RUTHERFORD Y EL MODELO ATÓMICO: EL ORIGEN DE UNA NUEVA CONCEPCIÓN SOBRE LA TEORÍA ATÓMICA.

Hoy dedicaremos un breve espacio en nuestro blog a  describir, en estas pequeñas líneas, el origen de una de las teorías más innovadoras dentro del campo de la Química. De ahí que hayamos escogido uno de los modelos atómicos que más repercusión ha tenido en los últimos siglos. En entradas anteriores ya comentamos el gran impacto que produjo el descubrimiento de Rutherford en el mundo de la ciencia, pero...¿Cómo llegó el físico neozelandés a esta nueva teoría?

Mientras que en el modelo de Thomson se aceptaba que las cargas eléctricas del átomo producían una trayectoria uniforme, igual en comportamiento, de las partículas, Rutherford, su discípulo, rectificó esta hipótesis a través de un experimento consistente en bombardear una lámina muy fina de oro con partículas alfa (núcleos de helio, un elemento químico de la tabla periódica), y observó que, si bien algunas de esas partículas atravesaban la lámina sin problemas, otras muchas,en cambio, rebotaban o se desviaban de la trayectoria uniforme o lineal que había descrito Thomson en su modelo. 

De ahí que Rutherford considerase que existe una concentración de carga en el centro del átomo, hecho que fue esencial para el resto de teorías atómicas, pues de ello se deducía la existencia de un núcleo atómico donde se concentraba toda la carga positiva y la mayor parte de la masa del átomo. Ahora bien, tanto la masa como la carga positiva del átomo se concentraban en un espacio muy pequeño del mismo en lugar de estar distribuidas y repartidas por todo el átomo, lo que daba lugar a que algunas de esas partículas atravesasen la lámina de oro del experimento o que chocasen directamente contra ese espacio donde se acumulaba la masa, tal como aparece en la siguiente imagen:

En el siguiente vídeo podéis entender mejor el experimento que estamos explicando:

                                          

La corteza, en cambio, es un espacio vacío en relación con el núcleo. Por esta razón las partículas alfa atravesaban la lámina de oro del experimento sin desviarse. Aquí "residen", por así decirlo, los electrones, que tienen carga negativa; y al igual que en un minúsculo sistema solar, los electrones giran en torno al núcleo de forma parecida a los planetas que giran alrededor del Sol. Estos electrones están ligados al núcleo mediante atracción eléctrica de cargas de signo contrario. Es,en definitiva, lo que la teoría sobre el campo magnético definiría años más tarde con aquella conocida frase de que "los polos opuestos se atraen".

Webgrafía consultada:

• http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/1000/1162/html/2_modelo_atmico_de_rutherford.htm

• http://cosmolearning.org/videos/rutherfords-experiment/

UN PEQUEÑO RAYO DE SABIDURÍA EN EL ATARDECER DE LA VIDA.

En la juventud aprendemos, en la vejez entendemos.

 Marie von Ebner Eschenbach

Bienvenidos a mi espacio, blogueros:

 Lola, una anciana vecina mía, por la que siento un gran afecto, solía decir que no hay mejor maestra que la propia vida. Quizá soy aún algo joven para valorar el significado exacto de estas palabras, o quizá la vida me haya enseñado, por uno u otros cauces, a formar mi propio conocimiento de las cosas, a través de la experiencia, no lo sé... En cualquier caso, ésta es una de las reflexiones con las que podemos llegar a comprender que el aprendizaje no tiene barreras, ni edad, ni fronteras que no puedan ser superadas. Lola, como os decía, es un buen ejemplo de ello. Ella, que a menudo tiene la  costumbre de saber ver más allá de sus narices, contemplando las cosas desde su mirada un tanto particular, me explicaba los procesos cotidianos de la vida con más teatro que un mito griego. Así, cuando llovía, y yo era muy pequeña, en lugar de hacerme descubrir aquello de la condensación del vapor de agua contenido en las nubes, me contaba que los espíritus sentían tanta nostalgia por sus seres queridos allá arriba, que sus lágrimas caían para hacer recordar a los vivos que les seguían recordando en el más allá, y otras mil teorías ingeniosas en las que no faltaban la fantasía, las metáforas y, por qué no, algo de humor.

Pues bien, hoy, observando a Lola, que no ha perdido ni una pizca de imaginación, pues, tras explicarle la estructura del átomo, dibujándole en un papel la famosa sandía, pude reparar en que miraba el vídeo con asombrosa intriga, haciendo alguna que otra mueca de sorpresa al ver cómo todos y cada uno de los pequeños elementos que componían la materia (quarks, electrones, átomos...) iban formando una larga cadena que cobraba sentido a medida que esos elementos se continuaban con otros de mayor alcance y tamaño (desde las galaxias y la vía láctea, hasta el horizonte cósmico espacial). Lola me decía que el universo entero podría compararse con un gigantesco huerto. Yo no acababa de entender esa comparativa, pero ella no tardó en despejarme dudas: 

"Sí, hija -me contaba- al igual que tú me has puesto el ejemplo de la sandía como un átomo con sus pepitas (electrones) alrededor, yo tengo mi propia idea de lo que tú llamas, en castellano fino,  materia, y yo, en román paladino, la cosa. Pues bien, la cosa es así de simple: el universo es un enooorme huerto poblado por muchos tipos de sandías, frutas y verduras muy diferentes entre sí, con sus pepitas dentro. Imagina mi propio huerto, así de pequeñito como es, y los huertos de las vecinas, y los de todo el pueblo, y después los de toda Extremadura, y los del país entero, y tooodos los huertos del mundo juntos. ¿No forman igualmente una cadena grandísima, que a simple vista parece insignificante, pero que luego se hace más y más grande, y que si la miramos desde esa inmensidad y nos acercamos a lo pequeño, parece que hemos recorrido un buen trecho? ¿No es eso, a fin de cuentas, lo que llamas la materia ?"

Y momentos después, para que terminase de comprender aquella explicación un poco fantástica, me llevó a la cómoda de su habitación para mostrarme unas muñecas pintadas de rojo y otros colores llamativos en madera.

"Ésto es la materia, hija" - me indicó, señalando con el dedo a las extrañas muñecas que yo había visto hace mucho tiempo ya, que parecían tener más años que la propia Lola, y, que albergaban a su vez otras muñequitas más pequeñas.

Y entonces supe realmente que Lola había sabido explicarme mejor que nadie la esencia de esta lección. Nada más emocionante que haber conseguido hacer entender a una mujer de 74 años la estructura del átomo y el sentido de la materia.

ERNEST RUTHERFORD Y EL DESCUBRIMIENTO DE LA ESTRUCTURA ATÓMICA.

Bienvenidos una vez más, mis admirables lectores, a este pequeño rincón de la ciencia. Como sabéis, es ya una costumbre, dentro de nuestro blog, el hecho de incluir en nuestro espacio a grandes físicos, y, por ello hoy me gustaría que conocieseis al señor Ernest Rutherford. ¿Cómo? ¿No os suena de nada? Está bieeeeeennnn. Para que podáis entenderme mejor, os relataré quién fue y por qué es tan importante para el tema que vamos a tratar.

Veréis, hace ya algunos años, (¡pero bueno, qué digo, hace ya muuuchos años, dos siglos, para ser exactos!), en un lugar muy lejano para vosotros, nació, en un pequeño pueblecito de Nueva Zelanda, una hermosa isla de Oceanía, un joven brillante al que todos conocían con el nombre de Ernest Rutherford, nombre que, por otra parte, quedaría consagrado en la historia de la ciencia por los siglos de los siglos. Hijo de un granjero escocés y de una maestra británica, el pequeño Ernest demostró desde su más tierna infancia el gusto por la aritmética. Sus padres, viendo la buena disposición que tenía el chico hacia los estudios, y observando sus grandes inquietudes (entre las que también se encontraba, por cierto el rugby), decidieron matricularlo tiempo después en la Universidad de Canterbury College, donde ya comenzó a participar en los clubes de ciencia, y cómo no, en algún que otro partido de rugby, deporte en el que mostró también una gran destreza. Y fue por esta época cuando nuestro protagonista comenzó a realizar sus primeros experimentos científicos, que le llevaron al descubrimiento de las propiedades magnéticas del hierro. 

Poco después, y en vista de sus excelentes resultados académicos, tras licenciarse, Ernest consiguió el título de maestro impartiendo clases de Matemáticas y Física, y emprendió un viaje a Gran Bretaña para trabajar en los Laboratorios Cavendish de Cambridge, a las órdenes de otro gran científico, descubridor del electrón, J.J. Thomsom. En realidad, y como podéis imaginar, a muy pocos estudiantes se le concedía una oportunidad como esta. Fueron muchas las investigaciones que realizó durante su estancia en Inglaterra, por ejemplo, en el ámbito de la radioactividad (el descubrimiento del neutrón, núcleo atómico de los átomos, fue muy importante), lo que le causó muchas críticas entre los científicos de la época, y, paradójicamente,  el reconocimiento de la Royal Society en 1903, quien le galardonó con la Medalla Rumford en 1904. 

                                                   

A continuación, podéis observar, de una forma más visual, cuáles son algunos de los elementos (entre ellos, como ya os he mencionado, el neutrón) estudiados por Rutherford. Si os interesa, y queréis repasar lo aprendido, os recomendaría que le echaseis un vistazo al siguiente enlace web para que comprendáis mejor cómo funcionan los átomos:

http://www.portaleducativo.net/octavo-basico/814/atomos-proton-neutron-electron

...Y como los caminos de la ciencia, a veces, por esas casualidades del destino, se cruzan con los del amor, Ernest conoce a Mary Newton, a quien ofrece su vida y con quien acaba casándose y teniendo una preciosa hija: Eileen.

Sin embargo, no sería hasta algunos años después cuando Ernest diera luz a uno de los grandes hallazgos de la Física: la estructura del núcleo atómico, algo que ahora nos parece de lo más normal del mundo, si bien para este científico resultó un proceso bastante complejo, y que hemos explicado a través de las imágenes de arriba. Por entonces se sabía que dentro de los átomos había electrones, partículas cargadas negativamente. Este modelo, propuesto por J.J. Thomson, venía a explicar que el átomo era como una especie de esfera maciza cargada positivamente en cuyo interior se encontraban los electrones en posición fija, algo así como una sandía haciendo las pepitas el papel de electrones.

Hasta que un buen día, Rutherford, investigando las colisiones de partículas alfa (os aclaro que Ernest clasificó las partículas radioactivas en alfa, beta y gamma) sobre láminas de metal, observó para su sorpresa que esas partículas rebotaban hacia atrás, hacia el punto de lanzamiento, lo que le hizo deducir que dentro del átomo había algo duro y muy pesado, descubriendo así el modelo que actualmente utilizamos, en el que el átomo tiene una parte central llamada núcleo y una corteza electrónica que contiene los electrones, los cuales realizan un movimiento muy similar a nuestro sistema planetario alrededor del Sol, y así precisamente lo describió Rutherford para que sus contemporáneos lo comprendiesen mejor.

 Por tanto, la genialidad de Ernest residió en haber roto con el modelo tradicional de Thomson, y por ello recibiría años más tarde el Premio Nobel de Química, a pesar de que, según cuentan algunas fuentes, hubera preferido recibir el de Física, puesto que ésa era su especialidad, ¿Una nueva ironía del destino? Quizás sí...Lo realmente sorprendente es que, no mucho tiempo después, el modelo de Rutherford sería aplicado y adaptado a la Física Cuántica (ciencia que estudia los fenómenos a escala microscópica): 

http://www.quo.es/ciencia/la-fisica-cuantica-para-entenderla-por-fin

Imagen tomada de la sección digital www.quo.es

En definitiva, el modelo atómico de Rutherford podría resumirse en los siguientes tres puntos básicos:

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.

...Y así fue como nuestro gran Ernest pasó a la historia de la ciencia como uno de los grandes físicos de la humanidad. Espero que hayáis entendido bien cómo funciona esto de los átomos. Si bien se mira, todo es como una gran galaxia donde cada planeta juega un papel fundamental. 

Me gustaría terminar esta entrada con una frase que para mí resume todo lo que hasta aquí hemos explicado, y que encontré, por otra de esas casualidades, en una de mis novelas favoritas, El Principito,  y es que "lo esencial es invisible a los ojos"...