En 1897, el físico inglés Joseph Thomson (1856-1940), interesado en estudiar las propiedades de los rayos catódicos, usó tubos diseñados por un científico llamado William Crookes, aplicando simultáneamente campos eléctricos y magnéticos sobre las cargas. Esto entregaría mayor información acerca de su comportamiento. El siguiente esquema describe el experimento desarrollado por Thomson

Explicación experimento del tubo de rayos catódicos de Thomson 

A partir de esta experiencia, Thomson dedujo que la desviación que sufrían los rayos catódicos se debía a la presencia de partículas con cargas opuestas a la placa, es decir, cargas eléctricas negativas, a las que llamó electrones. ¿Recuerdas los televisores antiguos? Los primeros televisores se construyeron basándose en el modelo del tubo de Thomson.

¿En qué consistió el modelo atómico de Thomson?

En 1904, Thomson contaba con las evidencias suficientes para desarrollar el primer modelo atómico. Según él, el átomo era una esfera de materia con carga positiva uniforme, en la que se insertaban las cargas negativas, es decir, los electrones, lo que explicaba la neutralidad eléctrica de la materia. Este modelo es conocido como budín de pasas, por analogía con el tradicional postre inglés.

Los planteamientos del modelo de Thomson son los siguientes:

El átomo

- Es divisible porque posee partículas en su interior.

- Está formado por electrones que poseen carga eléctrica negativa.

- Consiste en una esfera, uniforme, con carga eléctrica positiva, en la que se encuentran incrustados los electrones.

- Es eléctricamente neutro.

Resumen Modelo atómico de Thomson 

Si ya se había comprobado que existían las cargas negativas, a las que llamaron electrones, ¿qué pasaba con las cargas positivas? El físico alemán Eugen Goldstein (1850-1930) realizó algunas modificaciones al diseño original del tubo de rayos catódicos. El nuevo tubo presentaba el cátodo perforado y, en lugar de vacío, contenía distintos gases. Así Goldstein descubrió unos rayos que se desplazaban en sentido contrario a los rayos catódicos, por lo que debían ser positivos, y los llamó rayos anódicos o canales. Con estas observaciones, descubrió los protones. Sin embargo, aún desconocía su ubicación.

En 1910, el físico y químico neozelandés Ernest Rutherford (1871-1937) y sus colaboradores, Hans Geiger (1882-1945) y Ernest Marsden (1889-1970), realizaron un experimento que entregó nuevas ideas en torno al átomo. Este consistió en bombardear con partículas alfa, provenientes de una fuente radiactiva, una lámina muy delgada de oro, detrás de la cual había una placa fotográfica. En la siguiente imagen, se representa un esquema del experimento realizado por Rutherford:

Explicación del experimento de la lamina de oro de Rutherford 

Modelo atómico de Rutherford (Modelo Planetario) 

Los planteamientos del modelo de Rutherford son los siguientes:

- El átomo está formado por dos regiones: un núcleo y la corteza.

- En el núcleo se concentra la carga positiva (protones) y la mayor parte de la masa del átomo.

- En la corteza, girando alrededor del núcleo, se encuentran los electrones con carga eléctrica negativa.

Uno de los problemas del modelo de Rutherford fue que asumió que los electrones giraban en órbitas circulares en torno al núcleo. Según esto, los electrones se deberían mover a gran velocidad, lo que junto con la órbita que describen los haría perder energía colapsando con el núcleo. Hoy se sabe que esto no sucede. Por otro lado, Rutherford asumió que el núcleo estaba formado solo por partículas positivas, pero luego se conocerían los neutrones (partículas neutras).

¿Te has preguntado cómo se producen los colores de los fuegos artificiales?, o ¿cómo algunos tubos de vidrio emiten luces de distintos colores? Las respuestas se relacionan con los estudios de Niels Bohr. Antes de conocer sus aportes, veamos otro descubrimiento que fue importante para su modelo.

Los neutrones

Antes de su fallecimiento, Rutherford alcanzó a detectar que algunos elementos presentaban masas atómicas mayores que la suma de las masas de los protones y electrones. Fue así como en 1912, el físico inglés James Chadwick (1891-1974), alumno de Rutherford, descubrió los neutrones, validando la hipótesis de su maestro y explicando la diferencia en las masas de los átomos. Los neutrones poseen una masa relativamente mayor que la masa de un protón, por lo tanto, la masa total del átomo dependerá de la cantidad de neutrones.

Modelo atómico de Bohr

Mientras estudiaba el comportamiento del átomo de hidrógeno, Niels Bohr (1885-1962) propuso lo siguiente:

- Los electrones se ubican y giran en regiones específicas fuera del núcleo, llamadas órbitas.

- Cada órbita presenta una cantidad de energía particular (n), siendo la de menor energía la que está más cerca del núcleo (estado fundamental). A medida que el electrón se aleja del núcleo, se ubica en órbitas de mayor energía.

- Un electrón, al absorber energía, puede saltar de una órbita de menor energía a otra de mayor energía (estado excitado).

- Al retornar a su órbita de menor energía, el electrón emite energía en forma de luz.

Explicación modelo atómico de Bohr

La imposibilidad de dar una explicación teórica satisfactoria de los espectros de los átomos con más de un electrón con los principios de la mecánica clásica, condujo al desarrollo del modelo atómico actual que se basa en la mecánica cuántica.