Física y Química 3.º ESO · El modelo nuclear de Rutherford
Recuerda: el modelo nuclear de Rutherford
Objetivo: Al terminar, sabrás describir y dibujar el modelo atómico de Rutherford, con un núcleo pequeño y positivo y una corteza con electrones, y distinguir qué hay en cada zona.
Recuerda
El experimento de la lámina de oro (1909–1911)
El físico neozelandés Ernest Rutherford y sus colaboradores lanzaron partículas alfa (partículas muy pequeñas, con carga positiva, que emiten algunas sustancias radiactivas) contra una lámina de oro muy fina. Alrededor de la lámina pusieron una pantalla que brillaba donde chocaba cada partícula.
Si el átomo fuera como decía Thomson (una esfera con la carga positiva repartida), las partículas alfa deberían atravesar la lámina casi sin desviarse. Pero observaron que:
| Lo que observaron | Lo que dedujeron |
|---|---|
| Casi todas las partículas atravesaban la lámina sin desviarse. | El átomo está casi vacío. |
| Algunas se desviaban al pasar. | Hay una zona con carga positiva que las repele. |
| Muy pocas (alrededor de una de cada varios miles) rebotaban hacia atrás. | Esa zona positiva es muy pequeña y tiene casi toda la masa: es el núcleo. |
El modelo de Thomson no podía explicar los rebotes, así que Rutherford propuso uno nuevo en 1911.
El modelo nuclear de Rutherford (1911)
El átomo tiene dos zonas:
El núcleo
- Está en el centro del átomo y es muy pequeño comparado con el átomo entero.
- Tiene toda la carga positiva, la de los protones.
- Concentra casi toda la masa del átomo.
- Más tarde se vio que también tiene neutrones, partículas sin carga (Rutherford las propuso en 1920 y Chadwick las descubrió en 1932).
La corteza
- Es la zona que rodea el núcleo, mucho más grande.
- En ella están los electrones (negativos), girando alrededor del núcleo, como los planetas alrededor del Sol.
- Casi todo el volumen del átomo está vacío.
El átomo es neutro: hay tantos electrones en la corteza como protones en el núcleo.
Una comparación: el diámetro de un átomo es unas 10 000 veces mayor que el de su núcleo (en algunos átomos, aún más). Si el núcleo fuera una canica de 1 cm en el centro del campo del estadio Santiago Bernabéu, los electrones estarían a más de cincuenta metros, en lo alto de las gradas o incluso fuera del estadio. Todo lo demás, vacío.
De Thomson a Rutherford
| Thomson (1904) | Rutherford (1911) | |
|---|---|---|
| Carga positiva | Repartida por toda la esfera | Concentrada en un núcleo muy pequeño |
| Electrones | Incrustados en la esfera | Girando en la corteza, alrededor del núcleo |
| Espacio vacío | No | Casi todo el átomo |
Puntos clave
- Experimento de la lámina de oro: casi todas las partículas alfa pasan, algunas se desvían y muy pocas rebotan.
- Conclusión: el átomo está casi vacío y tiene un núcleo muy pequeño, positivo y con casi toda la masa.
- Modelo de Rutherford (1911): núcleo y corteza.
- Núcleo: pequeño, en el centro, con protones (+) y neutrones (sin carga); casi toda la masa.
- Corteza: electrones (−) girando alrededor del núcleo; casi todo el volumen del átomo, y está casi vacía.
- Átomo neutro: número de electrones = número de protones.
Errores frecuentes
ErrorDibujar el núcleo casi tan grande como el átomo.
Cómo corregirloEl núcleo es decenas de miles de veces más pequeño que el átomo: en un dibujo debería ser un punto (lo dibujamos más grande solo para que se vea).
ErrorPoner los electrones dentro del núcleo, como en el modelo de Thomson.
Cómo corregirloEn el modelo de Rutherford los electrones están fuera, en la corteza; en el núcleo solo hay protones y neutrones.
ErrorDecir que las partículas alfa rebotaban al chocar con los electrones.
Cómo corregirloLos electrones son muy ligeros y no pueden hacer rebotar a una partícula alfa: rebotaban al acercarse de frente al núcleo, pequeño, positivo y con mucha masa.
Ejemplos resueltos
Ejemplo 1. Dibujamos un átomo de litio dibujo del modelo
Un átomo de litio tiene 3 protones y 4 neutrones en el núcleo y es neutro. Dibújalo según el modelo de Rutherford e indica qué hay en el núcleo y qué en la corteza.
Resolución
- En el centro, un círculo pequeño (núcleo) con 3 protones (+) y 4 neutrones (sin carga).
- Alrededor, una o dos órbitas con 3 electrones (−): como el átomo es neutro, hay tantos electrones como protones.
- Rotula: «núcleo: protones y neutrones, carga +3, casi toda la masa» y «corteza: 3 electrones, casi vacía».
Carga total: .
Ejercicios
De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.
1. Fácil
Indica si cada cosa está en el núcleo o en la corteza: a) los protones; b) los electrones; c) los neutrones; d) casi toda la masa del átomo; e) casi todo el volumen del átomo; f) la carga positiva.
Ver solución
Núcleo: a, c, d, f. Corteza: b, e.
En el núcleo: protones (a), neutrones (c), casi toda la masa (d) y la carga positiva (f). En la corteza: los electrones (b) y casi todo el volumen del átomo (e), que está prácticamente vacío.
2. Fácil
Dibuja según el modelo de Rutherford un átomo neutro de helio, que tiene 2 protones y 2 neutrones. ¿Cuántos electrones tiene? ¿Cuál es la carga del núcleo?
Ver solución
2 electrones; carga del núcleo +2.
Núcleo con 2 protones y 2 neutrones; corteza con 2 electrones girando alrededor. Al ser neutro, electrones = protones = 2. La carga del núcleo es la de sus protones: +2 (los neutrones no tienen carga).
3. Media
Un átomo neutro tiene 8 electrones en la corteza y 8 neutrones en el núcleo. a) ¿Cuántos protones tiene? b) ¿Cuál es la carga del núcleo? c) ¿Dónde está casi toda su masa?
Ver solución
a) 8. b) +8. c) En el núcleo.
a) Neutro → protones = electrones = 8. b) Solo cuentan los protones: +8. c) En el núcleo, donde están los 8 protones y los 8 neutrones; los electrones apenas tienen masa.
Para practicar más
1. Fácil
Dibuja según el modelo de Rutherford un átomo neutro de carbono con 6 protones y 6 neutrones. Señala el núcleo y la corteza e indica la carga de cada zona.
Ver solución
Núcleo +6 (6 p y 6 n); corteza −6 (6 electrones).
Núcleo pequeño en el centro con 6 protones y 6 neutrones: carga . Corteza con 6 electrones girando: carga . Carga total: 0.
2. Media
Explica con tus palabras qué quiere decir que «el átomo está casi vacío». Ayúdate de la comparación del estadio.
Ver solución
Que el núcleo y los electrones ocupan una parte minúscula del volumen del átomo; el resto es espacio vacío.
El núcleo es muchísimo más pequeño que el átomo (como una canica en el centro de un estadio) y los electrones son aún más pequeños y están muy lejos del núcleo. Entre el núcleo y los electrones no hay nada: casi todo el volumen del átomo es espacio vacío.
3. Media
¿Verdadero o falso? Corrige las falsas. a) En el modelo de Rutherford la carga positiva está repartida por todo el átomo. b) Los electrones giran alrededor del núcleo. c) Los neutrones están en la corteza. d) El núcleo es la parte más pequeña del átomo, pero la de más masa.
Ver solución
a) F. b) V. c) F. d) V.
a) Falso: la carga positiva está concentrada en el núcleo (repartida era el modelo de Thomson). b) Verdadero. c) Falso: los neutrones están en el núcleo. d) Verdadero: es muy pequeño, pero tiene casi toda la masa.