Modelo atómico de Thomson (pudín de ciruelas): definición y origen

Modelo atómico de Thomson (pudín de ciruelas): definición, origen y por qué fue descartado. Historia clave y contexto científico del átomo en el siglo XX.

El modelo del pudín de ciruela fue un modelo del átomo de principios del siglo XX (e incorrecto). Fue propuesto por J.J. Thomson en 1904, después del descubrimiento del electrón, pero antes del descubrimiento del núcleo atómico. En aquella época, los científicos sabían que había una carga positiva en el átomo que equilibraba las cargas negativas de los electrones, haciendo que el átomo fuera neutro, pero no sabían de dónde procedía la carga positiva. El modelo de Thomson mostraba un átomo que tenía un medio o espacio cargado positivamente, con electrones cargados negativamente dentro del medio. Poco después de su propuesta, el modelo recibió el nombre de "pudín de ciruelas" porque el medio positivo era como un pudín, con electrones, o ciruelas, en su interior.

Contexto histórico

Tras el descubrimiento del electrón (1897), era necesario explicar cómo se mantenía la neutralidad eléctrica del átomo. J.J. Thomson —galardonado con el Nobel de Física en 1906— propuso en 1904 este modelo como una primera tentativa para integrar las cargas positivas y negativas dentro de la estructura atómica. En ese momento no existía evidencia experimental clara sobre la existencia de un núcleo atómico, por lo que la idea de una carga positiva distribuida uniformemente parecía razonable.

Características principales del modelo

• Medio positivo continuo: la carga positiva se consideraba distribuida uniformemente por todo el átomo, formando un "medio" o masa difusa.
• Electrones incrustados: los electrones se imaginaban como partículas puntuales incrustadas en ese medio positivo, análogas a ciruelas en un pudín.
• Neutralidad global: la suma de la carga positiva del medio y las cargas negativas de los electrones daba como resultado un átomo eléctricamente neutro (fuera neutro).
• Estabilidad cualitativa: se esperaba que la distribución uniforme de carga positiva retuviera a los electrones y explicara en términos generales la estructura atómica.

Limitaciones y refutación experimental

Aunque intuitivo, el modelo tenía limitaciones claras y fue refutado por experimentos posteriores:

• Experimento de la lámina de oro (1911): dirigido por Ernest Rutherford y realizado por Hans Geiger y Ernest Marsden, mostró que algunas partículas alfa eran desviadas en ángulos muy grandes al atravesar una lámina de oro. Según el modelo del pudín de ciruelas, la desviación debía ser siempre muy pequeña porque la carga positiva estaba difusa; los grandes ángulos observados indicaban la existencia de una carga positiva concentrada en un volumen muy pequeño: el núcleo atómico.
• Imposibilidad de explicar espectros: el modelo no ofrecía un mecanismo para las líneas espectrales discretas observadas en los átomos (posteriormente explicadas por modelos cuánticos como el de Bohr y la mecánica cuántica).
• Problemas de estabilidad clásica: según la física clásica, los electrones acelerados alrededor de cargas positivas radiarían energía y colapsarían en el centro; el modelo no resolvía esta contradicción.

Consecuencias y legado

La refutación del modelo del pudín de ciruelas condujo directamente al modelo nuclear de Rutherford (1911), en el que casi toda la masa y la carga positiva del átomo se concentran en un núcleo atómico muy pequeño, con electrones orbitando alrededor. Ese modelo, a su vez, fue refinado por Niels Bohr en 1913 para explicar el espectro del hidrógeno y más tarde reemplazado por la mecánica cuántica, que describe la distribución electrónica mediante funciones de onda y orbitales.

Aunque incorrecto, el modelo del pudín de ciruelas es importante históricamente porque representó un paso intermedio en la comprensión de la estructura atómica: ofreció una explicación tentativa de la neutralidad atómica y motivó experimentos que llevaron a descubrimientos fundamentales sobre la naturaleza del átomo.

Resumen rápido

• Propuesto por J.J. Thomson en 1904 para explicar la neutralidad del átomo.
• Imaginaba una carga positiva distribuida con electrones incrustados, de ahí la metáfora del pudín de ciruelas.
• Refutado por el experimento de la lámina de oro de Rutherford (1911), que mostró la existencia de un núcleo atómico.
• Importante como paso histórico hacia modelos atómicos más precisos y la física cuántica.

Desarrollo del modelo atómico moderno

El modelo de Rutherford

Básicamente, en 1909, no mucho después de que se propusiera el modelo de Thomson, Hans Geiger y Ernest Marsden hicieron un experimento con finas láminas de oro, para probar el modelo de Thomson. Su profesor, Ernest Rutherford, esperaba que los resultados demostrasen que Thomson estaba en lo cierto, pero los resultados fueron extremadamente diferentes a lo que esperaban. En 1911, Rutherford descubrió que las cargas positivas procedían de unas partículas diminutas llamadas protones, y que los protones estaban en un centro diminuto llamado núcleo, y que los electrones orbitaban alrededor del núcleo.

Modelo de Bohr

El modelo de Rutherford era bastante sencillo, pero era erróneo porque los electrones tienen carga, y deberían ser atraídos por el núcleo cargado positivamente. En 1913, Niels Bohr añadió los "niveles de energía" al modelo atómico. Los electrones no caen en el núcleo porque están contenidos en niveles de energía, y para cambiar a niveles de energía más altos se necesita energía extra, y para cambiar a niveles de energía más bajos se necesita una liberación de energía. No es posible cambiar de estado energético sin cambiar la energía del electrón. Si un electrón es golpeado por un fotón (una partícula portadora de radiación electromagnética) ganará energía extra y pasará a un nivel de energía más alto (cambia de estado), luego volverá a saltar a un nivel de energía más bajo, liberando la energía que contiene. Este nuevo modelo se denominó modelo de Bohr o modelo de Rutherford-Bohr. Esto añadió toda una nueva rama de la ciencia: La física cuántica.

Modelo cuántico

En 1926 Erwin Schrödinger utilizó la idea de que los electrones actuaban como una onda, además de como una partícula, lo que se conoce como dualidad onda-partícula. Esto añadió una capa completamente nueva al modelo atómico y a la física cuántica. Con una partícula, se puede saber dónde está en el espacio si se observa (mira). Pero con una onda, está por todas partes, por lo que no se puede definir dónde está exactamente. Esto se conoce como incertidumbre cuántica. Con un electrón, sólo puedes saber la probabilidad de que esté en un lugar, porque es una onda además de una partícula. (Véase el diagrama anterior)

Una imagen que muestra a un electrón cambiando de nivel de energía, y ganando y liberando energía en forma de fotones.


Esto muestra el modelo atómico actual. El sombreado negro alrededor del átomo muestra la probabilidad de encontrar un electrón allí. Cuanto más oscuro sea, mayor será la probabilidad de encontrar un electrón en ese lugar.

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