¿Qué sabemos sobre el átomo? Estructura, modelos atómicos y más

Los átomos son un claro ejemplo de cómo algo tan pequeño puede determinar lo que eres. Para entender su estructura y comportamiento, a lo largo de la historia numerosos científicos han desarrollado diferentes modelos atómicos, cada uno más acertado que el anterior.

En este artículo, exploraremos el descubrimiento del átomo y cómo ha evolucionado nuestra comprensión sobre él a través de las diferentes teorías atómicas.

¿Qué es un átomo?

De manera simple, un átomo es la unidad más pequeña en la que se puede dividir un elemento sin perder sus propiedades. Los átomos están formados por tres partículas: electrones, protones y neutrones. A su vez, protones y neutrones están compuestos por partículas aún más pequeñas llamadas quarks.

Estructura atómica

Veamos las dos partes principales del átomo:

• Núcleo: en el centro del átomo se encuentra el núcleo, que contiene protones con carga positiva y neutrones, que no tienen carga. A pesar de que el núcleo concentra el 99,9 % de la masa del átomo, ocupa solo una pequeña parte de su volumen total.
• Nube de electrones: rodeando el núcleo, se encuentra la nube de electrones, partículas con carga negativa. Aunque los electrones tienen una masa mucho menor que la de los protones y neutrones, ocupan la mayor parte del espacio del átomo.

¿Qué es una molécula?

Cuando los átomos se unen, forman moléculas. La combinación de átomos puede dar lugar a diferentes sustancias. Por ejemplo, una molécula de agua oxigenada (H₂O₂) está compuesta por dos átomos de hidrógeno y dos de oxígeno. Si se retira uno de los átomos de oxígeno, obtenemos una molécula de agua (H₂O). Esto demuestra cómo un pequeño cambio en la composición atómica puede generar una sustancia completamente distinta.

Historia de los modelos atómicos

El concepto del átomo ha cambiado significativamente a lo largo de la historia. A continuación, exploraremos algunos de los modelos atómicos más importantes.

Modelo atómico de Demócrito

La primera vez que se habló del átomo fue en la antigua Grecia, gracias a los filósofos Demócrito y Leucipo. Ellos plantearon que la materia podría dividirse en porciones cada vez más pequeñas hasta llegar a una partícula que sería indivisible. A esta partícula la llamaron «átomo», palabra que proviene del griego atomos, que significa «indivisible».

Modelo atómico de Dalton

Sin embargo, el primer modelo atómico fue propuesto por el químico británico John Dalton en el siglo XIX. Según Dalton, los átomos eran esferas sólidas que, al unirse, formaban compuestos químicos.

Además, estableció que existen diferentes tipos de átomos y que todos los átomos de un mismo elemento son idénticos entre sí.

Modelo atómico de Thomson

El descubrimiento del electrón en 1897 por el físico británico Joseph John Thomson cambió el panorama del modelo atómico. Mediante experimentos con rayos catódicos, Thomson descubrió el electrón, una partícula con carga negativa que tiene una masa mucho menor que la del átomo.

Propuso que el átomo estaba formado por una masa de carga positiva dentro de la cual se encontraban incrustados los electrones. Aunque ahora sabemos que no es exactamente así, este modelo ayudó a explicar fenómenos como la emisión de luz y la conducción eléctrica.

Modelo atómico de Rutherford

En 1911, Ernest Rutherford propuso un nuevo modelo atómico. Su teoría describía la estructura del átomo como un sistema similar al sistema solar, con un núcleo central en el que los electrones orbitan a su alrededor.

También fue el primero en identificar el protón, que determina el número atómico (Z) de un elemento. Por ejemplo, el oxígeno tiene 8 protones, por lo que su número atómico es 8.

Modelo atómico de Bohr

En 1913, el físico danés Niels Bohr propuso un modelo que refinaba el de Rutherford. Según Bohr, los electrones orbitan alrededor del núcleo en niveles o capas de energía específicas.

A diferencia de los modelos anteriores, Bohr explicó que los electrones podían moverse entre estos niveles al absorber o emitir energía en forma de radiación electromagnética.

Modelo atómico de Schrödinger

En 1926, Erwin Schrödinger desarrolló una teoría atómica basada en la mecánica cuántica. Este modelo reemplazó las órbitas definidas de Bohr por una «nube de probabilidad», donde la posición exacta de un electrón no se puede determinar. Solo se puede conocer la probabilidad de encontrarlo en una región alrededor del núcleo.

Otros modelos atómicos

Cuatro años después, en 1930, Paul Dirac desarrolló un modelo atómico relativista que incorporaba los efectos de la relatividad en la mecánica cuántica. Más tarde, en la década de 1960, surgió la teoría del orbital molecular, y en los años posteriores, se han propuesto modelos como la teoría de la relatividad general aplicada al átomo.

El futuro de los modelos atómicos

El concepto de «átomo» comenzó con la idea de una partícula indivisible, pero las teorías atómicas desarrolladas a lo largo de los siglos han demostrado que los átomos están compuestos por partículas aún más pequeñas: las partículas subatómicas.

A pesar de que la idea original de Demócrito ha cambiado, sus planteamientos fueron esenciales para el desarrollo de la química. A medida que aumenta nuestra comprensión científica, es probable que surjan nuevos modelos atómicos que profundicen aún más en la estructura del átomo y su comportamiento.