Modelos Atómicos

MODELOS ATÓMICOS

Contenido

HISTORIA DEL ÁTOMO Y MODELOS ATÓMICOS ................................................................................. 2

MODELO ATÓMICO DE DEMÓCRITO 3

MODELO ATÓMICO DE DALTON ......................................................................................................... 5

MODELO ATÓMICO DE THOMPSON ................................................................................................... 7

MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD 9

MODELO ATÓMICO DE BOHR ........................................................................................................... 10

MODELO ATÓMICO DE SCHRODINGER 12 CONCLUSIONES ................................................................................................................................. 13

HISTORIA DEL ÁTOMO Y MODELOS ATÓMICOS

El querer conocer y estudiar el átomo viene de la curiosidad del hombre por comprender lo que le rodea en su naturaleza y en su funcionamiento. Por explicarse los fenómenos naturales.

Losfilósofosgriegosdiscutieronmuchosobrelanaturalezadelamateriayconcluyeronqueelmundo debía ser más sencillo de lo que parecía.

En elsiglo V a.C. Leucipo sostenía que todas las formas de materia debían estar constituidas por un mismo tipo de elemento que adoptaba formas diferentes. Sostenía, además, que si dividíamos la materia en partes cada vez más pequeñas, acabaríamos encontrando una porción que no se podría seguir dividiendo. Un discípulo suyo, aunque hayquien piensa quepodríanser el mismo,Demócrito, bautizó a estas partes indivisibles e infinitas de materia con el nombre de átomos, término que en griego significa “que no se puede dividir”, y que siempre estarían en movimiento y rodeadas de vacío.

Unos años más tarde Empédocles (siglo IV a.C.) estableció que la materiaestabaformadapor 4elementos:tierra,agua, aireyfuego.

Aristóteles (siglo III a.C.) agregó el “éter” como quintaesencia, nególaexistenciadelosátomosdeDemócritoyreconociólateoría de los 4 elementos, la cual, gracias a su prestigio y al posterior de Platón, se mantuvo vigente en el pensamiento de la humanidad, perdurando a través de la Edad Media y el Renacimiento. Hoy sabemos que aquellos 4 elementos iniciales no forman parte de los 106 elementos químicos actuales.

En 1808, John Dalton publicó su teoría atómica, que retomaba las antiguas ideas de Leucipo y Demócrito. Según la teoría de Dalton:

Los elementos están formados por partículas discretas, diminutas e indivisibles, llamadas átomos, que no se alteran en los cambios químicos.

Los átomos de un mismo elemento son todos iguales entre sí en masa, tamaño y en el resto de las propiedades físicas o químicas. Por el contrario, los átomos de elementos diferentes tienen distinta masa y propiedades.

Los compuestos se forman por la unión de átomos de los correspondientes elementos según una relaciónnuméricasencillayconstante.Porejemplo,elaguaestáformadapor2átomosdelelemento hidrógeno y 1 átomo del elemento oxígeno.

MODELO ATÓMICO DE DEMÓCRITO

Los prominentes físicos Dalton, Bohr, Einstein y Rutherford no fueron los primeros en hablar del átomo, de hecho, la misma palabra “átomo” fue creada por el filósofo GriegoLeucipodeMiletoy sudiscípulo Demócrito 450 años antes de Cristo.

Estos filósofos griegos hicieron una brillante contribución a la ciencia moderna sembrando la semilla de la teoría atómica. Según Demócrito, el universo y todo lo que nos rodea está compuesto de átomos con las siguientes características.

1. Estos átomos son físicamente indivisibles.

2. Entre cada átomo hay un espacio vacío.

3. Los átomos son indestructibles.

4. Los átomos están continuamente en movimiento.

5. Hay muchos tipos de átomos.

Como consecuencia de estas afirmaciones, los filósofos creían que la solidez de un material dependía del tipo de átomo del que estaba hecho y de la unión entre dichos átomos. Por lo que suponían que los átomos del agua eran diferentes a los de una roca por citar un ejemplo.

Para explicar su modelo, Demócrito comenzaba con una piedra, la cual explicaba que si se cortaba a la mitad obtendría dos pedazos de la misma piedra y si se repitiera la operación continuamente, se llegaría a una pieza dentro de la piedra que ya no pudiera ser cortada. Una pieza indivisible, el “átomo”.

Como se puede apreciar el modelo era totalmente mecánico y solamente consideraba la unión entre átomos. Sin embargo, este modelo fue una genialidad paralaépocaytuvieronquepasar2,200añosparaque surgiera el siguiente modelo atómico que hiciera resonancia en la comunidad científica.

A Demócrito se le considera el padre del átomo y pese a ser un modelo muy primitivo comparado con lo que conocemos actualmente, fue una aportación sorprendentemente apegada a la que actualmente consideramos correcta.

MODELO ATÓMICO

DE DALTON

Después del Atomismo y las corrientes filosóficas griegas, pasaron más de 2 mil años para que otra teoría atómica trascendiera en el mundo científico y ésta salió de los estudios de John Dalton, un físico, químico y meteorólogo inglés que propuso inicialmente la teoría atómica moderna y que también es conocido por sus estudios sobre la incapacidad para distinguir colores por el ojo humano, condición conocida como Daltonismo.

La idea del átomo como lo presentó el filósofo griego Demócrito no tuvo gran aceptación e incluso a muchos científicos a lo largo de los siglos les pareció hasta ridícula. Sin embargo, en 1804, John Dalton, basado en las ideas de los Atomistas, según algunos historiadores, presentó un modelo atómico que finalmente tuvo resonancia en los físicos de la época.

Para empezar, Dalton era un científico y su modelo fue el resultado de las conclusiones de variosexperimentosquerealizócongases.Con base en los resultados de sus investigaciones, Dalton pudo demostrar que los átomos realmente existen, algo que Demócrito solo había inferido, creando una de las teorías más importantes en la historia de la física moderna.

Conclusiones:

1. Toda la materia está hecha de átomos. Absolutamente todo lo que conocemos está hecho de átomos tanto en la tierra como en el universo conocido. Cada uno de los elementos está hecho de átomos.

2. Los átomos son indivisibles e indestructibles. Dalton pensaba que los átomos eran las partículas más pequeñas de la materia y eran químicamente indestructibles.

3. Todos los átomos de un elemento dado son idénticos. Para un elemento determinado, todos sus átomos tienen la misma masa y las mismas características.

4. Los átomos de diferentes elementos varían en masa y propiedades. Cada elemento tiene átomos de características y masa diferentes.

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5. Los compuestos están formados por una combinación de dos o más tipos diferentes de átomos.

Un compuesto determinado siempre tiene los mismos tipos de átomos combinados y en las mismas proporciones.

6. Una reacción química es una reorganización de átomos.

Las reacciones químicas son el resultado de una separación, unión o reorganización de átomos. Sin embargo, los átomos de un elemento nunca cambian a átomos de otro elemento como resultado de una reacción química

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MODELO ATÓMICO DE

THOMPSON

Sir Joseph John Thomson fue un científico británico que descubrió la primera partícula subatómica, el electrón. J.J. Thomson descubrió partículas cargadas negativamente mediante un experimento de tubo de rayos catódicos en el año 1897.

Como consecuencia de este descubrimiento, y considerando que aún no se tenía evidencia delnúcleo de átomo, Thomson pensó que los electrones se encontrabaninmersosenunasustanciade carga positiva que contrarrestaba la carga negativa de los electrones, ya que los átomos tienen carga neutral. Algo semejante a tener una gelatina con pasas flotando adentro.

En este modelo, Thompson aún llamaba a los electrones corpúsculos y consideraba que estaban dispuesto en forma no aleatoria, en anillos giratorios, sin embargo, la parte positiva permanecía en forma indefinida.

Estemodelocreadoen 1904,nunca tuvounaaceptaciónacadémicageneralizada yfuerápidamente descartado cuando en 1909 Geiger y Marsden hicieron el experimento de la lámina de oro.

En este experimento, estos científicos, también residentes de la universidad de Manchester y discípulos de Ernst Rutherford, hicieron pasar un haz de partículas alfa de Helio, a través de una lámina de oro. Las partículas alfa son iones de un elemento, o sea, núcleos sin electrones y por lo tanto con carga positiva.

El resultado fue que este haz se dispersaba al pasar por la lámina de oro, lo que hacía concluir que debía haber un núcleo con fuerte carga positiva que desviaba el haz. En el modelo atómico de Thomson, la carga positiva estaba distribuida en la “gelatina” que contenía los electrones por lo que un haz de iones debería pasar a través del átomo en ese modelo.

El descubrimiento del electrón también contravenía a una parte del modelo atómico de Dalton que consideraba que el átomo era indivisible, lo que impulsó a Thompson en pensar en el modelo del “pudín de ciruelas”.

Conclusiones:

1. Un átomo se asemeja a una esfera con materia de carga positiva y con electrones (partículas cargadas negativamente) presentes dentro de la esfera.

2. La carga positiva y negativa es igual enmagnitudy,porlotanto,unátomo no tiene carga en su conjunto y es eléctricamente neutro.

3. Para tener átomos con carga neutra, los electrones deberían estar inmersos en una sustancia con carga positiva.

4. Aunque no era parte explícita del modelo, este modelo no tenía núcleo atómico.

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MODELO ATÓMICO DE

RUTHERFORD

Después del modelo de Thomson que consideraba que los electrones se encontrabanenunmediodecargapositiva,dosayudantesdeRutherford, Geiger y Marsden, realizaron en 1909 un estudio conocido como “el experimentode la hoja de oro”, elcual demostró que el modelo del “pudín con pasas” de Thomson estaba equivocado ya que mostraron que el átomo tenía una estructura con una fuerte carga positiva.

Este experimento, diseñado y supervisado por Rutherford, condujo a conclusiones que terminaron en el modelo atómico de Rutherford presentado en 1911. Esta serie de experimentos fueron realizados entre 1909 y 1913 en los laboratorios de física de la Universidad de Manchester por un par de científicos, Hans Geiger y Ernest Marsden, colaboradores de Ernest Rutherford y bajo la supervisión del mismo.

La importancia de estos experimentos radica en el hecho que sus resultados y conclusiones condujeron a un nuevo y revolucionario modelo atómico.

El experimento consistía en bombardear con partículas alfa una lámina delgada de oro de 100 nm de espesor. Las partículas alfa eran iones, o sea átomos sin electrones por lo que solamente tenían protones y neutrones y en consecuencia una carga positiva Si el modelo de Thomson era correcto, las partículas alfa atravesarían los átomos de oro en línea recta.

Para estudiar la deflexión causada a las partículas alfa, colocóunfiltrofluorescentede sulfuro de zinc alrededor de la fina lámina de oro donde pudieron observar que, aunque algunas partículas atravesaban los átomos de oro en línea recta, pero otras eran desviadas en direcciones aleatorias.

Conclusiones:

Los modelos atómicos anteriores consideraban que la carga positiva estaba distribuida uniformemente en el átomo, lo cual haría fácil atravesarla dado que su carga no sería tan fuerte en un punto determinado.

Los resultados inesperados del experimento, hicieron concluir a Rutherford que el átomo tenía un centro con una fuerte carga positiva que cuando una partícula alfa intentaba pasar era rechazada por esta estructura central.

Considerando la cantidad de partículas reflejadas y las que no lo eran, pudo determinar el tamaño de ese núcleo comparado con la órbita de los electrones a su alrededor y también pudo concluir que la mayor parte del espacio de un átomo está vacío.

MODELO ATÓMICO DE BOHR

Aunque el modelo de Rutherford fue exitoso y revolucionario, tenía algunos conflictos con las leyes de Maxwell y con las leyes de Newton lo que implicaría que todos los átomos fueran inestables.

En el modelo de Rutherford, lo electrones en movimiento con carga eléctrica negativa deberían emitir radiación electromagnética de acuerdo a las leyes de Electromagnetismo, lo que haría que esa pérdida de energía hiciera que los electrones redujeran su órbita moviéndose en espiral hacia el centro hasta colapsar con el núcleo. El modelo de Bohr resolvió esta problemática indicando que los electrones orbitan alrededor del núcleo, pero en ciertas orbitas permitidas con una energía específica proporcional a la constante de Planck.

Estas órbitas definidas se les refirió como capas de energía o niveles de energía. En otras palabras, la energía de un electrón dentro de un átomo no es continua, sino “cuantificada”. Estos niveles están etiquetados con el número cuántico n (n = 1, 2, 3, etc.) que según él podría determinarse usando la fórmula de Ryberg, una regla formulada en 1888 por el físico sueco Johannes Ryberg para describir las longitudes de onda de las líneas espectrales de muchos elementos químicos.

Este modelo de niveles de energía, significaba que los electrones solo pueden ganar o perder energía saltando de una órbita permitida a otra y al ocurrir esto, absorbería o emitiría radiación electromagnética en el proceso.

El modelo de Bohr era una modificación al modelo Rutherford, por lo que las características de un núcleo central pequeño y con la mayoría de la masa se mantenía. De la misma forma, los electrones orbitaban alrededor del núcleo similar a los planetas alrededor del sol, aunque sus órbitas no son planas.

Conclusiones:

1. Las partículas con carga positiva se encuentran en un volumen muy pequeño comparado con el tamaño del átomo y contienen la mayor parte de la masa del átomo.

2. Los electrones con carga eléctrica negativa, giran alrededor del núcleo en órbitas circulares.

3. Loselectronesorbitan elnúcleoen órbitasque tienen untamañoyenergía establecidos.Por lo tanto, no existen en un estado intermedio entre las órbitas.

4. La energía de la órbita está relacionada con su tamaño. La energía más baja se encuentra en la órbita más pequeña. Cuanto más lejos esté el nivel de energía del núcleo, mayor será la energía que tiene.

5. Los niveles de energía tienen diferentes números de electrones. Cuanto menor sea el nivel de energía, menor será la cantidad de electrones que contenga, por ejemplo, el nivel 1 contiene hasta 2 electrones, el nivel 2 contiene hasta 8 electrones, y así sucesivamente.

6. La energía se absorbe o se emite cuando un electrón se mueve de una órbita a otra.

MODELO ATÓMICO DE SCHRODINGER

El modelo atómico de Schrödinger se desarrolló en 1926. Se trata del modelo mecánico cuántico del átomo que partía de la ecuación de Schrödinger. Con esta ecuación se podía conocer la probabilidad de encontrar un electrón en un determinado punto de un átomo. Actualmente, no hay ningún modelo más preciso sobre la estructura del átomo, por esto se considera también nos referimos a él como el modelo atómico actual. Hasta ese momento, se consideraba que los electrones sólo giraban en órbitas circulares alrededor del núcleo atómico. Erwin Schrödinger afirmó que los electrones también podían girar en órbitas elípticas más complejas y calculó los efectos relativistas.

Las soluciones a la ecuación de onda de Schrödinger son de una alta complejidad matemática y también se conocen como funciones de onda. La función de ondas da solo la probabilidad de encontrar un electrón en un punto dado alrededor del núcleo. El modelo atómico actual fue desarrollado por Schrödinger y Heisenberg basándose en la dualidad de onda partícula.

Conclusiones:

Inicialmente, el modelo de Schrödinger consideraba que los electrones actuaban como ondas de materia. De esta forma, la ecuación que presentó Schrödinger indica la evolución de esta onda material en el espacio y el tiempo.

Más adelante, el físico alemán Max Born realizó una interpretación probabilística de la función de onda de los electrones. No obstante, en estas predicciones no se podía conocer la cantidad de movimiento y la posición a la vez debido al principio de incertidumbre de Heisenberg.

Este nuevo modelo se puede representar como una nube de puntos (electrones) alrededor del núcleo del átomo. En esta nube de puntos, la probabilidad de encontrar el electrón aumenta con la densidad de puntos. De esta forma, Schrödinger introdujo por primera vez el concepto de niveles de subenergía.

CONCLUSIONES

Lo importante de conocer a la estructura más pequeña de la materia es, sin duda comprender que la base de la química está en el átomo. Los modelos atómicos son representaciones gráficas que te permiten estudiar y entender cómo está formada la materia de manera más sencilla.

¿Cuál es la importancia de la teoría atómica? Se ha dicho (por ejemplo, el premio Nobel Richard Feynman) que la teoría atómica es la teoría más importante en la historia de la ciencia. Toda la química y bioquímica modernas se basan en la teoría de que la materia está compuesta de átomos de diferentes elementos, que no pueden transmutarse por métodos químicos.

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