El interés de la gente por conocer las partículas más pequeñas de la materia aumentaba día a día. Si cortas un ladrillo en dos pedazos, obtienes dos ladrillos. Aunque se divida en dos trozos, se obtiene. Si lo rompes más, obtendrás ladrillos. De esta forma, podrás cortar cualquier objeto en una infinidad de pedazos, cuando ya no se puede cortar en pedazos. ¿Cómo se verá esta partícula de materia más pequeña en esta situación? ¿Cómo será su comportamiento? ¿Es posible descomponerlo de alguna otra manera? Si puedes romperlo, ¿qué se puede encontrar allí? Estas preguntas hacen pensar a la gente. La gente quiere saber. Como había varios cuentos de hadas o historias de personas sobre el espacio, no existían historias similares sobre esta partícula más pequeña de materia. Porque no todo el mundo pensó mucho en ello, excepto las personas con mentalidad científica.
Una de las personas que pensó en esta partícula más pequeña de materia fue un maestro de escuela común y corriente. Su nombre es John Dalton. Él menciona esto: si cortamos cualquier objeto en pedazos pequeños, si lo llevamos a un estado en el que ya no se puede cortar, esa es la partícula más pequeña de materia. Es completamente indivisible. Posteriormente Demócrito le dio el nombre de átomo o átomo. Muchos científicos eminentes de la época aceptaron que esta partícula más pequeña de materia es indivisible. Había otro grupo que decía que los átomos no son indivisibles. Más bien es divisible. Y si se rompe, se encontrarán sus elementos constitutivos.
El modelo atómico de Thomson
Luego, en 1897, Joseph John Thomson descubrió los electrones de los rayos catódicos, que están cargados negativamente. Además, estableció la idea de que los átomos son fisionables. En 1904 dio el modelo atómico que conocemos como modelo de Sandía o Pudín de Ciruela. Comparó el átomo con una sandía. Señaló que el átomo en su conjunto es como una sandía, donde toda la sandía es un átomo con una carga positiva continua. En este caso, los electrones se unen según la interacción eléctrica. Es decir, las semillas de sandía pueden considerarse como un electrón. Donde el átomo de hidrógeno parece una mota. Como hasta entonces no se habían descubierto el núcleo, el protón o el neutrón, en su modelo no hay ninguna idea sobre ellos.
La mayor limitación del modelo atómico de Thomson fue la construcción de cargas positivas y negativas. Pudo presentar un argumento sólido de que los átomos son divisibles a pesar de las limitaciones.
El modelo atómico de Rutherford
Kenneth Robert Rutherford experimentó en 1911 con la ayuda de sus dos asistentes Geiger y Marsden para hacer realidad la idea de que los átomos son divisibles y lo que hay en su interior. Dirigió rayos alfa entre láminas de oro muy finas y utilizó una pantalla de sulfito de zinc en el lado opuesto. Para que las partículas alfa dispersas atraviesen los átomos y caigan sobre la pantalla. Y a partir del número y comportamiento de las partículas alfa que salen, puede dar una idea de la estructura interna del átomo.
Descubrió que la mayoría de las partículas alfa abandonaban la fuente y pasaban a través de los átomos directamente a la pantalla. Pero las partículas que se mueven más allá del centro del átomo se están doblando. Y los que pasaban por el centro volvían. Sin embargo, el número de estas partículas retornadas o dobladas era insignificante. Señala que definitivamente hay un objeto muy fuerte y pesado en el centro del átomo debido a que las fuertes partículas alfa se doblan o rebotan. Nuevamente, como la mayor parte del espacio del átomo está vacío, entendemos la masa de este centro pesado como la masa del átomo. Lo llamó su núcleo central.
Dado que todo el átomo tiene carga neutra en general, hay tantos electrones cargados negativamente alrededor del átomo como protones cargados positivamente en el centro del átomo. A principios de 1909, Rutherford también descubrió protones cargados positivamente en experimentos con láminas.
Menciona que así como los planetas del sistema solar giran alrededor del sol, los electrones de los átomos giran alrededor del núcleo. La fuerza centrífuga que actúa debido al espín de estos electrones que giran y la fuerza de atracción electrostática estática o fuerza de Coulomb entre el electrón y el núcleo son iguales entre sí.
Aunque su modelo tenía muchas limitaciones, pudo responder casi todas las preguntas sobre la fisión atómica. Asimismo, su descubrimiento del núcleo y su protón en 1909 supuso uno de los hitos de la historia de los átomos.
Limitaciones del modelo atómico de Rutherford
Aunque el modelo atómico de Rutherford tuvo muchos éxitos, también tuvo muchas limitaciones. Su principal limitación fue comparar la rotación de los electrones alrededor del núcleo de un átomo con la rotación de los planetas alrededor del sol en el sistema solar. Tanto los planetas como el sol tienen carga neutra en el sistema solar. Por otra parte, los electrones y los núcleos son partículas cargadas.
A muchos les puede venir a la mente una pregunta: se puede agregar la carga, pero el método de rotación es el mismo. Pero un objeto cargado que orbita alrededor de otro objeto con carga opuesta y un objeto sin carga que orbita alrededor de otro objeto sin carga no son lo mismo. Maxwell demostró que si un objeto cargado gira alrededor de otro objeto cargado, irradiará energía continuamente y eventualmente caerá al centro. Como ocurre en el átomo, la destrucción del átomo es segura. Pero tal descomposición no ocurre en los átomos. Entonces, desde este punto de vista, Rutherford no pudo darle estabilidad al átomo. Una vez más, Johannes Kepler demostró que los planetas del sistema solar no giran alrededor del sol en órbitas circulares sino elípticas. En aquel caso, Rutherford no dio ninguna idea sobre la órbita del electrón.
Una vez más, Rutherford no dio ninguna idea sobre el espectro de los átomos. Que contiene mucha información importante para un átomo. Incluso mirando el espectro atómico, podemos determinar la identidad de cada átomo.
Modelo atómico de Bohr
A partir de las limitaciones de Rutherford, el científico Niels Heinrich David Bohr publicó su modelo del átomo en 1913. En su modelo menciona:
Los electrones viajan en órbitas circulares específicas alrededor del núcleo. Donde la fuerza centrípeta del electrón debida a la rotación y la fuerza de atracción estática o fuerza de Coulom del electrón con el núcleo son iguales entre sí.
El momento es una cantidad muy importante para cualquier objeto en movimiento, ya sea circular, lineal o de otro tipo. Determinó el valor del momento angular del electrón en rotación en su modelo. A partir de la forma matemática del momento angular del electrón y de la fuerza centrípeta y centrífuga, podemos determinar fácilmente la energía del electrón en cualquier órbita del átomo, la velocidad del electrón y el radio de la órbita o la distancia de el electrón del núcleo. Cuál fue nuestro gran logro para el átomo.
Bohr demostró que un electrón tiene una cierta cantidad de energía cuando se encuentra en cualquier órbita. Ese valor energético es menor para niveles de energía más bajos y mayor para niveles de energía sucesivamente más altos. Cuando un electrón pasa de un nivel de energía más bajo a un nivel de energía más alto, el electrón absorbe energía para ganar energía adicional. Nuevamente, cuando el electrón del nivel de energía más alto llega al nivel de energía más bajo, libera el exceso de energía o irradia. Independientemente de si se produce esta absorción o radiación, la absorción de energía y la transferencia de electrones durante la radiación forman respectivamente los espectros de absorción y radiación. Donde Bohr dio una idea clara sobre el espectro atómico.
Aquí, el espectro que se forma cuando un electrón pasa del nivel de energía más alto al primer nivel de energía se llama serie de Lyman. De manera similar, la transición electrónica del nivel de energía más alto al segundo nivel de energía se llama serie de Balmer. La transición de electrones del nivel de energía más alto al tercer nivel de energía se llama serie de Paschen. La transición de electrones del nivel de energía más alto al cuarto nivel de energía se llama serie de corchetes. La transición electrónica del nivel de energía más alto al quinto nivel de energía se llama serie de fondo. Y cuando el electrón pasa del nivel de energía más alto al sexto nivel de energía, se llama serie de Humphreys.
Entre los muchos éxitos del modelo atómico de Bohr se encuentra la determinación del momento, la energía, la velocidad y el radio orbital del electrón. Determine la forma de la órbita del electrón. Concepto de estabilidad atómica y espectro. Sin embargo, este modelo también tenía importantes limitaciones.
Limitaciones del modelo atómico de Bohr
El modelo atómico de Bohr y sus cálculos son todos aplicables al hidrógeno, un átomo con un protón y un electrón. No es aceptable para todos los demás átomos.
Según el concepto del espectro de Bohr, entre los dos orbitales se crea un espectro o una mancha cuando el electrón se mueve al nivel de energía más alto o llega al nivel de energía más bajo. Pero aparte de este espectro en los átomos, vemos muchas pequeñas líneas espectrales junto a él. Bohr no pudo darnos una idea clara de la causa y el origen de estos.
Incluso tantos modelos sobre el átomo no pudieron poner fin a las especulaciones sobre el átomo en la mente de la gente. En sus mentes seguían surgiendo una pregunta tras otra sobre el átomo. Uno de esos pensadores fue James Chadwick. Descubrió la existencia de una partícula sin carga pero intrínsecamente magnetizada con protones en el núcleo del átomo. Llamado Neutrón.
En ese momento, la gente había encontrado respuestas a muchas preguntas sobre las partículas más pequeñas de la materia: electrones, protones y neutrones. Pero había algunas limitaciones ocultas en todo. Al igual que con el último modelo atómico de Bohr, se introducen restricciones sólo para átomos distintos de los de hidrógeno. Por eso necesitamos un modelo que responda a todas nuestras preguntas sobre los átomos. ¿Pero cómo?
Seguimos descubriendo y adquiriendo conocimientos sobre átomos y partículas de pequeña masa y tamaño. Entre ellos, destacan el principio de incertidumbre de Heisenberg, la dualidad partícula-onda de De-Broglie, el concepto de fotón de Max Planck, la ecuación electrónica de Schrödinger, etc. Y basándose en estas teorías, obtenemos el modelo cuántico en la edición conjunta de Max Planck y Albert Einstein.
Desde el descubrimiento del modelo cuántico o mecánica cuántica, empezó a llegar a nuestras manos nueva información sobre el átomo. Aprendemos muchas limitaciones y nueva información sobre las ideas de Rutherford y Bohr sobre el átomo. Entre los cuales destaca el concepto de superposición de electrones de Paul Dirac. Mientras que los electrones no existen en todos los lugares simultáneamente. El electrón ha roto aquí la barrera de la posibilidad-imposibilidad.
La divisibilidad de los átomos está plenamente demostrada hoy. Donde al romper átomos obtenemos electrones, protones y neutrones. Ahora bien, el modelo cuántico moderno también nos dice: estos electrones, protones y neutrones también son divisibles. Están formados por muchas más partículas diminutas. Quizás algún día se descubra que todas esas partículas también provienen de alguna energía. Éste puede ser el secreto de la energía cuántica o de la energía del vacío y las fluctuaciones cuánticas.
Muchos todavía creen que pronto descubriremos muchos más datos desconocidos sobre los átomos a partir del modelo cuántico. Por tanto, la mecánica cuántica tiene un lugar aparte en la mente de los amantes de la física.
