El siguiente blog nos muestra como los diferentes modelos atómicos fueron evolucionando o desarrollándose a medida que el tiempo pasaba.
el átomo y su evolución.
Cada sustancia del
universo está formada por pequeñas partículas llamadas átomos; son estudiados
por la química, que surgió en la edad media y que estudia la materia.
Para comprender los
átomos, cientos de científicos han anunciado una serie de teorías que nos
ayudan a comprender su complejidad. Durante el renacimiento, la química fue
evolucionando; a finales del siglo XVIII se descubren los elementos y en el
siglo XIX se establecen leyes de la combinación y la clasificación periódica de
los elementos y se potencia el estudio de la constitución de los átomos.
enunciadores de los distintos modelos atómicos.
Teoría atómica de John Dalton
En 1808, John Dalton publicó su
teoría atómica, que retomaba las antiguas ideas de Leucipo y de Demócrito.
Según la teoría de Dalton:
1.- Los elementos
están formados por partículas diminutas, indivisibles e inalterables
llamadas átomos.
2.- 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. Según la teoría atómica de
Dalton cada elemento tiene todos sus átomos iguales y diferentes de los demás.
3.- Los compuestos se
forman por la unión de átomos de los correspondientes elementos según una
relación numérica sencilla y constante.
modelo atómico de Dalton
El
modelo atómico de Dalton explicaba por qué las sustancias se combinaban
químicamente entre sí sólo en ciertas proporciones.
Además el modelo aclaraba que aún existiendo una gran variedad de sustancias
diferentes, estas podían ser explicadas en términos de una cantidad más bien
pequeña de constituyentes elementales o elementos.
En esencia, el modelo explicaba la mayor parte de la química orgánica del siglo
XIX, reduciendo una serie de hechos complejos a una teoría combinatoria
realmente simple.
limitaciones de el modelo atómico de Dalton
En un principio,
Dalton dijo que la materia estaba formada por átomos, es decir, por partículas
indivisibles e inalterables. Pero al descubrirse la existencia de las
partículas subatómicas, se comprobó que el átomo no era indivisible.
A pesar de que la teoría de Dalton era errónea, significó un avance muy
importante en el camino de la comprensión de la materia. Además, la aceptación
del modelo de Dalton no fue inmediata, y durante bastantes años muchos
científicos se resistieron a reconocer la existencia del átomo.
teoría atómica de rutherford
El modelo atómico de Thompson, a
diferencia del de Dalton, es que en este se plantea por primera vez la
utilización del electrón, considerando que es una partícula de carga negativa.
(e-). En este modelo solo se plantea la existencia del electrón, sin embargo
nunca menciona la existencia del protón ni del neutrón. Una vez considerado el
electrón como una partícula fundamental de la materia existente en todos los
átomos, los físicos atómicos empezaron a especular sobre cómo estaban
incorporadas estas partículas dentro de los átomos.
modelo atómico de rutherford:
El modelo comúnmente
aceptado era el que a principios del siglo
XX propuso Joseph John Thompson, quién pensó
que la carga positiva
necesaria
para contrarrestar la carga negativa de los electrones en un átomo neutro estaba en forma de nube difusa, de manera que el átomo consistía en
una esfera de carga
eléctrica positiva, en la cual estaban embebidos
los electrones en número suficiente para neutralizar la carga positiva.
limites del modelo atómico de rutherford
Según el modelo de
Thompson, los átomos están constituidos por una distribución de carga y masa
regular, y éstos están unidos unos con otros formando la sustancia. Es decir,
la sustancia debería poseer una estructura interna homogénea y, por tanto, las
partículas al atravesarla deberían tener un comportamiento uniforme. Tras los
experimentos de Rutherford, y tras el descubrimiento de las partículas
subatómicas se vio que lo dicho por
Thompson no se cumplía.
Por otro lado, aunque Thompson explicó la formación de iones, dejó sin
explicación la existencia de las otras reacciones.
teoría atómica de thomson:
En
1910 el físico neozelandés, Ernesto Rutherford, utilizó partículas alfa,
para demostrar la estructura de los átomos.
Rutherford efectuó una serie de experimentos utilizando láminas muy delgadas de
oro, como blanco de partículas alfa provenientes de una fuente
radiactiva.
En este experimento, observo que la mayoría de las partículas alfa,
atravesaban la lámina sin desviarse, o bien con una ligera desviación. De
vez en cuando, algunas partículas eran dispersadas (o desviadas) de su
trayectoria con un gran ángulo.
¡En algunos casos, las partículas alfa regresaban por la misma trayectoria
hacia la fuente radiactiva!
Tiempo después, Rutherford pudo explicar los resultados del experimento de la
dispersión de partículas alfa utilizando un nuevo modelo de átomo.
De acuerdo con
Rutherford, la mayor parte de los átomos debe ser espacio vacío. Esto explica
por qué la mayoría de las partículas alfa atravesaron la lámina de oro
sufriendo poca o ninguna desviación.
Rutherford propuso
que las cargas positivas de los átomos estaban concentradas en "un
denso conglomerado central del átomo, que lo llamo núcleo" .Cuando una partícula alfa pasaba cerca del núcleo en el experimento, actuaba sobre ella una gran
fuerza de repulsión, lo
que originaba
una gran desviación. Más aún,
cuando una partícula
alfa incidía directamente sobre el núcleo, experimentaba una
repulsión tan grande que
su trayectoria
se invertía por completo.
"Las partículas del núcleo que tienen carga positiva reciben el nombre
de protones".
modelo atómico de thomson:
Al ver que no se
cumplía el modelo propuesto por Thompson, Rutherford formuló el modelo nuclear
del átomo. Según este modelo, el átomo está formado por un núcleo y una
corteza:
Núcleo: aquí se
concentra casi la totalidad de la masa del átomo, y tiene carga positiva.
Corteza: está formada
por los electrones, que giran alrededor del núcleo describiendo órbitas
circulares (sistema solar en miniatura)
Así mismo, también
dijo que la materia es neutra, ya que la carga positiva del núcleo y la
negativa de la corteza se neutralizan entre sí.
Según
el modelo atómico de Rutherford, los electrones se mueven en órbitas circulares
y tienen una aceleración normal. Pero según los principios del
electromagnetismo clásico, una carga eléctrica en movimiento acelerado emite
energía; por lo tanto, el electrón terminaría describiendo órbitas en espiral
hasta chocar con el núcleo, y esto supondría una pérdida continua de energía.
Por otro lado, el electrón pasaría por todas las órbitas posibles describiendo
una espiral alrededor del núcleo; y por tanto, la radiación emitida debería de
ser continua. Sin embargo, los espectros de emisión de los elementos son
discontinuos.
teoría de Bohr
POSTULADOS DE MODELO ATOMICO DE BOHR
El átomo está
cuantizados, ya que solo puede poseer unas pocas y determinadas energías.
El electrón gira en
unas órbitas circulares alrededor del núcleo, y cada órbita es un estado
estacionario que va asociado a un numero natural, "n" (núm. cuántico
principal), y toma valores del 1 al 7.
Así mismo, cada nivel
"n" está formado por distintos subniveles, "l". Y a su vez,
éstos se desdoblan en otros (efecto Zeeman), "m". Y por último, hay
un cuarto núm. cuántico que se refiere al sentido, "s".
Los niveles de
energía permitidos son múltiplos de la constante de planck.
Cuando un electrón
pasa de un nivel de energía a otro, se absorbe o se emite energía. Cuando el
electrón está en n=1 se dice que está en el nivel fundamental (nivel de mínima
energía); al cambiar de nivel el electrón absorbe energía y pasa a llamarse electrón
excitado.
Bohr situó a los
electrones en lugares exactos del espacio.
modelo atómico de Bohr
Tras
el descubrimiento del neutrón, En
1913 Bohr intentó
mejorar el modelo atómico de Rutherford aplicando las ideas cuánticas de Planck a su modelo. Para realizar su modelo
atómico se valió del átomo de hidrógeno; describió el átomo de hidrógeno con un
protón como núcleo y con un electrón girando a su alrededor.
Aplicando
esta hipótesis se resolvía la dificultad de átomo de Rutherford: el electrón al
girar alrededor del núcleo no iba perdiendo energía, sino que se situaba en uno
de los estados estacionarios de movimiento que tenían una energía fija. Un
electrón solo perdía o ganaba energía cuando saltaba de un estado a otro. La
energía del electrón en el átomo es negativa porque es menor que la energía de
electrón libre. Al aplicar la formula de Bohr a otros átomos se obtuvieron
resultados satisfactorios.
limitaciones del modelo atómico de Bohr
Bohr creó su modelo
basándose en el átomo de hidrógeno; pero surgieron complicaciones. En
consecuencia, Sommerfeld perfeccionó este modelo considerando la energía en las
órbitas atómicas estaba cuantizada, ni por qué que las órbitas podían ser
también elípticas.
El modelo atómico de Bohr no explicaba por qué algunas propiedades de los
elementos se repetían periódicamente. Es decir, no explicaban bien los
espectros de emisión.
Además, se aventuraba a colocar a los electrones con exactitud en unas órbitas fijas.
teoría atómica de schrodinger
Es el modelo actual; fue expuesto en 1925 por Heinsenberg y Schrodinger. Aspectos
característicos:
Dualidad onda-partícula: Broglie propuso que las partículas materiales tienen propiedades
ondulatorias, y que toda partícula en movimiento lleva una
onda asociada.
Principio de indeterminación:
Heinsenberg dijo que era imposible
situar a un
electrón en un punto exacto del espacio.
Las ecuaciones del modelo mecano-cuántico describen el comportamiento de los electrones dentro
del átomo, y recogen su carácter ondulatorio
y la imposibilidad de predecir sus trayectorias exactas.
Así establecieron el concepto de orbital, región del espacio del átomo donde la
probabilidad de encontrar un electrón es muy grande.
Características de los orbitales:
La energía está
cuantizada.
Lo que marca la diferencia con el modelo de Bohr es que este modelo no determina la posición exacta
del electrón, sino la mayor o menor probabilidad.
Dentro del átomo, el electrón se
interpreta como una nube de carga negativa, y dentro de esta nube, en el lugar en el que la densidad sea mayor,
la probabilidad de encontrar un electrón también será mayor.
El comportamiento de
los electrones dentro del átomo se describe a través de los números
cuánticos.
Los números cuánticos se encargan del
comportamiento de los electrones, y la configuración electrónica de su distribución.
Y por último, dada la cantidad de elementos, se necesitaba una clasificación.
Hoy en día se utiliza la Tabla Periódica, aunque le precedieron muchos otras
propuestas. En la Tabla Periódica los elementos se clasifican según el número atómico.
modelo atómico de Schrodinger
El modelo atómico
de Schrodinger no se
trata de un modelo relativista, sino cuántico, que está basado en la ecuación
que este físico austríaco realizó en 1925.
Bohr había postulado
un modelo que funcionaba perfectamente para el átomo de hidrógeno, pero en los
espectros que fueron realizados para otros átomos, se veía que los electrones
aun siendo del mismo nivel energético, poseían energías algo diferentes, hecho
que no respondía el modelo de Bohr, lo que hacía necesaria una urgente
corrección de su modelo.
limitaciones del modelo atómico de Schrodinger
El nombre de modelo
atómico de Schrodinger, suele llevar confusión, debido a que no explica
totalmente la estructura del átomo. Este modelo explica solamente la estructura
electrónica del átomo y su interacción con la estructura de otros átomos, pero
en ningún momento nombra al núcleo, ni hace referencia a la estabilidad de
éste.