Modelo de Rutherford

En 1804, casi un siglo antes de que se descubriera el núcleo del átomo, el científico inglés John Dalton proporcionó pruebas de la existencia del átomo. Dalton pensó que los átomos eran las partículas más pequeñas de la materia, que no podrían dividirse en partículas más pequeñas. Comparaba a los átomos con bolas de madera maciza (como las de billar).

En 1897, otro científico inglés, llamado J. J. Thomson, encontró el electrón. Fue la primera partícula subatómica en ser reconocida por los científicos. Como resultado de que los átomos eran neutrales en cuanto a carga eléctrica, Thomson pensó que los átomos debían tener una parte con carga positiva para cancelar a los electrones cargados negativamente. Pensó que los átomos eran como un pudin de pasas (de ahí el nombre del modelo del pudin de pasas), que consiste en gran parte de materia cargada positivamente con electrones dispersos en la carga positiva.

El núcleo del átomo se encontró posteriormente. Fue encontrado en 1911 por un científico de Nueva Zelanda llamado Ernest Rutherford. A través de su inteligente investigación, Rutherford confirmó que la carga positiva del átomo se confinaba en una pequeña área en el corazón del átomo.

¿Quién fue Ernest Rutherford?

Enerst Rutherford

Ernest Rutherford fue un importante físico y químico neozelandés, dedicó su vida al estudio de la radioactividad y logró clasificarlas como alfa (α), beta (β) y gamma. Ganó el premio nobel de física en 1908 al demostrar que la radiactividad proviene de la desintegración de los elementos.

Realizó el famoso experimento de la lámina de oro que lo llevó a descubrir el núcleo del átomo. Los datos que arrojó este experimento llevó a Rutherford a contradecir algunas de las ideas del modelo de Thomson.

El experimento de Rutherford

El experimento clave que dirigió las ideas de Rutherford empleó una hoja hecha con oro. Los resultados que arrojó el experimento permitieron el surgimiento, desarrollo y la aceptación del modelo atómico descrito por Ernest Rutherford.

Experimento de la lámina de oro

En el experimento, las partículas alfa bombardeaban la delgada lámina de oro con un espesor de 100nm. Las partículas que fueron empleadas eran iones, es decir, átomos que solo poseían carga positiva. Con el fin de analizar la deflexión de las partículas, se empleó un filtro fluorescente.

Gracias a ese filtro, en el experimento se observó que algunas partículas lograban atravesar los átomos del oro en recta línea. Sin embargo, Rutherford observó que otras partículas se desviaban en direcciones aleatorias. Debido a este experimento, Ernest llegó a la conclusión de que los átomos poseen un centro con carga positiva.

Estas conclusiones llevaron a Rutherford a afirmar que el átomo posee un núcleo denso y pequeño con carga positiva. Según el físico-químico Ernest Rutherford, en el núcleo del átomo se concentra la mayoría de la masa. El modelo atómico de Rutherford también estipulaba que los electrones circulaban con cierta distancia alrededor del núcleo.

Por ello, se comparó a las órbitas que siguen los electrones con las órbitas, casi elípticas, que siguen los planetas. Las ideas de Rutherford lograron hacerse públicas en el año 1911.

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Postulados de Rutherford

Modelo del átomo de Rutherford. Cortesía de Wikipedia

El átomo posee un núcleo

Ernest Rutherford fue el primero en describir al átomo con una parte central netamente positiva. El químico consideró que las partículas tenían la mayor parte de su masa en su núcleo. La parte central del átomo recibió el nombre de “núcleo” en el año de 1912.

El núcleo del átomo fue descrito por Ernest de la siguiente manera: macizo o compacto, muy denso, diminuto y con carga positiva. Rutherford comparaba el núcleo de un átomo con el sol, alrededor del cual giran los planetas.

Los electrones giran alrededor del núcleo

Las teorías de Rutherford indicaban que los electrones, con su carga negativa, no se hallan incrustados en el átomo, como afirmaba Thomson. Por el contrario, este famoso físico consideraba que estas partículas subatómicas se encontraban girando en trayectorias con forma circular. Dichas trayectorias circulares fueron denominadas “órbitas”.

Ernest consideraba que los movimientos de los electrones alrededor del centro del átomo se producen a alta velocidad. Por otro lado, es importante destacar que el creía en la atracción electrostática que mantenía la unión entre el núcleo y los electrones.

Los átomos están casi vacíos

Rutherford indicaban que los átomos debían ser casi vacíos. Eso se debe a que el núcleo ocupa una parte muy pequeña del átomo. Además, según Ernest, los electrones dentro del átomo necesitan mucho espacio para girar. Esta afirmación vino de la mano con los resultados arrojados con el experimento más popular del físico.

Características del modelo atómico de Rutherford

La representación de carácter gráfico y visual que proporcionó Ernest Rutherford posee algunas características principales. El modelo de los átomos de Rutherford se basa en las siguientes seis características:

  1. Los átomos están formados por un núcleo y una “corteza”.
  2. Las partículas que poseen una carga positiva se hallan comprimidas en el centro del átomo. El tamaño del núcleo es bastante reducido en comparación con el tamaño total del átomo.
  3. El núcleo del átomo posee la mayor cantidad de masa.
  4. Las partículas subatómicas con carga negativa, los electrones, se hallan girando en los alrededores del núcleo.
  5. Los electrones giran a una velocidad muy alta siguiendo trayectorias circulares llamadas órbitas.
  6. El núcleo y los electrones puede mantenerse unidos por la fuerza de atracción electroestática.

Limitaciones de los postulados de Rutherford

El popular modelo gráfico del átomo que fue descrito por Ernest Rutherford constituyó un avance enorme. Sin embargo, sus postulados poseían errores que evitaban que su modelo fuera completo. Por ejemplo Rutherford no pudo explicar la manera en la que los protones (partículas con carga positiva) se mantenían unidas dentro del núcleo.

Además de ello, este popular modelo atómico posee otras contradicciones importantes que no pueden pasarse por alto. Una de esas contradicciones se relaciona con leyes que impidieron que Rutherford explicara la estabilidad de los átomos. Según las leyes de Maxwell (que siguen vigentes al sol de hoy), los electrones acelerados tendrían que emitir una radiación electromagnética.

Las leyes de Maxwell establecían que los electrones deberían perder energía y, durante breve tiempo, caer dentro del núcleo. Rutherford no explicó a través de su modelo la manera en la que los electrones pueden seguir orbitando el núcleo en órbitas estables.

El científico que refutó algunos de los postulados de Rutherford fue Neils Bohr.

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