El átomo es una figura fundamental en la química y la física moderna. No obstante, algo tan básico y conocido a día de hoy ha sufrido una serie de modelizaciones teóricas a lo largo de la historia que han desembocado en nuestra concepción actual. El modelo atómico ha estado lleno de teorías controvertidas entre ellas, con huecos experimentales y muchas veces aguantándose con pinzas. Lo importante del modelo hasta hace tiempo no era si podía dibujarnos un átomo sino explicar la materia desde su base más sólida junto a sus interacciones.

Si no existiera habría que inventarlo. Parafraseando a un gran pensador, esta frase resume el nacimiento del átomo como concepto en la humanidad. De la Filosofía Griega, que se preguntaba sobre los temas básicos de la realidad visual, el entorno y que constituía las macroestructuras nació el término átomo. Aunque algunos pensadores de la época, como Demócrito o su discípulo Leucipo teorizaron sobre tal, ninguna base sólida parte de un experimento, por lo tanto no aportan ninguna prueba corroborada ni científicamente probado de que sus escritos sean de notable consistencia.

Un salto de 15 siglos después mueve a diferentes científicos a crear un modelo, siendo el primero de ellos el modelo de Dalton.

Este modelo se postula durante la primera década del siglo XIX. Dalton suponía que el átomo era una esfera diminuta. Omite la existencia de cuerpos con carga, como protones y electrones. La caracterización de Dalton sobre los átomos no da tanta importancia a su estructura sino a sus interacciones. Caracterizaba con las mismas propiedadess cuantitativas a los átomos que formaban un mismo compuesto químico. Como curiosidad cabe destacar que para Dalton, el átomo era indivisible y en ninguna reacción química para formar compuestos éste sufría alguna división. Dejó entrever que los átomos se relacionan, es decir, tienen diferentes formas de crear compuestos que hoy conocemos como moléculas.

Como podemos ver, algunos aspectos nos pueden parecer precarios en cuanto a su estructura actual y otros un tanto desorbitados para los físicos teóricos como la indivisibilidad atómica. Sin embargo, se aproxima peligrosamente a la realidad cuando presupone relaciones atómicas de diferente tipo. El modelo de Dalton se basa en conceptos simples que supondrán el germen de la evolución de teorías del átomo y del modelo actual.

 

Casi un siglo después, a finales del XIX, Thomson llega a una conclusión experimental que resulta fundamental. Hay dos partes claramente diferenciadas en el átomo, una negativa y otra positiva. Las cargas negativas se incrustaban en una gran masa positiva de manera que entre ambas cargas neutralizaban su efecto quedando en estado neutro. A estas conclusiones llegó a raíz del uso de rayos catódicos. Aunque este material no le permitió darle una base teórica lo bastante sólida como para definir una estructura correcta consiguió establecer el sistema de cargas pero sí para definir los conceptos de iones a base de la ganancia y pérdida de electrones. No pudo explicar otras radiaciones pero sirvió de inspiración para el modelo de Rutherford. Como curiosidad, Jean Perrin, un premio Nobel de 1926 modificó el modelo de Thomson para situar los electrones algo más externos a la carga positiva.

En 1911, el experimento Rutherford consolidó la fisionomía del átomo para los siguientes 50 años, al menos a nivel estructural. Rutherford dispone de una fuente de rayos alfa que proyecta sobre una lámina de oro. En el supuesto caso del átomo de Thomson, los rayos alfa atravesarían el núcleo positivo sin desviar ni un ápice su trayectoria. Esto fue un resultado generalizado para su experimento puesto que en muchas réplicas la trayectoria del rayo fue desviada. Esto es debido a que la presencia de electrones se halla en una situación externa, no involucrada en el núcleo. Con experimentos posteriores demostró la existencia del neutrón hacia 1920. Para su detrimento, no explicó las leyes de Maxwell y sus ecuaciones para el electromagnetismo que dictaban que la energía que desprendía el electrón en movimiento terminaría por hacer a éste caer sobre el núcleo que orbitaba. Tampoco pudo explicar la interacción magnética con la materia.

El modelo que lo precedió fue el modelo de Bohr. Se considera el primer modelo moderno ya que la esctructura comprendida estaba comprobada y solo debía los enigmas a efectos cuánticos. Los electrones se sitúan a ciertas órbitas y pueden moverse entre ellas emitiendo o absorbiendo energía bajo el lema E = hf. Aunque la idea de órbitas era razonable Bohr nunca la pudo demostrar.

 

Edwin Schrödinger también toma asiento en el debate atómico. Parte de las ecuaciones de De Broglie sobre la naturaleza ondulatoria de la materia para aplicarlas sobre el electrón. Describe orbital, la zona de máxima probabilidad para encontrar un electrón en un tiempo t determinado y describe la ecuación de Schrödinger. A partir de aquí derivarán los tres números atómicos conocidos para orbitales. Sobre este modelo se cimentarían el Principio de incerteza de Heisenberg que dictamina como imposible conocer el espín y velocidad de un electrón. El espín, no derivará de la ecuación del modelo, es una propiedad intrínseca del electrón que corrigió Pauli.

File:HAtomOrbitals.png

En cuanto a la actualidad, el modelo atómico ha evolucionado hacia la definición de partículas subatómicas y diferentes tipos de interacciones entre ellas, pero este tema merece una entrada a parte.

La historia de los modelos atómicos ha sido controvertida y hoy en día se sigue escribiendo, sin un modelo no nace otro al igual que sin una pregunta no nace una respuesta. Desde Demócrito hasta al CERN, todos son culpables de que poco a poco tiremos más del hilo deshaciendo la maraña de la estructura de la materia.

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