Puedes buscar una imagen de un átomo en Internet y la encontrarás, aunque nadie haya visto un átomo antes. Pero tenemos una estimación de cómo se ve un solo átomo gracias al trabajo de un grupo de científicos diferentes, como el físico danés Niels Bohr.
Los átomos son los componentes básicos de la materia:un solo átomo de cualquier elemento individual es la entidad más básica de la naturaleza que aún se rige por las reglas de la física que podemos observar en la vida cotidiana (las partículas subatómicas que forman los átomos tienen sus propias reglas especiales). . Los científicos sospecharon que los átomos existían durante mucho tiempo antes de que pudieran conceptualizar su estructura; incluso los antiguos griegos pensaron que la materia del universo estaba formada por componentes tan pequeños que no podían descomponerse en nada más pequeño, y llamaron a estas unidades fundamentales átomos , que significa "indiviso". A finales del siglo XIX, se comprendió que las sustancias químicas se podían descomponer en átomos, que eran muy pequeños y que los átomos de diferentes elementos tenían un peso predecible.
Pero entonces, en 1897, el físico británico J.J. Thomson descubrió que los electrones (partículas cargadas negativamente dentro de los átomos que todos habían creído durante la mayor parte de un siglo que eran completamente indivisibles) eran las cosas más pequeñas que existían. Thomson simplemente planteó la hipótesis de que los electrones existían, pero no podía determinar exactamente cómo encajaban los electrones en un átomo. Su mejor suposición fue el "modelo del pudín de ciruela", que representaba al átomo como un pastel cargado positivamente salpicado de áreas cargadas negativamente esparcidas como fruta en un postre antiguo.
"Se descubrió que los electrones eran eléctricos negativos, y todos tenían la misma masa y eran muy pequeños en comparación con los átomos", dice Dudley Herschbach, químico de Harvard que compartió el Premio Nobel de Química en 1986 por sus "contribuciones sobre la dinámica de los procesos químicos elementales". ," en un correo electrónico. "Ernest Rutherford descubrió el núcleo en 1911. Los núcleos eran eléctricos positivos, con varias masas pero mucho más grandes que los electrones, aunque de tamaño muy pequeño."
Niels Bohr fue alumno de Rutherford y valientemente asumió el proyecto de su mentor de descifrar la estructura del átomo en 1912. Le llevó sólo un año llegar a un modelo funcional de un átomo de hidrógeno.
"El modelo de Bohr de 1913 para el átomo de hidrógeno tenía órbitas circulares de electrones alrededor del protón, como las órbitas de la Tierra alrededor del sol", dice Herschbach. "Bohr había utilizado un patrón simple y regular para el espectro del átomo de hidrógeno, que había sido descubierto por Johann Balmer en 1885. También hizo uso de la idea de la idea cuántica, descubierta por Max Planck en 1900."
En 1913, el modelo de Bohr supuso un gran paso adelante porque incorporó características de la recién nacida mecánica cuántica en la descripción de átomos y moléculas. Ese año publicó tres artículos sobre la constitución de átomos y moléculas:el primero y más famoso estuvo dedicado al átomo de hidrógeno y los otros dos describieron algunos elementos con más electrones, utilizando su modelo como marco. El modelo que propuso para el átomo de hidrógeno tenía electrones moviéndose alrededor del núcleo, pero sólo en pistas especiales con diferentes niveles de energía. Bohr planteó la hipótesis de que la luz se emitía cuando un electrón saltaba de una pista de mayor energía a una pista de menor energía; eso es lo que hacía que el hidrógeno brillara en un tubo de vidrio. Consiguió el hidrógeno correctamente, pero su modelo tenía algunos fallos.
"El modelo no logró predecir el valor correcto de las energías del estado fundamental de los átomos de muchos electrones ni de las energías de enlace de las moléculas, ni siquiera para los sistemas más simples de dos electrones, como el átomo de helio o una molécula de hidrógeno", dice Anatoly Svidzinsky , profesor del Instituto de Ciencia e Ingeniería Cuántica de Texas A&M, en una entrevista por correo electrónico. "Ya en 1913 quedó claro que el modelo de Bohr no es del todo correcto. Incluso para el átomo de hidrógeno, el modelo de Bohr predice incorrectamente que el estado fundamental del átomo posee un momento angular orbital distinto de cero."
Lo cual, por supuesto, podría no tener mucho sentido para ti si no eres físico cuántico. Sin embargo, el modelo de Bohr recibió rápidamente el Premio Nobel de Física en 1922. Pero incluso cuando Bohr estaba consolidando su reputación en el mundo de la física, los científicos estaban mejorando su modelo:
"El modelo de Bohr para el átomo de hidrógeno fue mejorado por Arnold Sommerfeld en 1916", afirma Herschbach. "Encontró órbitas elípticas que representaban líneas espectrales cercanas a aquellas que provenían de órbitas circulares. El modelo de Bohr-Sommerfeld para el átomo de hidrógeno es básico, pero la cuántica y la relatividad se convirtieron en aspectos importantes."
Entre 1925 y 1928, Werner Heisenberg, Max Born, Wolfgang Pauli, Erwin Schrodinger y Paul Dirac desarrollaron estos aspectos mucho más allá del modelo atómico de Bohr, pero el suyo es, con diferencia, el modelo de átomo más reconocido. Los modelos atómicos que nos ha dado la física cuántica se parecen menos a un sol rodeado de planetas electrónicos y más al arte moderno. Es probable que todavía utilicemos el modelo de Bohr porque es una buena introducción al concepto de átomo.
"En 1913, el modelo de Bohr demostró que la cuantificación es el camino correcto a seguir en la descripción del micromundo", dice Svidzinsky. "Así, el modelo de Bohr mostró a los científicos una dirección a seguir en la búsqueda y estimuló un mayor desarrollo de la mecánica cuántica. Si se conoce el camino, tarde o temprano se encontrará la solución correcta al problema. Se puede considerar el modelo de Bohr como uno de los Señales de dirección a lo largo de una ruta de senderismo hacia el mundo cuántico."
Ahora eso es interesanteEl padre de Niels Bohr, Christian Bohr, fue nominado a tres premios Nobel diferentes de Fisiología de la Medicina, aunque nunca ganó.
