por: Arlene Pérez Cintrón

Comencemos un viaje fascinante a un mundo super pequeño, el mundo de los átomos. Aquí todo es extremadamente chico y como verás pronto, muy extraño. Posiblemente ya haz escuchado a tu maestra hablar de que la materia está compuesta por pequeñas partículas llamadas átomos. El primero en darle ese nombre fue el filósofo griego Demócrito, que vivió en el siglo VI A.C. y se considera el fundador de la escuela atomista. La palabra átomo viene  del griego y significa indivisible. Ellos pensaban que el átomo era un  bloque básico e indivisible que compone la materia del universo. Lejos estaban de sospechar todas las maravillas que se encierran en un pequeño átomo.

 El nacimiento de la teoría atómica moderna se lo debemos a John Dalton en el siglo XIX.  El sostenía que cada elemento químico estaba compuesto por átomos iguales y exclusivos, y que aunque eran indivisibles e indestructibles, se podían asociar para formar estructuras más complejas (los compuestos químicos). Su rudimentaria teoría se apoyo en las aportaciones de Antoine Lavoisier ( ley de conservación de la masa) y Joseph Proust (ley de proporciones definidas).

 ¿Hay algo más pequeño que un átomo?

 Aunque inicialmente se pensó que los átomos eran la partícula más pequeña de la materia luego se comprobó que no era así.  En 1897 se encontró una partícula muchísimo más pequeña llamada electrón. Quien la descubrió fue un británico, J.J Thompson en la Universidad de Cambridge, con un experimento en el que usaba un tubo de rayos catódicos.  El electrón tenía una carga negativa que fue medida por el norteamericano Robert Millikan en su experimento de la gota de aceite. Thompson desarrolló un modelo atómico que se conoció como el budín de pasas. En dicho modelo, el átomo está compuesto por electrones de carga negativa (las pasas) repartidas en un átomo positivo como si fuera un budín.

 El modelo de un átomo fue cambiando cuando  en 1909 Ernest Rutherford,  descubrió que la mayor parte de la masa y de la carga positiva de un átomo estaba concentrada en una fracción muy pequeña de su volumen, que suponía que estaba en el mismo centro. Rutherford propuso un modelo planetario del átomo, en el que los electrones orbitaban en el espacio alrededor de un gran núcleo compacto, a semejanza de los planetas y el Sol. Luego, en 1918,  Rutherford logró partir el núcleo del átomo al bombardear gas nitrógeno con partículas alfa,  descubriendo así la partícula llamada protón. En 1932, James Chadwick encontró unas partículas eléctricamente neutras con una masa similar la de un protón. Fueron llamadas neutrones. El modelo atómico desarrollado por Rutherford consisitía en un pequeño núcleo positivo con los electrones negativos moviéndose en órbitas alrededor. El átomo era mayormente espacio vacio.

Veamos si estás claro. Tenemos que toda la materia está hecha de átomos que son la pieza más pequeña que retiene las propiedades de un elemento. Pero no es lo más pequeño, pues los átomos están compuestos de electrones, protones y neutrones.

 ¿Cómo son los átomos?

Ahora viene lo interesante. Mencionamos el modelo planetario del átomo que ideó Rutherford. Bueno, este modelo no es del todo adecuado. A comienzos del siglo XX,  la teoría cuántica revolucionó la física. El científico alemán Max Planck sugirió que la energía, en vez de ser emitida de forma continua, se emitía en  pequeños paquetes, llamados cuantos. Planck  supuso que un  electrón podía radiar energía solamente en forma de paquetes o cuantos.

Posteriormente, Albert Einstein, usó la teoría cuántica de Planck  para explicar el efecto fotoeléctrico, por lo que le dieron un premio Nobel. El efecto fotoeléctrico se conocía desde un par de décadas antes y describía que la luz que golpea un metal podía hacer que se desprendieran los electrones del metal.

Niels Bohr,  creó un nuevo modelo atómico, en el que los electrones se movían alrededor del núcleo en capas o niveles. Cada capa por donde pasaba el electrón tenía una energía específica y mientras más lejos del núcleo mayor la energía de esa capa.  Los electrones podían pasar de una capa a otra dando un "salto". Para saltar a niveles más altos de energía (más lejos del núcleo) el átomo necesitaba energía. Para que el electrón pasara a un nivel más bajo en energía, más cercano al núcleo, el átomo emitía energía.

El salto del electrón de un nivel a otro es algo sumamente extraño. No es un salto como el que dariamos tú y yo. El electrón pasa de un nivel a otro de modo prácticamente instantáneo. De acuerdo a Bohr, el electrón nunca puede ocupar ninguna posición entre las capas. Cuando brinca se transfiere directamente a otra órbita. Piensa en lo que quiere decir eso. Si los escalones de una escalera son las capas (niveles de energía) estaríamos diciendo que tu pie desaparece de un escalón y aparece en el próximo escalón sin pasar por el medio.
  
Así que resumiendo, el modelo de Bohr-Rutherford  tiene 3 partículas fundamentales: en el núcleo los protones de carga positiva y los neutrones que no tienen carga, y  localizados fuera del núcleo están los electrones, pequeñísmos, de carga negativa y organizados en capas. Cada órbita corresponde a un nivel de energía.

El modelo Bohr fue muy bueno para explicar la estructura del átomo de hidrógeno pero no tan bueno para explicar la estructura de otros átomos. La diferencia principal entre la teoría atómica moderna y la teoría de Bohr consiste en la descripción de la trayectoria del electrón, lo que veremos a en la sección las nubes electrónicas.


Las nubes electrónicas >>>

Cuando un fotón de luz  incide sobre un electrón puede hacer que éste pase de un nivel de energía a otro más alto. Cuando el electrón regresa a su nivel emite a su vez un fotón. Esto se conoce como el salto cuántico.

En el siguiente diagrama, las líneas circulares representan niveles de energía donde el electrón puede estar. El electrón está representado por un círculo azul mientras que el protón es un círculo naranja. El electrón saltó dos niveles de energía al recibir un fotón. Decimos que está en un estado excitado.  Cuando regresó a su nivel emitió a su vez dos fotones.