El Átomo a Través del Tiempo: Un Recorrido por los Modelos Atómicos

Evolución de los Modelos Atómicos

Primeras Teorías Atómicas

Teoría de los Cuatro Elementos (siglo V a.C.)

Filósofos como Empédocles, Platón y Aristóteles propusieron que toda la materia estaba compuesta fundamentalmente por cuatro elementos: agua, aire, fuego y tierra.

Teoría del Atomismo (siglo V a.C.)

Leucipo y su discípulo Demócrito afirmaron que la materia estaba formada por partículas diminutas, indivisibles e indestructibles llamadas átomos (del griego ἄτομος, "sin división").

Teoría Atómica de Dalton (1808)

John Dalton retomó las ideas atomistas y formuló una teoría basada en la experimentación:

• Los átomos son partículas fundamentales e indivisibles de la materia.
• Los átomos de un mismo elemento químico son idénticos en masa y propiedades.
• Los átomos de elementos diferentes tienen distinta masa y propiedades.
• Los compuestos químicos se forman por la unión de átomos de diferentes elementos en proporciones numéricas sencillas y constantes.

Naturaleza Eléctrica de la Materia

Investigaciones posteriores revelaron la naturaleza eléctrica de la materia:

• La materia posee carga eléctrica, que puede ser positiva (+) o negativa (−).
• Las cargas eléctricas del mismo signo se repelen, mientras que las cargas de signo opuesto se atraen.
• En el siglo XIX, J.J. Thomson descubrió el electrón, una partícula subatómica con carga negativa, confirmando así la naturaleza eléctrica y la divisibilidad del átomo.

Modelo Atómico de Thomson (aprox. 1904) - "Modelo del Budín de Pasas"

Basándose en el descubrimiento del electrón, Thomson propuso un nuevo modelo:

• El átomo es divisible y contiene partículas subatómicas con carga eléctrica.
• El átomo se considera una esfera de carga positiva distribuida uniformemente, en la cual se incrustan los electrones (con carga negativa), de forma similar a las pasas en un budín.
• La carga positiva total de la esfera compensa la carga negativa de los electrones, haciendo que el átomo sea eléctricamente neutro.
• Los átomos pueden ganar o perder electrones, formando iones:
  • Catión (+): Átomo que ha perdido electrones y adquiere carga positiva.
  • Anión (−): Átomo que ha ganado electrones y adquiere carga negativa.

Modelo Atómico de Rutherford (1911) - Modelo Nuclear

Los experimentos de Ernest Rutherford bombardeando láminas de oro con partículas alfa condujeron a un modelo revolucionario, influenciado también por el descubrimiento de la radiactividad (por Becquerel y estudiada por los Curie):

• El átomo posee un núcleo central muy pequeño, denso y con carga positiva, donde se concentra casi toda la masa del átomo.
• Los electrones (carga negativa) giran alrededor del núcleo a gran distancia, en una región denominada corteza electrónica, que ocupa la mayor parte del volumen atómico y está prácticamente vacía.
• La carga positiva del núcleo (debida a los protones) se equilibra con la carga negativa de los electrones, manteniendo la neutralidad eléctrica del átomo.
• Posteriormente, James Chadwick (en 1932) descubrió el neutrón, una partícula sin carga eléctrica y masa similar a la del protón, ubicada en el núcleo, explicando así la estabilidad nuclear y la masa total de los átomos.

Modelo Atómico de Bohr (1913)

Niels Bohr propuso un modelo para explicar los espectros de emisión y absorción de energía de los átomos, especialmente el del hidrógeno:

• Los electrones giran alrededor del núcleo únicamente en órbitas circulares fijas y permitidas, llamadas niveles de energía, sin emitir energía electromagnética mientras permanezcan en ellas.
• Cada órbita tiene asociada una cantidad específica de energía. Las órbitas más cercanas al núcleo tienen menor energía.
• Los electrones pueden "saltar" de una órbita a otra. Para pasar a una órbita de mayor energía (más externa), deben absorber una cantidad exacta de energía. Para pasar a una de menor energía (más interna), deben emitir energía en forma de radiación (luz).

Modelo Mecánico-Cuántico (Actual - desde aprox. 1926)

Desarrollado principalmente por Erwin Schrödinger y Werner Heisenberg, este modelo es el más completo y preciso hasta la fecha:

• Abandona la idea de órbitas definidas. En su lugar, describe regiones del espacio alrededor del núcleo donde existe una alta probabilidad de encontrar al electrón, llamadas orbitales atómicos.
• Se basa en el carácter dual del electrón, que se comporta tanto como partícula como onda (propuesto por De Broglie).
• Incorpora el Principio de Incertidumbre de Heisenberg, que establece la imposibilidad de conocer simultáneamente y con precisión absoluta la posición y la cantidad de movimiento (velocidad) de un electrón.

Este modelo es el aceptado en la actualidad, ya que explica con gran precisión la estructura electrónica de los átomos y su comportamiento químico.