[Ciencias de Joseleg] [Química] [La materia] [El
átomo físico clásico] [Ejercicios
resueltos] [Introducción] [La
electricidad y el átomo] [La
constante de Faraday y la electrolisis] [Experimentos
con tubos de rayos catódicos] [Modelo
atómico de Thomson] [Otros
modelos atómicos clásicos] [Modelo
atómico de Rutherford] [Introducción
al núcleo atómico] [Estequiometría
de isótopos] [Referencias]
Los modelos atómicos representados en los libros de texto
presentan un salto entre el modelo atómico de Thomson (1904) y el modelo
atómico de Rutherford (1911), sin embargo, vale la pena aclarar que entre los
dos existieron varios modelos del átomo. Normalmente se dice que la “historia
la escriben los vencedores”. Mientras que esta afirmación generalmente
corresponde a los ganadores de conflictos militares y políticos, se tiene un
efecto similar en la historia de las ciencias. Los libros de texto de física y
química de nivel de secundaria, preparatoria y universitarios generalmente
narran la historia del átomo de forma reducida y consecutiva, una sucesión de
paradigmas, cada uno suplantando al anterior para responder lo que el anterior
decía, junto con la nueva información. Esta historia del libro de texto omite
muchos de los problemas, controversias, ideas erróneas y problemas que tuvieron
los miembros de la comunidad científica para poder plantear, defender o aceptar
un determinado modelo o teoría.
Incluso los científicos más geniales deben enfrentar ideas
erróneas propias antes de dar con una respuesta aceptable para un fenómeno
complejo. Desafortunadamente las historias de los libros de texto hacen pensar
a muchas personas, e incluso a los mismos científicos que la ciencia se trata
de “tener siempre la razón”. Esta actitud puede ser problemática ya que impide
que los investigadores expongan hipótesis válidas por miedo a cometer un
“error”. En esta historia de errores podemos aislar al menos otros 7 modelos
atómicos que fueron planteados de forma concomitante al modelo de Thomson o
antes del modelo de Rutherford.
El modelo planetario de
Perrin (1901)
Figura 6‑1. El
modelo planetario del átomo fue planteado originalmente por Jean Perrin en 1901.
En una conferencia realizada en 1901 en la universidad de
París, Jean Perrin –si, el mismo que demostró la existencia de los átomos
–propuso no solo un modelo del átomo planetario, sino una explicación para la
ionización de un gas, el cual es virtualmente el mismo que emplearías con el
modelo de Bohr (Perrin, 1901). Para Perrin el modelo de átomo debía ser el
de un núcleo –Sol –positivo y corpúsculos –planetas –con carga negativa. La
formación del rayo catódico se explica por el estímulo eléctrico sobre los
corpúsculos, liberándolos del núcleo.
Resulta relevante que este modelo planetario del átomo fuera
planteado con anterioridad al de Thomson y fuese aceptado solo 11 años más
tarde de la mano de Rutherford. La razón por la cual Thomson no adoptó de forma
temprana el modelo planetario de Perrin fue la misma por la cual el modelo
planetario de Rutherford nunca gustó del todo y fue la paradoja del “colapso
atómico”. La nube de carga positiva poco densa fue una primera solución a dicha
paradoja.
El
modelo dinámico de Lenard (1903)
Figura 6‑2.
Modelo atómico de Lenard
El término dinámico hace referencia a la unidad constitutiva
del modelo (Lenard, 1903),
al igual que el modelo de Thomson se trataban de esferas que contenían las
partículas subatómicas. Las principales diferencias eran que las
partículas poseían ambas cargas –el las llamó dinámidas –las cuales eran
responsables tanto de la carga como de la masa del átomo. La masa de un átomo
sería proporcional al número de dinámidas presentes en su interior.
El modelo
del anillo de Saturno de Nagaoka (1904)
Figura 6‑3.
Modelo atómico de Nagaoka
Este modelo del átomo mezcla aspectos del átomo planetario
de Perrin, con un intento de reconciliar el conflicto del “colapso del átomo”
con una explicación del espectro del hidrógeno (Nagaoka, 1904). Si les suena conocido este intento es porque es
en esencia el predecesor más directo del modelo atómico de Bohr. En 1859 James
Clerk Mazwell resolvió una controversia con respecto a la estabilidad de los
anillos de Saturno, mediante un cálculo teórico Maxwell propuso de los anillos
de Saturno eran una colección de satélites muy pequeños que mantenían su
estabilidad aun cuando se presentaran pequeñas alteraciones gravitacionales.
Nagaoka empleó la analogía para proponer que los electrones funcionaban de
forma similar a los satélites de Saturno y que se mantenían estables en sus
orbitas de forma análoga.
El modelo
del electrón fluido de Rayleigh (1906)
Figura 6‑4.
Modelo atómico de Rayleigh.
Rayleigh trató los electrones como si se tratara de un
superfluido (Rayleigh, 1906) debido a que los rayos catódicos debían
estar compuestos por miles de millones de partículas, mientras que el modelo de
Thomson solo trataba con una cantidad finita de electrones. Básicamente hace
referencia a los electrones como si formaran nubes –en el sentido más literal,
compuesta por miles de electrones –que podían vibrar. Aunque sus cálculos al
tomar a los electrones como nubes arrojaban valores discretos semejantes a los
de los espectros, estos no encajaban bien –específicamente con la fórmula de Rayleigh que era
empleada para determinar la compatibilidad de un modelo con las líneas
espectrales. Esto daría lugar a la revolución cuántica más adelante, pero en su
contexto solo fueron una extrañeza que fue ignorada.
El modelo de los electrones
vibratorios de Jeans (1906)
Figura 6‑5. Modelo
atómico de Jeans
Se trata de una expansión del modelo de Thomson (Jeans, 1906) en
el cual los electrones son descritos no como partículas sólidas, sino como
estructuras complejas con componentes internos que les permiten vibrar y emitir
energía con el fin de explicar las líneas espectrales. Los diferentes electrones
vibran con frecuencia diferente para explicar la diferente frecuencia de luz
emitida en un espectro como el del hidrógeno.
El modelo
de electrones expansivo de Schott (1906)
Figura 6‑6.
Modelo atómico de Schott.
El modelo de Scott solo tomaba en cuenta los electrones,
podría tratarse de una combinación del modelo de Jeans y del modelo de Nagaoka.
Los electrones orbitantes vibraban y se expandían alejándose del núcleo, pero
eran mantenidos en sus orbitas por la presión del éter (Schott, 1906).
Scott moriría defendiendo su modelo basado en la mecánica
clásica, aun en 1937 cuando todos ya habían aceptado la nueva física. El
problema del modelo de Scott era doble, al igual que los demás modelos no
explicaba las líneas espectrales en forma de la fórmula de Rayleigh, además se
trataba de un modelo regresivo que no podía hacer predicciones, solo explicar
los hechos tal cual eran planteados.
El modelo del
Arquión-electrón de Stark (1910)
Figura 6‑7.
Modelo atómico de Stark
En el modelo del arquión
se propone la presencia de una segunda partícula que pose carga positiva
llamada arquión. El electrón y el arquión se mueven en una órbita sin
núcleo formando un riel de carga positiva y negativa (Kragh, 2010).
Lo relevante de este modelo fue la intuición para la presencia de una partícula
positiva –que en los modelos posteriores sería denominada protón –pero al igual
que los demás modelos no encajaba para poder responder el problema de la
fórmula de Rayleigh
para los espectros.
El modelo cúbico de Lewis
(1916)
El átomo cúbico fue un modelo del átomo en el cual los
electrones estaban ubicados en las aristas de un cubo en un átomo no polar o
molécula. Este modelo fue desarrollado en 1902 por Gilbert N. Lewis y publicada
en 1916 (Lewis, 1916),
era un átomo diseñado específicamente para explicar las propiedades químicas
del átomo, específicamente el concepto de valencia para poder racionalizar la
regla de Abegg, mejor conocida como la ley del octeto (Jensen, 1984).
Esta fue desarrollada posteriormente en 1919 por Irving Langmuir como el átomo
del cubo-octeto (Kooser & Factor, 1983).
Figura 6‑8.
Modelo de Lewis. El modelo de Lewis es el origen para las
notaciones de pinto-electrón de Lewis, empleadas para explicar el enlace
químico clásico.
El problema con este átomo químico era que no hacía nada por
explicar los fenómenos cuánticos que, si podían ser calculados con exquisito
detalle por medio de los nuevos átomos físicos que se estaban proponiendo, como
el modelo atómico de Bohr de 1913 y el modelo atómico de Sommerfeld de 1916. A
pesar de que fue dejado de lado como modelo atómico, el modelo del átomo cubico
es de interés histórico ya que representa un paso para el entendimiento del
enlace químico, introduciendo conceptos como el enlace covalente, una forma de
representar la regla de Abegg y finalmente una representación de lo que
actualmente conocemos como la estructura de Lewis. Sin embargo, en la
actualidad la notación para las estructuras de Lewis se basa en el modelo de
Bohr pero representando únicamente los electrones del último nivel de energía.
No hay comentarios:
Publicar un comentario