Page 761 - Física Tippens: Conceptos y Aplicaciones, Séptima Edición Revisada

742 Capítulo 38 La física moderna y el átomo

El átomo de Rutherford

Los primeros intentos de explicar la estructura del átomo reconocieron que la materia es eléc­
tricamente neutra y que si al interior del átomo había cargas, de alguna forma debían hallarse
neutralizadas, lo que supone una misma cantidad de cargas positivas y negativas. En 1911, Emest
Rutherford llevó a cabo experimentos en los que bombardeó una lámina delgada de metal con un
flujo de partículas alfa, como se muestra en la figura 38.5. Una partícula alfa es una minúscula
partícula con carga positiva, emitida por una sustancia radiactiva como el radio. En el experimen­
to, de todas las partículas con carga positiva, algunas se desviaron ligeramente, pero la mayoría
penetró fácilmente la lámina, lo cual se observó por un destello que se activaba cuando golpeaban
la pantalla de sulfuro de cinc. Para sorpresa de Rutherford, otras se desviaron en ángulos extremos;
incluso algunas se desviaron hacia atrás. (Rutherford mismo declaró que era como disparar un
cañón a través de una hoja de papel para encontrarse que algunas balas rebotaban para golpear su
rostro). Las desviaciones hacia los extremos no podían explicarse en términos del modelo atómico
de Thomson. Si las cargas se hallaban dispersas por todo el átomo, las fuerzas eléctricas serían de­
masiado grandes para repeler las partículas alfa en los grandes ángulos observados en la realidad.
Rutherford explicó estos resultados suponiendo que toda la carga positiva de un átomo se
concentraba en una pequeña región, llamada el núcleo del átomo. Supuso que los electrones se ha­
llaban distribuidos en el espacio alrededor de la carga positiva. Si en efecto el átomo consistía en
su mayor parte de espacio vacío, el hecho de que la mayoría de las partículas alfa pasaran en for­
ma directa a través de la hoja se explicaba fácilmente. Más aún, Rutherford encontró que el gran
ángulo con el que se dispersaban las partículas era resultado de la repulsión electrostática. Una
vez que las partículas alfa penetraban el espacio donde se encontraban los electrones dispuestos
en tomo de la carga positiva, se encontraban más cerca de una fuerte carga positiva de gran masa.
Por tanto, era de esperarse que en ese proceso actuaran fuerzas electrostáticas importantes.
Rutherford ha recibido el crédito por haber descubierto el núcleo debido a que fue capaz de
desarrollar fórmulas para predecir la dispersión de las partículas alfa. Con base en sus cálculos, el
diámetro del núcleo se estimó en aproximadamente una diezmilésima parte del diámetro del áto­
mo mismo. Se consideró que la parte positiva del átomo se concentra en el núcleo y que tiene un
diámetro aproximado de 10~5 nm. Rutherford creyó que los electrones estaban agrupados alrede­
dor del núcleo, de tal modo que el diámetro de todo el átomo era de 0.1 nm aproximadamente.

Dispersión de las
partículas alfa

Figura 38.5 La dispersión de las partículas alfa, según Rutherford. proporcionó los primeros datos sobre
el núcleo atómico.

Órbitas electrónicas
Una dificultad inmediata que surgió con el modelo atómico de Rutherford tuvo relación con la
estabilidad de los electrones atómicos. Por la ley de Coulomb sabemos que los electrones ten­
drían que ser atraídos hacia el núcleo. Una explicación posible era que los electrones se mo­
vieran en círculos alrededor del núcleo de forma similar a como lo hacen los planetas girando
alrededor del Sol. La fuerza centrípeta necesaria sería provista por la atracción de Coulomb.