El modelo atómico de Rutherford
Descubre el modelo atómico de Rutherford, el experimento de los rayos alfa y la lámina de oro, sus postulados y el modelo atómico planetario.
A comienzos del siglo XX ya se sabía que el átomo era la unidad elemental que formaba la materia, y que éste se encontraba formado por al menos dos partículas menores: una estructura central formada por protones, de carga positiva, y enterrados en esta estructura central, los electrones, de menor tamaño y con carga negativa. Ernest Rutherford, científico neozelandés, junto a otros colaboradores, en un intento por ahondar más sobre la estructura del átomo, realizaron un experimento crucial que permitió corregir lo planteado hasta ese entonces por Joseph Thomson, y establecer un nuevo modelo atómico el cual es hasta hoy en día quizás el más popular, pero no el más actualizado.
El experimento de la lámina de oro y los rayos alfa
La idea que se tenía de la organización del átomo hasta la primera década del siglo XX descrita por Joseph Dalton sufriría una modificación en 1911. Ernest Rutherford realizó un montaje experimental donde usó radioactividad, disciplina que era la especialidad de Rutherford. En su laboratorio montó un sistema que consistía en encerrar en una caja de plomo un trozo de sustancia radioactiva: polonio. Toda sustancia radioactiva se desintegra de manera espontánea, liberando diferentes partículas al entorno. El plomo tiene la capacidad de detener todas las partículas radioactivas, por lo tanto el polonio estaría cerrado herméticamente dentro de la caja y las partículas se quedarían dentro de ella luego de su desintegración. Sin embargo, a la caja se le realizó una pequeña perforación, desde la cual se controló el escape de partículas radioactivas formando un rayo radioactivo denominado rayos alfa (con cargas positivas), el cual fue dirigido a chocar contra una delgada lámina de oro. Alrededor de la lámina de oro se instaló una pantalla de zinc, la cual funcionaría como un detector de partículas radioactivas.
Una vez que el polonio comenzaba su desintegración y escapaba por el orificio de la caja de plomo, parte de las partículas que formaban los rayos alfa impactaban directamente la lámina de oro, otras se desviaban, chocando contra el detector de zinc, y otras cruzaban la lámina de oro, impactando también el detector.
Si la estructura de los átomos radioactivos de polonio hubiese sido como la planteó Thomson, todas las partículas presentes en los rayos alfa habrían impactado la lámina de oro sin atravesarla o desviarse, rebotando, por lo que estos resultados pusieron en tela de juicio lo postulado por Thomson, y llevaron a Rutherford y su equipo a plantear un nuevo modelo de átomo.
El modelo planetario de átomo
La única explicación lógica que hallaron Rutherford y su equipo para el problema experimental de que algunas partículas cruzaran la lámina de oro (sin destruirla) y otras se desviasen hacia el detector fue que la organización de los protones y electrones de los átomos de polonio radioactivos era distinta a la propuesta por Thomson.
Los átomos de polonio (y todos los átomos) no estarían constituidos por un núcleo positivo de protones en el cual se insertan las partículas negativas (electrones), sino que estas partículas negativas estarían orbitando alrededor del núcleo positivo, igual que los planetas orbitan alrededor del sol. El espacio dejado entre el núcleo y cada electrón en su órbita explicaría la capacidad de traspasar la lámina de oro: la materia estaría formada por una red de partículas que dejan espacios entre si dependiendo de sus tamaños y cargas. Esta organización no es aleatoria sino que está configurada al igual que un sistema planetario, por lo que este modelo atómico fue conocido como modelo atómico planetario. A esta explicación se debe adicionar el descubrimiento, en forma independiente de los trabajos de Rutherford, de una nueva partícula que forma parte del átomo: el neutrón, el cual fue descrito por el científico inglés James Chadwick como una partícula sin carga eléctrica que se ubica en el núcleo de los átomos y que junto a los protones determina la mayor parte de la masa del mismo.
Postulados del modelo planetario de Rutherford:
- Todos los átomos están formados por un núcleo positivo, donde se encuentran protones, de carga positiva y neutrones, partículas sin carga.
- Todos los átomos poseen una “envoltura” formada por una red de electrones (cargas negativas) que orbitan alrededor del núcleo positivo y que es casi 10000 veces menor en masa al núcleo.
- La masa del átomo está concentrada en su núcleo, donde la cantidad de protones será igual a la de neutrones siempre y cuando la carga eléctrica del átomo sea neutra.
- El tamaño del átomo está determinado en su mayoría por la envoltura de electrones orbitando alrededor del núcleo atómico.