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.

 limitaciones del modelo de thomson

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.   

modelos atomicos.

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