Teoría Atómica Modelos Atómicos

Modelo de J.J. Thomsonl

Después del descubrimiento del electrón, en el año 1897 por J.J. Thomson, se determinó que la materia estaba compuesta por dos partes, una negativa y una positiva. La parte negativa eran los recién descubiertos electrones, los cuales mantenían inmersos en una “masa” de carga positiva, de allí que a este modelo se le conoce como el “pudin de pasas”. De este modelo se puede explicar:

• La existencia de los espectros atómicos.
• Algunos fenómenos como la conductividad y la polarización eléctrica.
• Las reacciones químicas bajo el supuesto de intercambio de electrones.
• La periodicidad observada en las propiedades químicas de los compuestos.
• La existencia de iones.

Modelos hasta llegar al actual

Modelo Actual

El modelo de Schrödinger (1926) cambia la filosofía de las órbitas seguramente por las nuevas aportaciones a la teoría atómica de De Broglie sobre la naturaleza ondulatoria de la masa en 1924 y describe a los electrones con funciones de onda, que nos permiten obtener la probabilidad de que el electrón se encuentre en un determinado punto del espacio. De esta forma se obtienen orbitales de densidad espacial de probabilidad de encontrar un electrón.

Este modelo de átomo de Schrödinger se ajusta mucho mejor a las observaciones; pero, al abandonar la visión anterior sobre la forma de las órbitas se aleja de una explicación intuitiva de las causas de esas órbitas tan caprichosas. Al mismo tiempo, Schrödinger se adentra en el mundo de las probabilidades y de la abstracción matemática que en grandes dosis podría llegar a ser muy perjudicial o negativa.

De acuerdo con la teoría enunciada por Louis de Broglie en 1924 y reconocida actualmente, la materia, en la misma forma que la luz, tiene una naturaleza dual de partículas y de onda. En partículas grandes, la naturaleza ondulatoria de la materia no es apreciable.

Así, por ejemplo, una bola de Beisbol que se mueve con una velocidad de 100 km/hora tiene una longitud de onda de 10-32cm. No obstante, cuando se trata de partículas pequeñas (protones, electrones, etc.), esta naturaleza cobra significado y se vuelve causa importante de muchos resultados.

En 1927, Werner Heisenberg enunció el denominado “Principio de Incertidumbre” que significa que es imposible conocer simultáneamente la posición exacta y el movimiento de un objeto. Cualquier experimento que se diseñe variará una de las dos o ambas propiedades. Así, por ejemplo, aunque intentemos determinar dónde está un electrón en un momento dado (posición), no podemos predecir hacia donde irá después que lo observemos (movimiento). En otras palabras, no se puede fijar con certeza el recorrido de un electrón. Este es el fallo principal de los modelos de Böhr y Sommerfeld, que determinan caminos específicos y orbitas para los electrones.

Basado en los trabajos de De Broglie, Erwin Schrödinger desarrolló en 1926 una ecuación matemática que relaciona las longitudes de onda asociadas a los electrones, con sus energías.

Si bien no podemos conocer el recorrido de los electrones, sí podemos determinar a través de la ecuación de Schrödinger una región del espacio vecina al núcleo donde la probabilidad de hallar cada electrón sea considerable. Esta región se conoce como “Orbital”. Normalmente se entiende el Orbital como la región espacial para la cual la probabilidad de hallar un electrón es de un 90 a 95%. Lógicamente el electrón puede encontrarse en un momento dado fuera del orbital, pero la probabilidad de que esto suceda es de sólo un 5 a un 10 por ciento.

Habíamos visto que un nivel consta de uno o varios subniveles. Del mismo modo, cada subnivel consta de uno o varios orbitales. Los subniveles de clase “S” constan de un solo Orbital; los subniveles “P”, constan de 3; los “D” de 5 y los “f” de 7.

La forma y tamaño de los orbitales dependen de la energía de los electrones que los ocupan. De este modo, la forma de un orbital para un electrón de un subnivel “s” será diferente a la de un electrón de un subnivel “p” o “d”.

Aunque una descripción detallada del modelo de Bohr es compleja, las siguientes características son relevantes en relación al modelo que va a introducir la Mecánica Global son:

• Los electrones se sitúan en órbitas circulares estables; es decir, donde no emiten energía y no todas están permitidas.
• Las órbitas permitidas de los electrones del modelo atómico de Bohr tienen un momento angular que es un múltiplo exacto de de hbar (constante de Planck dividido por 2π).
• Los electrones emiten o absorben un fotón o cuanto al cambiar de órbitas atómicas que coincide con la diferencia de energía de las órbitas y no necesitan pasar por estados intermedios.
• En el átomo de Bohr, las órbitas de los electrones siguen las reglas de la Mecánica Clásica pero no así los cambios de órbita.
• Al margen del gran acierto de este modelo en muchos aspectos, el problema del modelo de Bohr y de toda la Mecánica Cuántica es que se van añadiendo supuestos a lo largo de la historia, pero sin explicar las razones que los justifican, únicamente que funcionan y explican mejor la realidad; lo cual, no estando nada mal, no ayuda mucho a la comprensión de la realidad si se apoyan en principios físicos despistantes.
• Bohr introduce mejoras sustanciales al modelo de Rutherford al incorporar aspectos energéticos derivados de la energía de Planck y del efecto fotoeléctrico de Einstein.
• Aunque una descripción detallada del modelo de Bohr es compleja, las siguientes características son relevantes en relación al modelo que va a introducir la Mecánica Global son
• Los electrones se sitúan en órbitas circulares estables; es decir, donde no emiten energía y no todas están permitidas.
• Las órbitas permitidas de los electrones del modelo atómico de Bohr tienen un momento angular que es un múltiplo exacto de de hbar (constante de Planck dividido por 2π).
• Los electrones emiten o absorben un fotón o cuanto al cambiar de órbitas atómicas que coincide con la diferencia de energía de las órbitas y no necesitan pasar por estados intermedios.
• En el átomo de Bohr, las órbitas de los electrones siguen las reglas de la Mecánica Clásica pero no así los cambios de órbita.

Al margen del gran acierto de este modelo en muchos aspectos, el problema del modelo de Bohr y de toda la Mecánica Cuántica es que se van añadiendo supuestos a lo largo de la historia, pero sin explicar las razones que los justifican, únicamente que funcionan y explican mejor la realidad; lo cual, no estando nada mal, no ayuda mucho a la comprensión de la realidad si se apoyan en principios físicos despistantes.