ACTIVIDAD VIRTUAL 1

2. Modelo atómico de Rutherford
 El modelo atómico de Rutherford es un modelo atómico o teoría sobre la estructura interna del
átomo propuesto por el químico y físico británico-neozelandés Ernest Rutherford para explicar
los resultados de su "experimento de la lámina de oro", realizado en 1911.
 El modelo de Rutherford fue el primer modelo atómico que consideró al átomo formado por
dos partes: la "corteza", constituida por todos sus electrones, girando a gran velocidad
alrededor de un "núcleo" muy pequeño; que concentra toda la carga eléctrica positiva y casi
toda la masa del átomo.
 Rutherford llegó a la conclusión de que la masa del átomo se concentraba en una región
pequeña de cargas positivas que impedían el paso de las partículas alfa. Sugirió un nuevo
modelo en el cual el átomo poseía un núcleo o centro en el cual se concentra la masa y la carga
positiva, y que en la zona extra nuclear se encuentran los electrones de carga negativa.

3. Historia
 Antes de que Rutherford propusiera su modelo atómico, los físicos aceptaban que las cargas
eléctricas en el átomo tenían una distribución más o menos uniforme. Rutherford trató de ver
cómo era la dispersión de las partículas alfa por parte de los átomos de una lámina de oro muy
delgada. Los ángulos resultantes de la desviación de las partículas supuestamente aportarían
información sobre cómo era la distribución de carga en los átomos. Era de esperar que, si las
cargas estaban distribuidas uniformemente según el modelo atómico de Thomson, la mayoría
de las partículas atravesarían la delgada lámina sufriendo sólo ligerísimas
deflexiones, siguiendo una trayectoria aproximadamente recta. Aunque esto era cierto para la
mayoría de las partículas alfa, un número importante de estas sufrían deflexiones de cerca de
180º, es decir, prácticamente salían rebotadas en dirección opuesta a la incidente.
 Rutherford pensó que esta fracción de partículas rebotadas en dirección opuesta podía ser
explicada si se suponía la existencia de fuertes concentraciones de carga positiva en el átomo.
La mecánica newtoniana en conjunción con la ley de Coulomb predice que el ángulo de
deflexión de una partícula alfa relativamente liviana por parte de un átomo de oro más
pesado, depende del "parámetro de impacto" o distancia entre la trayectoria de la partícula y el
núcleo:

4.  Donde:
, siendo
eléctrica del centro dispersor.


la constante dieléctrica del vacío y
la carga
, es la energía cinética inicial de la partícula alfa incidente.
es el parámetro de impacto.
 Dado que Rutherford observó una fracción apreciable de partículas "rebotadas" para las cuales
el ángulo de deflexión es cercano a χ ≈ π, de la relación inversa a (1):
 Se deduce que el parámetro de impacto debe ser bastante menor que el radio atómico. De
hecho el parámetro de impacto necesario para obtener una fracción apreciable de partículas
"rebotadas" sirvió para hacer una estimación del tamaño del núcleo atómico, que resulta ser
unas cien mil veces más pequeño que el diámetro atómico. Este hecho resultó ser la capacidad
uniformable sobre la carga positiva de neutrones.

5. Aportaciones de Rutherford
 Para Ernest Rutherford, el átomo era un sistema planetario de electrones girando
alrededor de un núcleo atómico pesado y con carga eléctrica positiva.
Basado en los resultados de su trabajo, que demostró la existencia del núcleo atómico,
Rutherford sostiene que casi la totalidad de la masa del átomo se concentra en un núcleo
central muy diminuto de carga eléctrica positiva. Los electrones giran alrededor del
núcleo describiendo órbitas circulares. Estos poseen una masa muy ínfima y tienen carga
eléctrica negativa. La carga eléctrica del núcleo y de los electrones se neutralizan entre sí,
provocando que el átomo sea eléctricamente neutro.
 Rutherford no solo dio una idea de cómo estaba organizado un átomo, sino que también
calculó cuidadosamente su tamaño (un diámetro del orden de 10-10 m) y el de su núcleo
(un diámetro del orden de 10-14m). El hecho de que el núcleo tenga un diámetro unas
diez mil veces menor que el átomo supone una gran cantidad de espacio vacío en la
organización atómica de la materia.

6.  Para analizar cuál era la estructura del átomo, Rutherford diseñó un experimento:
Bombardearon una placa de oro muy delgada con partículas (ALFA) procedentes de una fuente
radioactiva. Colocaron una pantalla de Sulfuro de Zinc fluorescente por detrás de la capa de
oro para observar la dispersión de las partículas alfa en ellas. Los ángulos deflactados por las
partículas supuestamente aportarían información sobre cómo era la distribución de carga en los
átomos. En concreto, era de esperar que si las cargas estaban distribuidas acordemente al
modelo de Thomson la mayoría de las partículas atravesarían la delgada lámina sufriendo sólo
ligerísimas deflaciones en su trayectoria aproximadamente recta. Aunque esto era cierto para la
mayoría de partículas alfa, un número importante de estas sufrían deflexiones de cerca de
180º, es decir, prácticamente salían rebotadas en dirección opuesta a la incidente.
Rutherford apreció que esta fracción de partículas rebotadas en dirección opuesta podía ser
explicada si se asumía que existían fuertes concentraciones de cargas positivas en el átomo. Lo
anterior demostró, que la dispersión de partículas alfa con carga positiva, era ocasionada por
repulsión de centros con carga positiva en la placa de oro, igualmente se cumplía con placas de
metales distintos, pudiéndose concluir que cada átomo contenía un centro de masa diminuto
con carga positiva que denomino núcleo atómico. La mayoría de las partículas alfa atraviesan
las placas metálicas sin desviarse, porque los átomos están constituidos, en su mayoría, por
espacios vacíos colonizados tan sólo por electrones muy ligeros. Las pocas partículas que se
desvían son las que llegan a las cercanías de núcleos metálicos pesados con cargas altas.

7. Postulados
1. El átomo esta constituido por una zona central, a la que se le llama núcleo, en la que se
encuentra concentrada toda la carga positiva y casi toda la masa del núcleo.
2. Hay otra zona exterior del átomo, la corteza, en la que se encuentra toda la carga negativa y
cuya masa es muy pequeña en comparación con la del átomo. La corteza esta formada por los
electrones que tenga el átomo.
3. Los electrones se están moviendo a gran velocidad en torno al núcleo.
4. El tamaño del núcleo es muy pequeño en comparación con el del átomo (unas 100.000 veces
menor).
5. El número de electrones negativos es igual al numero de protones positivos; luego, el átomo
resulta neutro.

8. Características:
 Características:
1. Todo átomo se divide en dos partes: núcleo formado por los protones (p+) y los neutrones
(n), y la corteza formada por los electrones (e-).
2. Los electrones pueden girar alrededor de núcleo de orbitas circulares de radios cualquiera.
Esto equivale a decir que existen diferentes órbitas. (Órbita: trayectoria que describe el
electrón en su movimiento alrededor del núcleo).
 Dificultades:
1. Al existir infinitas órbitas, entonces existen infinitos saltos electrónicos, por tanto existirán
infinitas rayas en el espectro atómico y así los espectros atómicos deberían ser continuos y no
es así.
2. Según la teoría electromagnética clásica: "toda partícula carga da y acelerada emite
energía". Entonces el electrón perdería energía cinética y acabaría chocando con el
núcleo, pero esto no ocurre. (el electrón posee aceleración normal o centrípeta al variar la
dirección y sentido de su velocidad).

9. Importancia del modelo y
limitaciones
 La importancia del modelo de Rutherford residió en proponer por primera vez la existencia de
un núcleo en el átomo (término que, paradójicamente, no aparece en sus escritos). Lo que
Rutherford consideró esencial, para explicar los resultados experimentales, fue "una
concentración de carga" en el centro del átomo, ya que sin ella, no podía explicarse que
algunas partículas fueran rebotadas en dirección casi opuesta a la incidente. Este fue un paso
crucial en la comprensión de la materia, ya que implicaba la existencia de un núcleo atómico
donde se concentraba toda la carga positiva y más del 99,9% de la masa. Las estimaciones del
núcleo revelaban que el átomo en su mayor parte estaba vacío.
 Rutherford propuso que los electrones orbitarían en ese espacio vacío alrededor de un
minúsculo núcleo atómico, situado en el centro del átomo. Además se abrían varios problemas
nuevos que llevarían al descubrimiento de nuevos hechos y teorías al tratar de explicarlos:

10. o Por un lado se planteó el problema de cómo un conjunto de cargas positivas podían mantenerse
unidas en un volumen tan pequeño, hecho que llevó posteriormente a la postulación y
descubrimiento de la fuerza nuclear fuerte, que es una de las cuatro interacciones
fundamentales.
o Por otro lado existía otra dificultad proveniente de la electrodinámica clásica que predice que
una partícula cargada y acelerada, como sería el caso de los electrones orbitando alrededor del
núcleo, produciría radiación electromagnética, perdiendo energía y finalmente cayendo sobre
el núcleo. Las leyes de Newton, junto con las ecuaciones de Maxwell del electromagnetismo
aplicadas al átomo de Rutherford llevan a que en un tiempo del orden de s, toda la energía del
átomo se habría radiado, con la consiguiente caída de los electrones sobre el núcleo.2 Se trata,
por tanto de un modelo físicamente inestable, desde el punto de vista de la física clásica.
•
Según Rutherford, las órbitas de los electrones no están muy bien definidas y forman una
estructura compleja alrededor del núcleo, dándole un tamaño y forma algo indefinidas. Los
resultados de su experimento le permitieron calcular que el radio atómico era diez mil veces
mayor que el núcleo mismo, y en consecuencia, que el interior de un átomo está prácticamente
vacío.

11. Modelos posteriores
 El modelo atómico de Rutherford fue sustituido muy pronto por el de Bohr. Bohr intentó
explicar fenomenológicamente que sólo algunas órbitas de los electrones son posibles. Lo cual
daría cuenta de los espectros de emisión y absorción de los átomos en forma de bandas
discretas.
 El modelo de Bohr "resolvía" formalmente el problema, proveniente de la electrodinámica,
postulando que sencillamente los electrones no radiaban, hecho que fue explicado por la
mecánica cuántica según la cual la aceleración promedio del electrón deslocalizado es nula.
Predecesor:
Modelo atómico de
Rutherford:
Sucesor:
Modelo atómico de
Thomson
1911-1913
Modelo atómico de
Bohr

12. Referencias bibliográficas

Química I segunda edición, editorial Thomson
 Enciclopedia estudiantil/Química: ‘’ modelos atómicos y radiación’’

wikipedia.org/.../Modelo_atómico_de_Rutherford