modelo atimico de rutherford
Teoría:
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 en 1911, para explicar los
resultados de su «experimento de
la lámina de oro».
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 ligeras
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 al 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
Importancia del modelo y limitaciones
La importancia del modelo de
Rutherford residió en proponer por primera vez la existencia de un núcleo
central en el átomo (término que acuñó el propio Rutherford en 1912, un año
después de que los resultados de Geiger y Mardsen fueran anunciados oficialmente4).
Lo que Rutherford consideró esencial, para explicar los resultados
experimentales, fue «una concentración de carga» en el centro del átomo, ya
que, sin ella, no podía explicarse que algunas partículas fueran rebotadas en
dirección casi opuesta a la incidente. Este fue un paso crucial en la
comprensión de la materia, ya que implicaba la existencia de un núcleo atómico donde se concentraba toda
la carga positiva y más del 99,9 % de
la masa.
Las estimaciones del núcleo revelaban que el átomo en su mayor parte estaba
vacío.
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 electromagnetismoaplicadas
al átomo de Rutherford llevan a que en un tiempo del orden de s, toda la energía
del átomo se habría radiado, con la consiguiente caída de los electrones sobre
el núcleo.Se trata, por tanto de un modelo físicamente inestable, desde el punto de vista
de la física clásica.
Según Rutherford, las órbitas de los
electrones no están muy bien definidas y forman una estructura compleja
alrededor del núcleo, dándole un tamaño y forma algo indefinidas. Los
resultados de su experimento le permitieron calcular
que el radio atómico era diez mil veces mayor que
el núcleo mismo, y en consecuencia, que el interior de un átomo está
prácticamente vacío.
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