como ese postre: explica qué representa la masa del pudín en su modelo y…
La abuela de Ethan prepara un pudín con pasas, como el de la figura.
Thomson imaginó el átomo como ese postre: explica qué representa la masa del pudín en su modelo y qué representan las pasas.
En un museo de la ciencia, Leo observa un tubo de rayos catódicos como el que usó Thomson en sus experimentos, parecido al de la figura. ¿Qué partícula descubrió Thomson…
En un museo de la ciencia, Leo observa un tubo de rayos catódicos como el que usó Thomson en sus experimentos, parecido al de la figura.
¿Qué partícula descubrió Thomson con ese aparato y qué carga eléctrica tiene?
Los televisores antiguos de tubo funcionaban con rayos catódicos, los mismos con los que Thomson descubrió el electrón en $1897$. El electrón es una partícula que sale…
Los televisores antiguos de tubo funcionaban con rayos catódicos, los mismos con los que Thomson descubrió el electrón en $1897$. El electrón es una partícula que sale de dentro del átomo: explica por qué este descubrimiento obligó a cambiar el modelo de Dalton.
Para explicar los modelos, un grupo de estudiantes usa una sandía con semillas como imagen del modelo de Thomson. a) Explica qué representa cada parte de la sandía en…
Para explicar los modelos, un grupo de estudiantes usa una sandía con semillas como imagen del modelo de Thomson.
- a) Explica qué representa cada parte de la sandía en ese modelo.
- b) Propón tú un objeto o una situación cotidiana que represente el modelo de Rutherford y explica qué es cada elemento.
- c) Ninguna comparación es perfecta: señala un fallo de la imagen de la sandía como modelo del átomo.
Rutherford: el átomo casi vacío
En 1911, Ernest Rutherford lanzó partículas $\alpha$ (con carga positiva) contra una lámina de oro finísima, para «palpar» por dentro el átomo de Thomson.
Si el átomo fuera un pudín de pasas, con la carga positiva repartida por todo el volumen, ninguna partícula debería rebotar. Que alguna rebotara solo se explica si toda la carga positiva está concentrada en un punto diminuto y muy pesado.
Valeria ve en un documental el experimento de la lámina de oro de Rutherford: se lanzaban partículas $\alpha$, con carga positiva, contra una lámina de oro finísima,…
Valeria ve en un documental el experimento de la lámina de oro de Rutherford: se lanzaban partículas $\alpha$, con carga positiva, contra una lámina de oro finísima, como se muestra en la figura.
¿Qué les pasó a la gran mayoría de las partículas al llegar a la lámina? ¿Qué conclusión sacó Rutherford sobre el interior del átomo?
En el experimento de la lámina de oro se observaron tres cosas: la mayoría de las partículas $\alpha$ atravesaban la lámina sin desviarse, unas pocas se desviaban y, muy…
En el experimento de la lámina de oro se observaron tres cosas: la mayoría de las partículas $\alpha$ atravesaban la lámina sin desviarse, unas pocas se desviaban y, muy rara vez, alguna rebotaba hacia atrás, como se muestra en la figura.
Escribe la conclusión que Rutherford sacó de cada una de las tres observaciones.
En el experimento de la lámina de oro, de cada $8000$ partículas $\alpha$ lanzadas, unas $7992$ atravesaban la lámina sin desviarse, unas $7$ se desviaban y solo $1$…
En el experimento de la lámina de oro, de cada $8000$ partículas $\alpha$ lanzadas, unas $7992$ atravesaban la lámina sin desviarse, unas $7$ se desviaban y solo $1$ rebotaba.
- a) Calcula qué porcentaje de las partículas atravesaba la lámina limpiamente.
- b) ¿Qué fracción de las partículas lanzadas rebotaba?
- c) Explica, a partir de estos números, por qué Rutherford afirmó que el átomo está casi vacío y que el núcleo es diminuto.
Bohr: electrones en órbitas permitidas
El modelo de Rutherford tenía un problema serio: según las leyes de la física conocidas entonces, un electrón girando debería ir perdiendo energía poco a poco y acabar cayendo sobre el núcleo. Si eso pasara, ningún átomo sería estable, y los átomos sí lo son.
En 1913, Niels Bohr propuso una regla nueva: los electrones no pueden girar a cualquier distancia del núcleo, solo pueden ocupar ciertas órbitas permitidas, como los peldaños de una escalera. Mientras un electrón está en uno de esos «peldaños», no pierde energía y no cae.
Mueve los deslizadores del interactivo y fíjate en cómo se van llenando las capas, una a una, a medida que añades electrones.
Por qué los modelos cambian
Los cuatro modelos no son cuatro ideas sueltas: cada uno nace de un experimento que el modelo anterior no podía explicar. Así funciona la ciencia: una hipótesis (hypothesis) es una explicación posible que se puede probar con experimentos; una teoría (theory) explica muchas observaciones y puede cambiar con nueva evidencia. Una ley científica (law) solo describe un patrón que se cumple siempre (por ejemplo, que la masa se conserva), pero no lo explica. Hoy usamos el modelo de nube de electrones (electron cloud model), donde los electrones no siguen órbitas fijas, sino que se encuentran en zonas de probabilidad alrededor del núcleo.
Unas tarjetas coleccionables de «científicos del átomo» traen estas fechas: Thomson, $1897$; Bohr, $1913$; Dalton, $1805$; Rutherford, $1911$. Ordena los cuatro modelos…
Unas tarjetas coleccionables de «científicos del átomo» traen estas fechas: Thomson, $1897$; Bohr, $1913$; Dalton, $1805$; Rutherford, $1911$. Ordena los cuatro modelos atómicos del más antiguo al más moderno.
El juego favorito de Mario se actualiza con frecuencia para corregir errores y agregar mejoras. Con los modelos de la ciencia pasa algo parecido: explica por qué los…
El juego favorito de Mario se actualiza con frecuencia para corregir errores y agregar mejoras. Con los modelos de la ciencia pasa algo parecido: explica por qué los científicos cambian un modelo por otro nuevo.
Escribe una breve entrada de enciclopedia titulada «La historia del átomo en cuatro modelos». Para cada científico (Dalton, Thomson, Rutherford y Bohr) indica qué aportó…
Escribe una breve entrada de enciclopedia titulada «La historia del átomo en cuatro modelos». Para cada científico (Dalton, Thomson, Rutherford y Bohr) indica qué aportó su modelo y qué observación o experimento lo apoyaba.
Vuelve al principio: Sí llegarías a un límite: el átomo de hierro es la porción más pequeña que sigue siendo hierro; si intentas partirlo más, deja de ser hierro y obtendrás partículas subatómicas sueltas (protones, neutrones y electrones).