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El modelo atómico de Rutherford

nteresado por el fenómeno de la radiactividad, Ernest Rutherford (1871-1937) estudió los rayos emitidos por los materiales radiactivos, determinó su naturaleza y estableció una clasificación entre ellos denominándolos rayos a, rayos b y rayos y. Los rayos a correspondían a partículas cargadas positivamente, los rayos b eran chorros de electrones y los rayos y consistían en ondas electromagnéticas semejantes a la luz, pero mucho más energéticas.

Sus investigaciones sobre las partículas a le llevaron a identificarlas como átomos de helio que habían perdido sus electrones. Esta idea de relacionar partículas positivas con fracciones de átomos le permitiría más tarde descubrir el protón como la parte positiva (núcleo) del átomo más sencillo, el de hidrógeno.

Después de comprender su naturaleza, Rutherford decidió emplear las partículas a como instrumentos para la investigación de la materia. Bombardeó una delgada lámina de oro con partículas a procedentes de materiales radiactivos observando que, en su mayor parte, las partículas atravesaban la lámina sin sufrir desviaciones y sólo una pequeña fracción era fuertemente desviada. Estos resultados hacían insostenible un modelo compacto de átomo como el propuesto por Thomson y apuntaban a otro en el cual predominasen los espacios vacíos sobre los llenos.

Tomando como base los resultados de sus experimentos, Rutherford ideó un modelo atómico en el cual toda la carga positiva y la mayor parte de la masa del átomo estaban situadas en un reducido núcleo central que denominó núcleo atómico. Los electrones atraídos por fuerzas electrostáticas girarían en torno al núcleo describiendo órbitas circulares de un modo semejante a como lo hacen los planetas en torno al Sol, por efecto en este caso de fuerzas gravitatorias.

El átomo nucleado de Rutherford, también llamado modelo planetario por su semejanza con un diminuto sistema solar, consiguió explicar los resultados obtenidos en la dispersión de partículas a por láminas metálicas. Según este modelo, la mayor parte de las partículas a atravesarían los átomos metálicos sin colisionar con el núcleo. La poca densidad de materia de la envoltura electrónica sería una barrera despreciable para este tipo de partículas. Sólo en el caso poco probable de que el proyectil encontrase un núcleo de oro en su camino retrocedería bruscamente debido a la mayor masa de éste.

Sin embargo, por su propia definición el modelo de Rutherford estaba en contradicción con las predicciones de la física clásica, según la cual cuando una carga eléctrica en movimiento curva su trayectoria, emite energía en forma de radiación. Tal pérdida de energía haría al átomo inestable y los electrones, moviéndose en espiral, acabarían precipitándose sobre el núcleo en poco más de una millonésima de segundo. De ser así la materia como conjunto de átomos debería ser completamente efímera. El modelo desarrollado con posterioridad por Niels Bohr iniciaría el camino hacia la solución de este importante enigma.

El átomo de Bohr

En 1911 el joven físico danés Niels Bohr se había desplazado a Inglaterra como investigador visitante, incorporándose finalmente al equipo de Rutherford, en donde tuvo oportunidad de estudiar de cerca el modelo atómico planetario. Sólo unos años más tarde Bohr propondría un nuevo modelo que permitía superar las dificultades del anterior y explicaba, con una excelente precisión, el origen de los espectros atómicos y sus características.

Por aquel entonces los trabajos de Planck y de Einstein, habían introducido en la física la idea de cuantificación. En los fenómenos relacionados con la absorción o la emisión de radiación por la materia la energía variaba de una forma discontinua, como a «saltos» o cuantos. Bohr fue capaz de efectuar la síntesis de ambos esquemas, el modelo planetario de Rutherford y la cuantificación de la energía de Planck-Einstein, construyendo de este modo su teoría del átomo.

El modelo de Bohr explica la determinación de los niveles de energía, combinando la mecánica clásica con el postulado que determina que no todas las órbitas circulares están permitidas para un electrón.

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