Actualizado 2 junio, 2023
Los modelos atómicos son representaciones simplificadas y teóricas de la estructura y comportamiento de los átomos, que son las unidades básicas de la materia. A lo largo de la historia, los científicos han desarrollado diversos modelos para comprender la naturaleza de los átomos.
El modelo atómico más conocido es el modelo de Bohr, propuesto por Niels Bohr en 1913. Según este modelo, los electrones orbitan alrededor de un núcleo central compuesto por protones y neutrones. Estos electrones ocupan niveles de energía específicos o «órbitas» alrededor del núcleo, y pueden saltar de una órbita a otra emitiendo o absorbiendo energía en forma de fotones.
Antes del modelo de Bohr, existieron otros modelos atómicos, como el modelo de Thomson o «modelo del pudín de pasas», propuesto por J.J. Thomson en 1897. Según este modelo, los electrones estaban distribuidos uniformemente dentro de una esfera de carga positiva, similar a las pasas en un pudín.
Otro modelo importante es el modelo de Rutherford, propuesto por Ernest Rutherford en 1911. Este modelo sugiere que el átomo tiene un núcleo pequeño y denso en su centro, con los electrones girando alrededor de él en órbitas circulares. La mayor parte del átomo es espacio vacío.
A medida que avanzó la ciencia, se desarrollaron modelos más complejos y precisos, como el modelo cuántico, que se basa en los principios de la mecánica cuántica y describe la naturaleza ondulatoria y discreta de los electrones.
Los modelos atómicos son herramientas conceptuales que ayudan a los científicos a comprender y predecir el comportamiento de los átomos. Cada modelo representa un avance en nuestra comprensión de la estructura atómica, y los modelos más recientes son más precisos y detallados que los anteriores. Sin embargo, es importante tener en cuenta que los modelos atómicos son simplificaciones y aproximaciones de la realidad, y que nuestra comprensión de los átomos sigue evolucionando con nuevas investigaciones y descubrimientos.
Cuántos tipos de modelos atómicos hay?
A lo largo de la historia, se han propuesto varios modelos atómicos para describir la estructura y comportamiento de los átomos. A continuación, mencionaré algunos de los modelos atómicos más importantes:
Modelo de Thomson (Modelo del pudín de pasas):
Propuesto por J.J. Thomson en 1897, este modelo describe al átomo como una esfera de carga positiva en la cual los electrones están distribuidos uniformemente, como pasas en un pudín. Este modelo sugiere que los electrones están incrustados en una «masa» positiva.
Este modelo fue una de las primeras propuestas para explicar la naturaleza de los átomos.
Según el modelo de Thomson, el átomo consiste en una esfera de carga positiva en la cual los electrones están dispersos de manera uniforme, como pasas en un pudín. Thomson imaginó que los electrones cargados negativamente estaban incrustados en una «masa» positiva, de manera similar a cómo las pasas se dispersan en un pudín. Este modelo postulaba que los electrones y la carga positiva se equilibraban entre sí, manteniendo el átomo eléctricamente neutro.
El modelo de Thomson fue significativo porque proporcionó la primera evidencia experimental de que los átomos no eran partículas indivisibles, como se creía anteriormente. Sus experimentos con tubos de rayos catódicos, que producían rayos de partículas cargadas negativamente (electrones), mostraron que los átomos debían tener componentes subatómicos.
Sin embargo, el modelo de Thomson fue reemplazado posteriormente por el modelo de Rutherford cuando se descubrió que los átomos contenían un núcleo denso y pequeño en su centro. Aunque el modelo de Thomson resultó ser incorrecto en su descripción detallada de la estructura atómica, marcó un paso importante en el camino hacia una comprensión más completa de los átomos y allanó el camino para los modelos atómicos posteriores.
Modelo de Rutherford:
Propuesto por Ernest Rutherford en 1911, este modelo introduce la idea de un núcleo pequeño y denso en el centro del átomo, con los electrones girando alrededor de él en órbitas circulares. Según este modelo, la mayor parte del átomo es espacio vacío.
Según el modelo de Rutherford, el átomo tiene un núcleo pequeño, denso y cargado positivamente en su centro. La mayor parte del átomo es espacio vacío. Los electrones, que son partículas cargadas negativamente, giran alrededor del núcleo en órbitas circulares.
Rutherford llegó a esta conclusión mediante el experimento de dispersión de partículas alfa. En este experimento, disparó partículas alfa hacia una delgada lámina de oro. Según el modelo de Thomson, se esperaba que las partículas alfa pasaran a través de la lámina de oro con solo desviaciones menores, debido a la dispersión uniforme de carga positiva en el átomo.
Sin embargo, los resultados del experimento fueron sorprendentes. Algunas partículas alfa experimentaron desviaciones significativas o incluso retrocesos, lo que indicaba una fuerte interacción con una carga positiva concentrada en un pequeño espacio. Esto llevó a Rutherford a proponer su modelo, en el que la mayor parte de la masa y carga positiva del átomo se concentra en un núcleo diminuto y que los electrones orbitan alrededor de él a cierta distancia.
El modelo de Rutherford fue un hito importante porque desafió el concepto previo de los átomos como estructuras homogéneas. Sin embargo, también tenía limitaciones, ya que no podía explicar la estabilidad de los electrones en órbita acelerada y requería una explicación adicional para su estabilidad. Estas limitaciones llevaron al desarrollo del modelo posterior de Bohr, que incorporó conceptos de la mecánica cuántica.
Modelo de Bohr:
Propuesto por Niels Bohr en 1913, este modelo mejora el modelo de Rutherford al incorporar ideas de la teoría cuántica. En el modelo de Bohr, los electrones ocupan niveles de energía cuantizados o «órbitas» alrededor del núcleo. Estos electrones pueden saltar de una órbita a otra emitiendo o absorbiendo energía en forma de fotones.
Según el modelo de Bohr, los electrones se encuentran en órbitas o niveles de energía cuantizados alrededor del núcleo del átomo. Cada órbita tiene un nivel de energía específico, y los electrones pueden saltar de una órbita a otra emitiendo o absorbiendo energía en forma de fotones. Estas órbitas se conocen como «órbitas estacionarias».
El modelo de Bohr también introdujo el concepto de «estado fundamental» y «estado excitado» de un átomo. El estado fundamental es cuando un electrón ocupa la órbita de menor energía posible, mientras que el estado excitado ocurre cuando un electrón salta a una órbita de mayor energía después de absorber energía.
El modelo de Bohr pudo explicar algunas observaciones experimentales, como los espectros de emisión y absorción de gases, donde se observan líneas espectrales discretas correspondientes a la transición de electrones entre niveles de energía.
Sin embargo, el modelo de Bohr tenía limitaciones y no podía explicar fenómenos más complejos observados en átomos más grandes. Además, contradecía algunos principios de la mecánica cuántica emergente. Posteriormente, el modelo de Bohr fue reemplazado por el modelo cuántico, que utiliza los principios de la mecánica cuántica para describir la naturaleza ondulatoria y discreta de los electrones en los átomos.
A pesar de sus limitaciones, el modelo de Bohr fue un paso importante en la comprensión de la estructura atómica y sentó las bases para desarrollos posteriores en la teoría cuántica y la física de partículas.
Modelo Cuántico:
Es el modelo atómico más actual y se basa en los principios de la mecánica cuántica. Este modelo describe a los electrones como partículas y ondas simultáneamente, y utiliza funciones de onda matemáticas llamadas orbitales para representar la probabilidad de encontrar un electrón en diferentes regiones alrededor del núcleo. El modelo cuántico proporciona una descripción más precisa y detallada de la estructura atómica que los modelos anteriores.
El modelo cuántico describe a los electrones como partículas y ondas simultáneamente, y utiliza funciones de onda matemáticas llamadas orbitales para representar la probabilidad de encontrar un electrón en diferentes regiones alrededor del núcleo. Estos orbitales no se corresponden exactamente con órbitas clásicas, sino que representan las regiones donde es más probable encontrar a un electrón.
Algunas características y principios fundamentales del modelo cuántico son:
- Principio de incertidumbre de Heisenberg: Establece que existen límites fundamentales para la precisión con la que se pueden conocer simultáneamente la posición y el momento de una partícula subatómica, como un electrón.
- Niveles y subniveles de energía: El modelo cuántico organiza los electrones en niveles de energía principales, numerados como n = 1, n = 2, n = 3, y así sucesivamente. Cada nivel de energía puede tener varios subniveles, que se denominan con letras (s, p, d, f).
- Principio de exclusión de Pauli: Establece que dos electrones en un átomo no pueden tener los mismos cuatro números cuánticos: el número cuántico principal (n), el número cuántico secundario (l), el número cuántico magnético (m) y el número cuántico de espín (s).
- Orbitales atómicos: Los orbitales atómicos son regiones tridimensionales de espacio donde existe una alta probabilidad de encontrar electrones. Los diferentes subniveles tienen diferentes formas y orientaciones: el subnivel s tiene forma esférica, el subnivel p tiene forma de dos lóbulos, el subnivel d tiene forma de cuatro lóbulos y el subnivel f tiene formas más complejas.
El modelo cuántico ha demostrado ser muy exitoso en la explicación de las propiedades y comportamientos de los átomos, así como en la comprensión de la estructura electrónica y la formación de enlaces químicos. Además, el modelo cuántico se aplica no solo a los átomos, sino también a otras partículas subatómicas y sistemas físicos en general.
Cabe mencionar que el modelo cuántico es una teoría en constante desarrollo y refinamiento, y la investigación continua en el campo de la física cuántica sigue aportando nuevos conocimientos y perspectivas sobre la naturaleza de los átomos y las partículas subatómicas.
Estos son solo algunos de los modelos atómicos más destacados, y existen otros modelos y variaciones propuestas por diferentes científicos a lo largo del tiempo. Además, el desarrollo de la ciencia continúa y es posible que se propongan nuevos modelos atómicos en el futuro a medida que se realicen nuevos descubrimientos y avances en la comprensión de la materia.