¿Tiene conocimiento de lo que es el modelo atómico de Rutherford? Fue el resultado de un experimento que demostró que el modelo de Thomson estaba equivocado y que los electrones no se encontraban únicamente en un entorno con carga eléctrica de signo positivo.
Modelo Atómico de Rutherford
El modelo atómico de Rutherford, que igualmente recibió el nombre de modelo planetario fue creado en el año de 1911. Partiendo de estudios hechos en torno al modelo de Thomson que estaba basado en la afirmación de que los electrones se encontraban en un entorno de carga eléctrica positiva, dos asistentes de Rutherford, Geiger y Marsden, idearon en el año de 1909 un experimento.
Tal estudio, en el que se baso la teoría atómica de Rutherford que recibió el nombre de la comprobación de la lámina de oro, probó que el modelo de Thomson era errado, ya que pudieron demostrar que el átomo tenía una estructura con una gran parte de carga de signo positivo. Este estudio que fue ideado y dirigido por Rutherford, dio lugar a conclusiones que originaron lo que fue denominado el modelo atómico de Rutherford, en 1911.
El Experimento de la Hoja de Oro
Se trató de una cantidad de experiencias llevadas a cabo entre los años 1909 y 1913, en los laboratorios de física de la Universidad de Manchester por dos investigadores, Hans Geiger y Ernest Marsden, quienes era discípulos de Ernest Rutherford y bajo la dirección de éste. La relevancia de estas experimentaciones se encuentra en que sus deducciones y consideraciones dieron origen a un nuevo y versátil modelo atómico.
La experiencia radica en bombardear con partículas alfa una lámina estrecha de oro de 100 nm de grueso. Las partículas alfa se trataban de iones, es decir, de átomos sin electrones, debido a que sólo contenían protones y neutrones y, por consecuencia, una carga eléctrica de signo positivo. En razón de ello, si el modelo atómico de Thomson era verdadero, las partículas alfa de iones traspasarían los átomos de oro en una línea recta.
Para que se pudieran estudiar los efectos de la deflexión que era originada por las partículas alfa, se situó un filtro fluorescente de sulfuro de zinc en torno a la fina lámina de oro, y se pudo ver que, no obstante algunas partículas traspasaban los átomos de oro en una línea recta, otras se desviaban en trayectorias aleatorias.
Conclusiones del Experimento
De resultas de estas investigaciones, dejaron de lado a los antecesores modelos atómicos con los que se pensaba que la carga eléctrica de signo positivo se encontraba distribuida de manera uniforme en los átomos, y que ello facilitaba poder traspasarla, debido a que su carga eléctrica no iba a ser tan poderosa en un punto determinado.
Debido a que algunas partículas alfa se desviaron en direcciones aleatorias, los resultados de estos experimentos fueron inesperados e hicieron considerar a Rutherford que el átomo debía tener un centro con una poderosa carga eléctrica de signo positivo, que en el caso de que una partícula alfa tratara de atravesarla era rechazada por ese eje central.
Tomando en cuenta la suma de partículas reflejadas y las que sufrían de ese efecto, se logró establecer el diámetro de ese eje central, comparándolo con la órbita de los electrones en su entorno y también se logró llegar a la conclusión de que la mayor parte del espacio de un átomo se encuentra vacío.
Igualmente, se demostró que varias de las partículas alfa fueron desviadas de su trayectoria por la lámina de oro en ángulos muy estrechos, y esa razón se llegó a la conclusión de que la carga eléctrica de signo positivo en un átomo no se encuentra distribuida de manera uniforme. La carga eléctrica de signo positivo en un átomo se concentra en una cantidad muy pequeña.
Por último, debido a que algunas pocas de las partículas alfa fueron desviadas hacia atrás, es decir, como si hubiera ocurrido un fenómeno de rebote, se logró establecer la cantidad del espacio que ocupaban las partículas cargadas con energía eléctrica de signo positivo en un átomo, resultando ser muy pequeño si se lo comparaba con el espacio total de un átomo.
Como resultado de estos relevantes hallazgos, resultó evidente en la mente de Rutherford que el modelo atómico, tal como se conocía hasta ese momento era errado, por lo que se preocupó por crear un nuevo modelo atómico, tomando en cuenta las consideraciones siguientes:
Principios básicos del modelo atómico de Rutherford
Las partículas que tienen carga eléctrica de signo positivo se encuentran en una cantidad muy pequeña en comparación con el tamaño del átomo.
Una gran porción de la masa del átomo se encuentra situada en un pequeño espacio central. Rutherford no llegó a llamarlo núcleo en sus anotaciones iniciales, pero utilizó el término a partir del año 1912.
Los electrones con carga eléctrica de signo negativo, rondan alrededor del núcleo.
Los electrones giran a grandes velocidades en torno al núcleo y en trayectorias circulares a las que les puso el nombre de órbitas.
Los electrones cargados con energía eléctrica de signo negativo como el núcleo con carga eléctrica de signo positivo se mantienen ensamblados por una fuerza de atracción electrostática.
Aceptación del Modelo Atómico de Rutherford
El modelo atómico de Rutherford tuvo una inmediata aprobación por parte de la comunidad científica y fue el punto de origen de una visión del átomo con varias partículas subatómicas. Investigadores años después fueron capaces de establecer la cantidad de electrones y el número atómico de cada elemento.
De manera cultural, a pesar de los nuevos hallazgos posteriores, el modelo de paradigma planetario de Rutherford-Bohr es el que se encuentra en la conciencia de gran cantidad de gente y sigue siendo la manera más simple de demostrar la forma en que funciona un átomo, con su núcleo de protones, mientras que los neutrones y los electrones se encuentran circundando en órbitas que giran en su entorno.
Limitaciones y Errores en el modelo de Rutherford
A pesar de que el modelo atómico de Rutherford se tradujo en un avance científico para la física, no se trató de un modelo pulcro ni perfecto, es más, según las leyes de explicadas en la Biografía de Isaac Newton tal configuración era una cuestión inadmisible y tampoco daba explicación a un elemento muy relevante de las leyes de Maxwell. En este sentido, el modelo atómico de Rutherford no pudo explicar cuestiones tales como:
La razón por la que permanecían unidas una cantidad de cargas eléctricas de signo positivo en el núcleo. Si seguimos la teoría eléctrica, las cargas de signo positivo se deben repeler. Pero el núcleo es el lugar del agrupamiento de varios protones.
Otra contradicción de ese modelo atómico eran las leyes fundamentales de la electrodinámica, ya que al establecer que los electrones con carga eléctrica de signo negativo rotan en torno al núcleo, según las leyes de Maxwell, tendrían que emanar radiación electromagnética. Esa emisión debería consumir energía y provocaría que los electrones chocasen con el núcleo. Por tanto, no pudo explicar por qué el átomo se mantenía estable.
Consideraciones adicionales del Modelo de Rutherford
A pesar de que el modelo atómico de Rutherford fue cambiado próximamente por el Modelo Atómico de Bohr, con el que se resolvían algunos de los problemas y contradicciones del primero, la nueva conceptualización del modelo atómico fue revolucionaria y constituyó el inicio de una nueva visión del estudio del átomo y sus aplicaciones científicas, por lo que se considera que Rutherford es el padre de la física nuclear.
¿Quién era Ernest Rutherford?
Ernest Rutherford nació el 30 de agosto de 1871, era oriundo de Nueva Zelanda. Su padre fue agricultor y su madre fue maestra de escuela. Sus padres eran británicos emigrantes que se establecieron años antes en Nueva Zelanda.
Asistió a la escuela y a la universidad en Nueva Zelanda, pero en el año 1895 obtuvo una beca para seguir estudios en Cambridge, Inglaterra, en donde pudo trabar amistad con JJ Thomson, quien fue el que descubrió el electrón y creó el modelo de átomo que tiene su nombre.
Gracias a la recomendación que dio el propio Thomson, Rutherford llegó a ocupar una cátedra en una universidad de Canadá, en la que pudo realizar estudios de la química de sustancias radioactivas, trabajo por el que obtuvo el premio Nobel de Química en 1908.
Rutherford regresó al Reino Unido en el año 1907, dirigiéndose a la universidad de Manchester, en la que pudo efectuar sus mayores aportes a la ciencia. En el año 1908 y en años posteriores Rutherford, con la asistencia de sus colaboradores, pudo llevar a cabo los experimentos que lo llevaron a crear un nuevo y versátil modelo atómico en 1911.
En el año 1914 tuvo el honor de ser nombrado caballero de la corona inglesa, por sus trabajos en la guerra que contribuyeron a la detección de submarinos a través del sonar y en el año 1917 obtuvo el nombramiento de director del laboratorio Cavendish en Cambridge, sucediendo en el puesto a JJ Thomson. Bajo su dirección muchos de sus colaboradores lograron obtener varios premios Nobel.
Gracias a sus innumerables aciertos, en 1931 fue nombrado Barón Rutherford de Nelson, pocos años antes de su fallecimiento en 1937.
Contribuciones Científicas
Rutherford efectuó varias contribuciones científicas, que se iniciaron con sus trabajos con los rayos X en gases, que sirvieron de base para que JJ Thomson pudiera descubrir al electrón. Sus investigaciones sobre la radioactividad del Uranio hicieron posible que pudiera detectar la existencia de dos clases de radiación, los rayos alfa y los rayos beta. Pero en definitiva, su aporte más exitoso fue su modelo atómico.
