Un paso importante hacia el desarrollo de la química como ciencia fue el desarrollo de la comprensión de la estructura atómica. Por ejemplo, era posible comprender lo que constituye la materia, predecir ciertos comportamientos de los materiales, entender y manipular la radiactividad, producir productos de nuestros intereses y así sucesivamente.
Pero, para llegar a la idea de la estructura atómica, fue necesario el pensamiento de filósofos que plantearon hipótesis, es decir, suposiciones que en la época no podían ser comprobadas, acerca de la constitución de la materia. Entre ellas estaban las de los filósofos griegos Demócrito y Leucipo que, a mediados del 450 a.C., plantearon la hipótesis de que todo sería formado por pequeñas partículas indivisibles, que ellos denominaron de átomos. Esa palabra viene del griego (a = no, tomo = parte; es decir, sin partes o indivisible). Eso significa que si fuésemos dividiendo sucesivamente un cuerpo llegaríamos a un momento en que eso no sería más posible porque llegaríamos a la menor parte que compone la materia. Aun siendo un pensamiento equivocado, estos primeros esbozos acerca del átomo impulsaron el conocimiento de la química moderna. Durante la época, las ideas no fueron aceptadas por filósofos coetáneos y ellas fueron sustituidas por otras, como las ideas de Aristóteles que perduraron durante varios siglos.
Fue recién en el siglo XIX que la idea de los átomos se reanudó, pues entonces los científicos podían probar sus hipótesis por medio de experimentos para comprobarlos o para refutar ideas de otros científicos. A continuación veremos algunos de los principales pensadores que contribuyeron al estudio de la constitución del átomo. Aunque algunas ideas no estuviesen definidas totalmente correctas, todas las contribuciones dadas fueron importantes, pues fue a partir de la idea de un científico que otro consiguió desarrollar un modelo más preciso.
Todos ellos produjeron un modelo atómico, es decir, una representación que no corresponde exactamente a la realidad, sino que sirve para explicar adecuadamente el comportamiento del átomo. Por ejemplo, imaginemos realizar un dibujo idéntico a un bolígrafo. Por medio de este diseño, todos consiguen identificar de qué se trata aunque el dibujo no es en sí mismo el bolígrafo. De modo similar, el modelo atómico sirve para que entendamos el funcionamiento del átomo, sus propiedades y características. Pero el modelo no es exactamente igual al átomo.
Veamos entonces los principales modelos atómicos:
1. Modelo de Dalton: el químico inglés John Dalton (1766-1844) reanudó las ideas de Leucipo y Demócrito, y en base a leyes ya demostradas experimentalmente, como leyes de masa, propuso brevemente que el átomo se vería como una bola de billar, es decir, esférica, masiva e indivisible.
Modelo de Dalton para el átomo, como una bola de billar
2. Modelo de Thomson: la naturaleza eléctrica de la materia era ya bien sabida, por ejemplo, hace 2.500 años, en la antigua Grecia, el filósofo Tales de Mileto ya había demostrado que cuando realizamos fricción del ámbar con un trozo de lana, él pasa a atraer objetos leves. Sin embargo, el modelo atómico de Dalton no explicaba ese hecho: cómo la materia neutra podía quedar electrizada.
Así, en 1897, el físico inglés Joseph John Thomson (1856-1940) comenzó a trabajar con el tubo de Crookes, es decir, una ampolla donde los gases eran sometidos a voltajes muy elevados produciendo rayos catódicos. Cuando se colocaba un campo eléctrico externo, esos rayos se desviaban en dirección a la placa positiva, lo que significaba que el átomo tendría partículas negativas, que quedaron denominadas como electrones.
Sin embargo, como la naturaleza de la materia es neutra, una explicación razonable sería que hubiera una parte positiva que neutralizaría los electrones. Basado en este razonamiento, en 1903, Thomson modificaría el modelo de Dalton, pues el átomo no sería masivo ni indivisible y estableció lo siguiente:
‘El átomo es una esfera de carga eléctrica positiva, no masivo, con incrustaciones de electrones (partículas negativas), de modo que su carga total sería nula.
Este modelo se comparó con un pudin de pasas.
Modelo de Thomson para el átomo, parecido a un pudín de pasas
3. Modelo de Rutherford: en 1911, el físico neozelandés Ernest Rutherford (1871-1937) realizó un experimento, el átomo de Rutherford, en el que bombardeó una lámina de oro muy delgada con partículas alfa de polonio radioactivo. Señaló que la mayoría de las partículas atravesaba la hoja, lo que significaba que el átomo debería tener inmensos espacios vacíos.
Algunas partículas eran rebatidas, lo que sería explicado si el átomo tuviese un núcleo pequeño y denso y, por fin, algunas partículas alfa sufrían un desvío en su trayectoria, lo que significaba que el núcleo sería positivo, pues las partículas alfa eran positivas y fueron repelidas al pasar cerca del núcleo.
Con eso, el modelo de Rutherford abogó por lo siguiente:
El átomo se compondría de un pequeño núcleo de carga eléctrica positiva, que se vería compensado por los electrones (partículas negativas), que giraban alrededor del núcleo, en una región periférica llamada electrosfera.
El átomo sería similar al sistema solar, en el cual el núcleo representaría el sol y los electrones girando alrededor del núcleo serían los planetas.
Modelo de Rutherford para el átomo, similar al sistema solar
En 1904, Rutherford descubrió que en realidad el núcleo era compuesto por partículas positivas denominadas protones y, en 1932, Chadwick descubrió que había también partículas neutras en el núcleo que ayudaban a disminuir repulsión entre los protones.
el núcleo consistió en realidad partículas positivas llamadas protones y, en 1932, Chadwick descubrió que había también partículas neutras en el núcleo que ayudó a disminuir la repulsión entre los protones.
4. Modelo Rutherford-Bohr: el estudio de los espectros electromagnéticos de los elementos por el físico danés Niels Bohr (1885-1962) permitió añadir algunos comentarios al modelo de Rutherford, así que su modelo llegó a ser conocido como modelo de Rutherford-Bohr:
Sólo se permite al electrón ocupar los niveles energéticos en los cuales se presenta con valores de energía múltiplos enteros de un fotón.
Modelo de Rutherford-Bohr para el átomo
Es importante destacar que las ideas acerca de qué se compone el átomo siguen progresando y hay otros modelos atómicos más modernos. Sin embargo, el modelo de Rutherford-Bohr explica la gran mayoría del comportamiento del átomo estudiado en la escuela secundaria.
