campo eléctrico y propiedades eléctricas de la materia - Novella

“libro_ffi” — 2008/8/5 — 9:06 — page 6 — #22
6 FUNDAMENTOS FÍSICOS DE LA INGENIERÍA
1.2.1. Modelos atómicos
Los modelos atómicos son formulaciones teóricas que deben ser capaces de describir los
fenómenos naturales relacionados con las propiedades de la materia. Los primeros modelos
eran más filosóficos que físicos, aunque hay que reconocer que muchos de ellos eran sorprendentemente
acertados a pesar de haberse formulado hace tanto tiempo, como es el caso del
modelo de Demócrito, que ya suponía que la materia estaba formada por átomos.
Modelo atómico de Dalton
La primera aproximación razonable a la estructura de la materia la realizó John Dalton
en 1808 al proponer el primer modelo atómico que, siguiendo a Demócrito, establecía que
la materia estaba formada por diminutas partículas indivisibles: los átomos. Sin embargo,
basándose en sus conocimientos químicos, estableció que, según el elemento químico al que
correspondiesen, sus átomos serían diferentes a los de otro elemento. Además, los átomos
de diversos elementos podrían combinarse con otros diferentes para dar lugar a compuestos
químicos, postulando que dicha combinación era posible debido a la existencia de una envolvente
de cada átomo que podría ligarse a otro con el que se combinaba. Así, los distintos
compuestos químicos que se encuentran en la naturaleza se forman por combinaciones de dos
o más átomos de distintos elementos, formando moléculas.
Modelo atómico de Thomson
La teoría atómica de Dalton permitía explicar las combinaciones químicas, pero no permitía
entender los fenómenos eléctricos conocidos. En 1897, J. J. Thomson descubre la existencia
del electrón (“corpúsculos” con carga negativa) tras realizar una serie de experimentos con
rayos catódicos. Posteriormente, en 1904, propuso un nuevo modelo que permitiese explicar
la existencia de los electrones, modificando así la teoría de Dalton. En el modelo propuesto,
suponía que cada átomo era como esfera con carga eléctrica positiva en la que se encontraban
distribuidos de forma uniforme los electrones o cargas negativas. Así, según el modelo de
Thomson, cada átomo era eléctricamente neutro (igual número de electrones que de cargas
positivas) a no ser que se cargase, positivamente si perdía electrones o negativamente si los
ganaba. Sin embargo, esta constitución de la materia presuponía una estructura compacta
con muy pocos espacios en los que se pudieran desplazar partículas libres.
Experimento y modelo atómico de Rutherford
Para estudiar con más detalle la estructura de la materia, Ernest Rutherford probó a
bombardear una lámina de pan de oro con partículas alfa. Estas partículas son átomos de
helio completamente ionizados, faltan sus dos electrones, por lo que tienen carga eléctrica
positiva +2qe (qe es la carga eléctrica de un electrón). Según el modelo de Thomson, la
materia estaba formada por átomos, pesados y compactos, de forma que la mayor parte de las
partículas lanzadas contra un material extremadamente delgado debería chocar con un átomo
y serían muy pocas las partículas capaces de “colarse” por los espacios entre átomos. Por
tanto, supuso una sorpresa para Rutherford el hecho de que la mayoría de las partículas alfa
atravesaban la lámina e impactaban sobre un detector posterior casi sin desviarse en la lámina
siguiendo una trayectoria casi rectilínea, mientras que unas pocas partículas presentaban