El modelo del pudín de ciruelas: cómo un modelo defectuoso nos ayuda a comprender los átomos
En 1904, el físico británico J.J. Thomson expuso sus puntos de vista sobre el modelo atómico. Fue una construcción inusual, aunque aparentemente razonable, que causó un gran revuelo en la comunidad científica y fue ampliamente aceptada.
Hace unos años, Thomson descubrió el electrón. Intentó reconciliar dos propiedades conocidas de los átomos: los electrones cargados negativamente y los átomos eléctricamente neutros. Los electrones están cargados negativamente y los átomos son neutros, por lo que algo debe estar cargado positivamente. Así que a Thomson se le ocurrió un esquema de distribución que tenía sentido en ese momento: en un estilo pintoresco británico, lo llamó el modelo de pudín de ciruela.
Modelo pudín de ciruelas, también conocido como modelo tarta de azufaifa, modelo tarta de pasas, modelo Thomson, modelo pudín de ciruelas, etc. Thomson consideraba a los átomos como "pudines" cargados positivamente y a los electrones como "ciruelas", con ciruelas incrustadas en el pudín. Este modelo fue propuesto hace varios años, pero fue destrozado por los resultados experimentales. En 1911, Rutherford publicó resultados experimentales que mostraban que el núcleo contiene la mayor parte de la masa del átomo, mientras que los electrones están dispersos por toda la vasta área exterior del átomo.
La idea de que la materia está hecha de átomos se remonta a 25 millones de años. El antiguo filósofo griego Leucipo propuso la teoría atómica de que "todas las cosas están compuestas de átomos", que fue desarrollada y mejorada por su alumno Demócrito.
El antiguo filósofo griego Demócrito, que nació alrededor del año 460 a.C., propuso una idea que muchos consideran descabellada: todo lo que vemos a nuestro alrededor está hecho de diminutos componentes individuales compuestos por lo que él llamó "átomos". "
Algunas de las ideas de Demócrito son muy intuitivas. Creía que los átomos eran invisibles a simple vista, pero tenían formas geométricas; siempre estaban en movimiento, separados por el vacío, y los átomos individuales eran indestructibles, muy parecido a lo que conocemos hoy.
La teoría atómica de Demócrito fue ignorada en gran medida por Platón y Aristóteles durante más de dos mil años, aunque algunos filósofos todavía la tomaron en serio.
Platón creía que toda la materia estaba compuesta por cuatro elementos (tierra, fuego, viento y agua). Se dice que odiaba tanto a Demócrito que quería quemar todos sus libros. Sin embargo, algunos consideran que Demócrito es el "padre de la ciencia moderna" y su enfoque estaba más cerca de la ciencia que de la filosofía, como el de Platón.
Ha llegado el momento del siglo XX. Con la aparición de nuevos descubrimientos científicos, los átomos se vuelven a poner sobre la mesa y la necesidad de investigación científica nos impulsa a estudiarlos.
A finales de 2018, el científico británico John Dalton intentaba explicar algunos resultados experimentales. Descubrió que no importaba cómo se combinaran los elementos químicos, la masa total de la reacción era la misma. Él y otros químicos también notaron que el agua absorbe diferentes gases en diferentes proporciones. Por ejemplo, el agua tiene una capacidad mucho mayor para absorber dióxido de carbono que el nitrógeno.
Propuso que cada elemento químico está compuesto por un tipo único de átomo. Estos átomos no pueden cambiarse ni destruirse por medios químicos, pero pueden combinarse para formar estructuras más complejas, una idea sorprendentemente similar a la propuesta por Demócrito.
Esta visión siguió siendo la escuela de pensamiento dominante durante aproximadamente un siglo, hasta la aparición de J.J.
A principios del siglo XX, investigadores famosos como Amadeo Avogadro, Robert Brown e incluso Albert Einstein habían descubierto fallas en el modelo de Dalton, pero no fue hasta el experimento de Joseph ·Thomson en 1897, que el átomo todavía está considerada la rama más pequeña posible de la materia.
Joseph Thomson descubrió mediante experimentos que los rayos catódicos pueden ser desviados por un campo eléctrico. Esto significaba que los rayos catódicos no eran luz sino algo más, que Thomson dedujo correctamente que era una corriente de electrones. En otras palabras, descubrió un componente de los átomos: el electrón cargado negativamente, que no se parecía a ninguna partícula conocida en el pasado.
Incluso midió la relación masa-carga de los electrones y descubrió que eran 1.800 veces más pequeños que el átomo más pequeño, el hidrógeno. Entonces no hay duda de que los átomos son divisibles, lo que significa que las cosas en los átomos también deben ser positivas.
Consideró los siguientes tres escenarios:
Podría haber obtenido el resultado correcto, pero eligió erróneamente el último como el más probable de los tres escenarios. Presentó sus ideas a la edición de 1904 de la revista Philosophy, en la que Thomson escribió: Irónicamente, fueron estos experimentos precisos los que finalmente derribaron el modelo del pudín de ciruelas.
El modelo de Thomson fue revocado por uno de sus estudiantes, Ernest Rutherford, lo que demuestra cuán influyentes fueron el trabajo y el laboratorio de Thomson en ese momento.
Los experimentos de Rutherford demostraron que la carga positiva se concentra en el centro del átomo, que parece ser un núcleo. Rutherford propuso un modelo planetario del átomo, en el que el núcleo se asemeja a una estrella y los electrones orbitan alrededor del núcleo como planetas.
Pero hay un problema, y es grande: contradice la mecánica clásica.
En el modelo de Rutherford, los electrones emiten radiación electromagnética mientras orbitan alrededor del núcleo. Esto significa que pierde energía en el proceso y la espiral se cierra al núcleo y colapsa en 1 picosegundo.
Este modelo es un desastre porque implica que todos los átomos son inestables, lo que claramente no es el caso.
La discusión sobre el modelo atómico terminó aquí con Bohr, quien aceptó la teoría cuántica de Planck y el concepto de fotones de Einstein, y propuso una disposición jerárquica de los electrones fuera del núcleo basada en el modelo de estructura planetaria.
Según el nuevo modelo, los electrones pueden girar alrededor del núcleo en algunas órbitas estables sin irradiar energía, lo que es contrario a la visión del electromagnetismo clásico. Aunque nuestra comprensión de los átomos ha cambiado muchas veces y hemos aprendido más sobre los átomos y las partículas subatómicas, este modelo todavía se usa ampliamente, al menos entre los no académicos.
Sería fácil notar los defectos del modelo del pudín de ciruelas y no volver a mirarlo nunca más. Pero hay una razón por la que este modelo todavía se utiliza en las clases de física, y no es sólo una referencia a la historia de la ciencia.
Si realmente queremos aprender algo, no sólo memorizarlo, sino crear un proceso. Comprenderíamos mejor si experimentáramos cómo los físicos entendieron por primera vez los átomos, qué teorías tenían y cómo se demostró o se demostró que esas teorías eran erróneas. Por eso estudiamos el modelo del pudín de ciruelas, porque incluso una idea increíble tiene valor.
A medida que avanza la tecnología, no hay duda de que algunos de los modelos que utilizamos hoy en día también pueden resultar defectuosos, pero la gente seguirá entendiéndolos.
Todavía estamos aprendiendo cosas nuevas sobre la composición de los átomos y su estructura, y aprenderemos más en el futuro previsible. La ciencia rara vez se trata de descubrir verdades últimas y finitas; más bien, la ciencia se trata de agregar más y más niveles de comprensión y construir modelos aproximados. El modelo de Thomson es una de estas aproximaciones: está lejos de ser perfecto; de hecho, está completamente refutado. Sin embargo, juega un papel importante en la exploración de la estructura atómica, ya que allana el camino para más y mejores descubrimientos.