APORTACIONES A LO LARGO DE
LA HISTORIA DE ERNEST RUTHERFORD PARA EL MODELO ATOMICO ACTUAL.
El modelo atómico de
Rutherford es un modelo atómico o teoría sobre la estructura interna del átomo
propuesto por el químico y físico británico-neozelandés Ernest Rutherford para
explicar los resultados de su "experimento de la lámina de oro",
realizado en 1911.
El modelo de Rutherford fue
el primer modelo atómico que consideró al átomo formado por dos partes: la
"corteza" (luego denominada periferia), constituida por todos sus
electrones, girando a gran velocidad alrededor de un "núcleo" muy
pequeño; que concentra toda la carga eléctrica positiva y casi toda la masa del
átomo.
Rutherford llegó a la
conclusión de que la masa del átomo se concentraba en una región pequeña de
cargas positivas que impedían el paso de las partículas alfa. Sugirió un nuevo
modelo en el cual el átomo poseía un núcleo o centro en el cual se concentra la
masa y la carga positiva, y que en la zona extra nuclear se encuentran los
electrones de carga negativa.
Antes de que Rutherford propusiera su modelo atómico, los físicos
aceptaban que las cargas eléctricas en el átomo tenían una distribución más o
menos uniforme. Rutherford trató de ver cómo era la dispersión de las
partículas alfa por parte de los átomos de una lámina de oro muy delgada. Los
ángulos resultantes de la desviación de las partículas supuestamente aportarían
información sobre cómo era la distribución de carga en los átomos. Era de
esperar que, si las cargas estaban distribuidas uniformemente según el modelo
atómico de Thomson, la mayoría de las partículas atravesarían la delgada lámina
sufriendo solo ligerísimas deflexiones, siguiendo una trayectoria
aproximadamente recta. Aunque esto era cierto para la mayoría de las partículas
alfa, un número importante de estas sufrían deflexiones de cerca de 180º, es
decir, prácticamente salían rebotadas en dirección opuesta a la incidente.
Rutherford pensó que esta
fracción de partículas rebotadas en dirección opuesta podía ser explicada si se
suponía la existencia de fuertes concentraciones de carga positiva en el átomo.
La mecánica newtoniana en conjunción con la ley de Coulomb predice que el
ángulo de deflexión de una partícula alfa relativamente liviana por parte de un
átomo de oro más pesado, depende del "parámetro de impacto" o
distancia entre la trayectoria de la partícula y el núcleo.
Dado que Rutherford observó
una fracción apreciable de partículas "rebotadas" para las cuales el
ángulo de deflexión es cercano a χ ≈ π.
Se deduce que el parámetro
de impacto debe ser bastante menor que el radio atómico. De hecho el parámetro
de impacto necesario para obtener una fracción apreciable de partículas
"rebotadas" sirvió para hacer una estimación del tamaño del núcleo
atómico, que resulta ser unas cien mil veces más pequeño que el diámetro
atómico. Este hecho resultó ser la capacidad uniformarle sobre la carga
positiva de neutrones.
Rutherford propuso que los
electrones orbitarían en ese espacio vacío alrededor de un minúsculo núcleo
atómico, situado en el centro del átomo. Además se abrían varios problemas
nuevos que llevarían al descubrimiento de nuevos hechos y teorías al tratar de
explicarlos:
Por un lado se planteó el
problema de cómo un conjunto de cargas positivas podían mantenerse unidas en un
volumen tan pequeño, hecho que llevó posteriormente a la postulación y
descubrimiento de la fuerza nuclear fuerte, que es una de las cuatro
interacciones fundamentales.
Por otro lado existía otra
dificultad proveniente de la electrodinámica clásica que predice que una
partícula cargada y acelerada, como sería el caso de los electrones orbitando
alrededor del núcleo, produciría radiación electromagnética, perdiendo energía
y finalmente cayendo sobre el núcleo. Las leyes de Newton, junto con las
ecuaciones de Maxwell del electromagnetismo aplicadas al átomo de Rutherford
llevan a que en un tiempo del orden de 10^{-10}s, toda la energía del átomo se
habría radiado, con la consiguiente caída de los electrones sobre el núcleo.2
Se trata, por tanto de un modelo físicamente inestable, desde el punto de vista
de la física clásica.
El modelo atómico de Rutherford fue sustituido muy pronto por el
de Bohr. Bohr intentó explicar fenomenológicamente que solo algunas órbitas
de los electrones son posibles. Lo cual daría cuenta de los espectros de emisión y absorción de
los átomos en forma de bandas discretas. El modelo de Bohr "resolvía"
formalmente el problema, proveniente de la electrodinámica, postulando que
sencillamente los electrones no radiaban, hecho que fue explicado por la mecánica
cuántica según la cual la
aceleración promedio del electrón deslocalizado es nula.
Autora: Pinzón Ramírez, María Fernanda