Modelo atómico de Rutherford
El modelo de Rutherford (1911) describe el átomo con un núcleo diminuto y positivo en el centro y los electrones girando a su alrededor.
El modelo atómico de Rutherford, propuesto en 1911 por el físico neozelandés Ernest Rutherford, describe el átomo como un espacio casi vacío con un núcleo diminuto, denso y de carga positiva en el centro, y con los electrones girando a su alrededor. Sustituyó al modelo de Thomson y fue el primero en situar la masa del átomo en un núcleo, una idea que sigue vigente hoy.
¿Qué es el modelo atómico de Rutherford?
Es un modelo de la estructura del átomo que se deduce de un experimento: el bombardeo de una lámina muy fina de oro con partículas alfa. Se conoce como modelo planetario porque compara el átomo con un sistema solar en miniatura, en el que los electrones recorren órbitas alrededor del núcleo, como los planetas alrededor del Sol, pero retenidos por la atracción eléctrica y no por la gravedad.
Es uno de los hitos entre los modelos atómicos: parte del modelo de Dalton (átomo indivisible) y del de J. J. Thomson (1904), que imaginaba una esfera positiva con electrones incrustados, como las pasas en un pudin.
El experimento de la lámina de oro
El experimento lo realizaron en 1909, en la Universidad de Mánchester, Hans Geiger y Ernest Marsden bajo la dirección de Rutherford. Consistía en lo siguiente:
- Una fuente radiactiva emitía un haz de partículas alfa (núcleos de helio, con carga positiva).
- El haz se dirigía contra una lámina de oro de espesor mínimo, de unos cientos de átomos.
- Una pantalla de sulfuro de zinc, que emite un destello al recibir una partícula alfa, rodeaba la lámina y permitía registrar hacia dónde se desviaba cada partícula.
Según el modelo de Thomson, la carga positiva estaba repartida por todo el átomo, así que las partículas alfa deberían haberse desviado muy poco. Los resultados fueron muy distintos:
- La inmensa mayoría de las partículas atravesaba la lámina sin desviarse.
- Una pequeña parte se desviaba ángulos pequeños.
- Muy pocas, aproximadamente una de cada 8000, rebotaban con ángulos superiores a 90°.
Rutherford lo describió como algo tan increíble como disparar un proyectil de gran calibre contra una hoja de papel de seda y que rebotase. En 1911 lo interpretó así: la carga positiva y casi toda la masa debían estar concentradas en una región minúscula, el núcleo, y el resto del átomo debía estar prácticamente vacío.
Postulados del modelo
- El átomo tiene un núcleo central muy pequeño, con carga positiva, donde se concentra casi toda su masa.
- Los electrones, de carga negativa, giran alrededor del núcleo en la corteza, a gran distancia de él.
- La carga positiva del núcleo compensa la carga negativa de los electrones, de modo que el átomo es eléctricamente neutro.
- El átomo es casi todo espacio vacío: el núcleo mide unos 10⁻¹⁵ m y el átomo unos 10⁻¹⁰ m, es decir, el átomo es del orden de 100 000 veces mayor que su núcleo.
Qué aportó y qué no pudo explicar
| Aportaciones | Limitaciones |
|---|---|
| Descubre el núcleo atómico | Según la física clásica, un electrón en órbita emitiría energía continuamente y acabaría cayendo al núcleo; el átomo sería inestable |
| Explica por qué casi todo atraviesa la materia | No explica los espectros de emisión, formados por rayas discretas |
| Permite relacionar el número atómico con la carga del núcleo | No describe cómo se distribuyen los electrones |
| Abre el camino a la física nuclear | No incluye neutrones, aún desconocidos |
Estas dificultades las resolvió en 1913 el danés Niels Bohr, que añadió al modelo de Rutherford órbitas con energía cuantizada. Después, la mecánica cuántica sustituyó las órbitas por orbitales. Rutherford identificó el protón hacia 1919, y en 1932 James Chadwick descubrió el neutrón, que completó la descripción del núcleo.
Datos de Rutherford
- Nació en Nueva Zelanda en 1871 y murió en Cambridge en 1937.
- Recibió el Premio Nobel de Química en 1908 por sus investigaciones sobre la desintegración de los elementos y la química de las sustancias radiactivas.
- En 1919 logró la primera transmutación artificial: convirtió nitrógeno en oxígeno bombardeándolo con partículas alfa.
Su trabajo ayudó a abrir la puerta a la energía nuclear.
Ejercicios resueltos
1. Si el núcleo de un átomo midiera 1 cm de diámetro, ¿qué diámetro tendría el átomo, sabiendo que es unas 100 000 veces mayor?
Diámetro del átomo = 1 cm × 100 000 = 100 000 cm = 1 km. Es la forma de visualizar lo vacío que está el átomo.
2. En un experimento de tipo Geiger-Marsden rebota con ángulo mayor de 90° una de cada 8000 partículas. Si se lanzan 80 000 partículas, ¿cuántas rebotan aproximadamente?
80 000 / 8000 = 10 partículas.
3. El oro tiene número atómico Z = 79 y número másico A = 197. ¿Cuántos protones, neutrones y electrones tiene un átomo neutro de oro?
Protones = Z = 79. Electrones = 79, por ser neutro. Neutrones = A − Z = 197 − 79 = 118. Resultado: 79 protones, 118 neutrones y 79 electrones.
Preguntas frecuentes
¿Qué descubrió Rutherford con su experimento?
Que el átomo tiene un núcleo muy pequeño, denso y con carga positiva, y que el resto del átomo es casi espacio vacío. Hasta entonces se creía que la carga positiva estaba repartida por todo el átomo.
¿Por qué se llama modelo planetario?
Porque propone que los electrones giran alrededor del núcleo como los planetas alrededor del Sol, aunque la fuerza que los retiene es eléctrica y no gravitatoria.
¿Por qué se desviaban las partículas alfa?
Porque tanto las partículas alfa como el núcleo tienen carga positiva y se repelen. Las que pasaban muy cerca de un núcleo sufrían una desviación grande; las demás atravesaban espacio vacío.
¿Qué fallo tiene el modelo de Rutherford?
Según la física clásica, un electrón que gira emitiría energía y caería al núcleo, y el modelo no explica las rayas de los espectros atómicos. Bohr lo corrigió en 1913 con órbitas de energía cuantizada.
¿Rutherford conocía los neutrones?
No. En 1911, de las partículas del átomo solo se conocía el electrón. El protón fue identificado por Rutherford hacia 1919 y el neutrón lo descubrió James Chadwick en 1932.
Referencias
- Rutherford, E. (1911). «The scattering of α and β particles by matter and the structure of the atom». Philosophical Magazine, 21.
- Chang, R. y Goldsby, K. Química. McGraw-Hill.
- Brown, T. L., LeMay, H. E. y Bursten, B. E. Química: la ciencia central. Pearson.
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Equipo de Conceptualia. (2025). «Modelo atómico de Rutherford». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/quimica/modelo-atomico-de-rutherford/
