Modelo de Rutherford  



En 1911 Ernest Rutherford estableció la existencia del núcleo atómico a partir de los datos experimentales de la dispersión de partículas alfa por núcleos de átomos de oro, obtenidos de  su famoso  "experimento de la lámina de oro".

 


Para Rutherford, el átomo era un sistema planetario de electrones (carga negativa)  girando alrededor de un núcleo atómico muy pesado y con carga eléctrica positiva.


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Crédito Wikimedia Commons (Educativo)

El modelo atómico de Rutherford puede resumirse de la siguiente manera:

  • El átomo posee un núcleo central pequeño, con carga eléctrica positiva, que contiene casi toda la masa del átomo.

  • Los electrones giran a grandes distancias alrededor del núcleo en órbitas circulares.

  • La suma de las cargas eléctricas negativas de los electrones debe ser igual a la carga positiva del núcleo, ya que el átomo es eléctricamente neutro.

Rutherford calculó el tamaño del átomo, su diámetro sería del orden de \(10^{10}m\), mientras que el de su núcleo del orden de \(10^{14}m\). Es decir el núcleo es unas diez mil veces menor que el átomo, por lo que es de suponerse una gran cantidad de espacio vacío en la estructura atómica de la materia.



Experimento de la lámina de oro

Antes de que Rutherford postulara su modelo atómico ya se conocía el modelo propuesto por J.J.Thomson de 1904. Este concebía el átomo como una esfera de carga positiva uniforme en la cual están incrustados los electrones.

Para comprobar este modelo, Rutherford junto con sus alumnos Geiger y Mardsen desarrollaron el experimento conocido como " de la lámina de oro". Consistía en bombardear láminas de oro muy delgadas (\(5\times 10^{-8}m\)) con partículas \(\alpha\) ( partículas con carga positiva).

Lo que observó fue:

  •  La mayor parte de las partículas alfa atravesaban la lámina de oro sin sufrir ninguna desviación

  • Muy pocas (una de cada 10.000 aproximadamente)  se desviaba un ángulo mayor de 100

  •  En rarísimas ocasiones  (un 0.0005%)  las partículas  rebotaban en la lámina






Interpretación dada por Rutherford

  • Si el modelo atómico propuesto por Thomson fuera cierto no deberían observarse desviaciones ni rebotes de las partículas incidentes, éstas atravesarían  los átomos sin desviarse.




  • Para que las partículas se desvíen, deben encontrar en su trayectoria una zona cuya masa sea comparable o mayor a la de las partículas incidentes, además,debe tener carga positiva. (Lo que ahora llamamos núcleo)

  • El tamaño del núcleo debería de ser muy pequeño comparado con el total del átomo.

  • La carga eléctrica (negativa) de los electrones debería estar exactamente compensada con la positiva del núcleo, ya que los átomos son eléctricamente neutros.




Todo lo anterior se puede explicar si suponemos un modelo planetario de átomo con un núcleo central (muy pequeño en relación con la totalidad del átomo) en el que se concentra la masa y la carga positiva. Los electrones girarían (de forma  análoga a como lo hacen los planetas alrededor del Sol) en órbitas concéntricas alrededor del núcleo.




Problemas del modelo de Rutherford del átomo


  • El modelo de Rutherford entraba en contradicción con las ecuaciones de Maxwell, que predecían que una carga eléctrica acelerada debía emitir energía en forma de radiación electromagnética, así que el electrón tendría que acabar estrellado contra el núcleo.




  •  En aquella se epoca ya se conocían los  espectros atómicos de emisión y absorción de los gases a baja presión, los cuales no son continuos como los de los cuerpos calientes. El modelo no explica la discontinuidad de los espectros.  Puedes observar los espectros de emisión y absorción de todos los elementos conocidos en el siguiente sitio web