Modelo atómico de Dalton

Quién fue John Dalton

John Dalton (1766-1844) fue un químico, físico y meteorólogo inglés, autodidacta y maestro de escuela cuáquero. Vivió toda su vida en Manchester, donde dio clases de matemáticas y filosofía natural mientras investigaba en su laboratorio personal.

Su descubrimiento de la ceguera para los colores (que él mismo padecía) fue uno de sus aportes iniciales: incluso hoy se llama «daltonismo» en su honor. Pero su contribución fundamental a la ciencia fue su teoría atómica (1808), que lo convirtió en uno de los padres de la química moderna.

A pesar de su importancia, Dalton vivió y murió con una modestia ejemplar. Rechazó honores y cargos. Solo aceptó ser miembro de la Royal Society muy tarde y a regañadientes.

Antecedentes: las leyes ponderales

Antes de Dalton, la química experimental había establecido tres leyes empíricas sobre las combinaciones químicas:

1. Ley de conservación de la masa (Lavoisier, 1789): la masa total se conserva en cualquier reacción química. «Nada se crea, nada se destruye, todo se transforma.»

2. Ley de las proporciones definidas (Proust, 1797): un compuesto químico puro contiene sus elementos siempre en la misma proporción de masa. Por ejemplo, el agua siempre tiene 11,2 % de hidrógeno y 88,8 % de oxígeno.

3. Ley de las proporciones múltiples (Dalton, 1804): cuando dos elementos se combinan para dar más de un compuesto, las masas de un elemento que se combinan con una masa fija del otro están en proporciones numéricas sencillas. Ejemplo: CO y CO₂ tienen 1:2 de oxígeno por mismo C.

Dalton observó que estas leyes solo se podían explicar suponiendo que la materia está formada por partículas discretas que se combinan en cantidades enteras. De ahí surgió su modelo atómico.

Los 5 postulados del modelo atómico de Dalton

Dalton publicó su teoría en A New System of Chemical Philosophy (1808). Sus postulados, en resumen:

1. La materia está formada por átomos

Los átomos son partículas pequeñísimas, indivisibles e indestructibles. Esta es la idea clásica que recoge de Demócrito, pero ahora con base experimental.

2. Todos los átomos de un mismo elemento son idénticos

Tienen la misma masa y las mismas propiedades químicas. Los átomos de oxígeno son todos iguales; los de hidrógeno también. (Hoy sabemos que esto no es estrictamente cierto: existen isótopos.)

3. Los átomos de elementos distintos son diferentes

Difieren en masa y propiedades. Es lo que define a cada elemento químico.

4. Los átomos se combinan en proporciones numéricas sencillas

Para formar compuestos, los átomos se unen siguiendo proporciones de números enteros: 1:1, 1:2, 2:3, etc. Por ejemplo, el agua (H₂O) tiene 2 átomos de H por cada 1 de O; el dióxido de carbono (CO₂) tiene 1 C por 2 O.

5. En las reacciones químicas, los átomos se reorganizan pero no se crean ni se destruyen

Confirma la ley de conservación de la masa: los productos tienen los mismos átomos que los reactivos, solo en distinta combinación.

Cómo representaba Dalton los átomos

Dalton intentó dar identidad visual a cada elemento creando símbolos circulares distintos para cada uno: un círculo vacío para el oxígeno, un círculo con un punto para el hidrógeno, etc. Era el primer intento de notación química sistemática.

Esta notación fue sustituida poco después por la notación literal de Berzelius (1813), que usaba las primeras letras del nombre latino (O, H, N, Fe, etc.). La notación de Berzelius es la que sigue vigente hoy.

Dalton también construyó modelos físicos de bolas de madera para visualizar las combinaciones químicas, una práctica didáctica que sigue usándose en química.

Aciertos del modelo

Para 1808, el modelo de Dalton fue un avance extraordinario:

• Primera teoría atómica con base experimental: no solo filosófica, sino verificable con experimentos.
• Explica las tres leyes ponderales: conservación de la masa, proporciones definidas y proporciones múltiples.
• Introduce el concepto de masa atómica relativa: Dalton fue el primero en intentar calcular pesos atómicos (con errores, pero acertando con la idea).
• Fundamento de la estequiometría: toda la química cuantitativa moderna deriva de esta teoría.
• Establece la individualidad química de los elementos: cada uno tiene átomos distintos.

Limitaciones del modelo

A pesar de su éxito, el modelo de Dalton fue superado por descubrimientos posteriores:

1. Los átomos sí son divisibles

Dalton consideraba el átomo como una esfera maciza e indivisible. Hoy sabemos que se compone de protones, neutrones y electrones. El descubrimiento del electrón por J.J. Thomson en 1897 fue el primer golpe a la indivisibilidad atómica.

2. Los átomos del mismo elemento no son idénticos

Existen isótopos: átomos del mismo elemento con distinto número de neutrones (y por tanto distinta masa). El carbono natural tiene C-12 (98,9 %) y C-13 (1,1 %), por ejemplo. Dalton no podía saberlo, pero hoy es un dato fundamental.

3. No explica el enlace químico

Dalton dice que los átomos se combinan, pero no explica cómo ni por qué. La teoría del enlace químico necesitó del electrón y de la mecánica cuántica.

4. No predice los espectros atómicos

Los espectros de líneas (descubiertos a partir de 1814 con Fraunhofer) y la radiación electromagnética emitida por átomos excitados no encajan en un modelo de esferas macizas. Para explicarlos hizo falta el modelo de Bohr.

5. No tiene una teoría correcta de la masa atómica

Dalton asumió que la fórmula del agua era HO (uno a uno), no H₂O. Por eso sus pesos atómicos están sistemáticamente equivocados. La discrepancia se resolvió tras los trabajos de Avogadro (1811) y Cannizzaro (1858).

Importancia histórica del modelo de Dalton

A pesar de sus limitaciones, el modelo atómico de Dalton es el inicio formal de la química moderna. Sin él no se podrían haber escrito ecuaciones químicas balanceadas, no habría estequiometría ni masa molar, ni concepto de mol.

Dalton recibió la Medalla Real de la Royal Society (1826) y honores diversos a lo largo de su vida. Su funeral en Manchester (1844) fue uno de los más multitudinarios de la época: más de 40.000 personas pasaron por su féretro.

Comparación con modelos posteriores

Errores frecuentes al estudiar el modelo de Dalton

• Atribuirle a Dalton el descubrimiento del átomo: la idea ya estaba en Demócrito. Dalton la formalizó científicamente, pero no la inventó.
• Pensar que Dalton conocía los electrones: los electrones se descubrieron 89 años después (Thomson, 1897). Dalton consideraba al átomo indivisible.
• Confundir los símbolos circulares de Dalton con los actuales: la notación con letras (H, O, Fe…) es de Berzelius, no de Dalton.
• Asumir que Dalton calculó correctamente las masas atómicas: sus valores estaban sistemáticamente equivocados porque asumía estequiometrías erróneas (HO en lugar de H₂O). El sistema correcto vino tras Avogadro y Cannizzaro.