Modelos Atómicos
Modelo Atómico Actual
El modelo atómico actual fue desarrollado durante la década de 1920, sobre todo por Schrödinger y Heisenberg.
Es un modelo de gran complejidad matemática, tanta que usándolo sólo se puede resolver con exactitud el átomo de hidrógeno. Para resolver átomos distintos al de hidrógeno se recurre a métodos aproximados.
De cualquier modo, el modelo atómico mecano-cuántico encaja muy bien con las observaciones experimentales.
De este modelo sólo diremos que no se habla de órbitas, sino de orbitales. Un orbital es una región del espacio en la que la probabilidad de encontrar al electrón es máxima.
Los orbitales atómicos tienen distintas formas geométricas.
En la simulación que tienes a la derecha puedes elegir entre distintos tipos de orbitales y observar su forma geométrica, se simula mediante una nube de puntos, siendo la máxima probabilidad de encontrar al electrón en la zona en que la densidad de la nube electrónica es máxima.
El modelo de Rutherford
El modelo atómico de Rutherford es un modelo atómico o teoría sobre la estructura interna del átomo propuesto por el químico y físico británico-neozelandés Ernest Rutherford para explicar los resultados de su "experimento de la lámina de oro", realizado en 1911.
El modelo de Rutherford fue el primer modelo atómico que consideró al átomo formado por dos partes: la "corteza", constituida por todos sus electrones, girando a gran velocidad alrededor de un "núcleo", muy pequeño, que concentra toda la carga eléctrica positiva y casi toda la masa del átomo.Rutherford Llegó a la conclusión de que la masa del átomo se concentraba en una región pequeña de cargas positivas que impedian el paso de las partículas alfa. Sugirió un nuevo modelo en el cual el átomo poseía un núcleo o centro en el cual se concentra la masa y la carga positiva, y que en la zona extranuclear se encuentran los electrones de carga negativa.
La importancia del modelo de Rutherford residió en proponer por primera vez la existencia de un núcleo en el átomo (término que, paradójicamente, no aparece en sus escritos). Lo que Rutherford consideró esencial, para explicar los resultados experimentales, fue "una concentración de carga" en el centro del átomo, ya que sin ella, no podía explicarse que algunas partículas fueran rebotadas en dirección casi opuesta a la incidente. Este fue un paso crucial en la comprensión de la materia, ya que implicaba la existencia de un núcleo atómico donde se concentraba toda la carga positiva y más del 99,9% de la masa. Las estimaciones del núcleo revelaban que el átomo en su mayor parte estaba vacío.
Rutherford propuso que los electrones orbitarían en ese espacio vacío alrededor de un minúsculo núcleo atómico, situado en el centro del átomo. Además se abrían varios problemas nuevos que llevarían al descubrimiento de nuevos hechos y teorías al tratar de explicarlos:
Por un lado se planteó el problema de cómo un conjunto de cargas positivas podían mantenerse unidas en un volumen tan pequeño, hecho que llevó posteriormente a la postulación y descubrimiento de la fuerza nuclear fuerte, que es una de las cuatro interacciones fundamentales.
Por otro lado existía otra dificultad proveniente de la electrodinámica clásica que predice que una partícula cargada y acelerada, como sería el caso de los electrones orbitando alrededor del núcleo, produciría radiación electromagnética, perdiendo energía y finalmente cayendo sobre el núcleo. Las leyes de Newton, junto con las ecuaciones de Maxwell del electromagnetismo aplicadas al átomo de Rutherford llevan a que en un tiempo del orden de s, toda la energía del átomo se habría radiado, con la consiguiente caída de los electrones sobre el núcleo.2 Se trata, por tanto de un modelo físicamente inestable, desde el punto de vista de la física clásica.Según Rutherford, las órbitas de los electrones no están muy bien definidas y forman una estructura compleja alrededor del núcleo, dándole un tamaño y forma algo indefinidas. Los resultados de su experimento le permitieron calcular que el radio atómico era diez mil veces mayor que el núcleo mismo, y en consecuencia, que el interior de un átomo está prácticamente vacío.Modelo Atómico de Bohr
Modelo atómico de Bohr es un modelo clásico del átomo, pero fue el primer modelo atómico en el que se introduce una cuantización a partir de ciertos postulados (ver abajo). Fue propuesto en 1913 por el físico danés Niels Bohr, para explicar cómo los electrones pueden tener órbitas estables alrededor del núcleo y por qué los átomos presentaban espectros de emisión característicos (dos problemas que eran ignorados en el modelo previo de Rutherford). Además el modelo de Bohr incorporaba ideas tomadas del efecto fotoeléctrico, explicado por Albert Einstein en 1905. Bohr se basó en el átomo de hidrógeno para hacer el modelo que lleva su nombre. Bohr intentaba realizar un modelo atómico capaz de explicar la estabilidad de la materia y los espectros de emisión y absorción discretos que se observan en los gases. Describió el átomo de hidrógeno con un protón en el núcleo, y girando a su alrededor un electrón. El modelo atómico de Bohr partía conceptualmente del modelo atómico de Rutherford y de las incipientes ideas sobre cuantización que habían surgido unos años antes con las investigaciones de Max Planck y Albert Einstein. Debido a su simplicidad el modelo de Bohr es todavía utilizado frecuentemente como una simplificación de la estructura de la materia.
En este modelo los electrones giran en órbitas circulares alrededor del núcleo, ocupando la órbita de menor energía posible, o la órbita más cercana posible al núcleo. El electromagnetismo clásico predecía que una partícula cargada moviéndose de forma circular emitiría energía por lo que los electrones deberían colapsar sobre el núcleo en breves instantes de tiempo. Para superar este problema Bohr supuso que los electrones solamente se podían mover en órbitas específicas, cada una de las cuales caracterizada por su nivel energético. Cada órbita puede entonces identificarse mediante un número entero n que toma valores desde 1 en adelante. Este número "n" recibe el nombre de Número Cuántico Principal.
Bohr supuso además que el momento angular de cada electrón estaba cuantizado y sólo podía variar en fracciones enteras de la constante de Planck. De acuerdo al número cuántico principal calculó las distancias a las cuales se hallaba del núcleo cada una de las órbitas permitidas en el átomo de hidrógeno.
Modelo atomico de Thomson
Thompson
En 1817, el físico ingles Joseph J. Thomson descubrió la existencia de unas partículas subatomicas con carga eléctrica negativa a la que llamo "electrones". Pero como la materia es electricamente neutra, sostuvo que debía existir algo con carga eléctrica positiva que compensara a la negativa. Asi un año más tarde propuso un modelo que consistía en una esfera maciza con descarga eléctrica y con los electrones incrustados en ella de forma tal que en su totalidad resultara una partícula electricamente neutra.
Descubrimiento del electrón (descubierto en el año 1897; en 1898 Thomson propuso un modelo atómico, que tomaba en cuenta la existencia de dicha partícula subatómica.
Thomson suponía que los electrones se distribuía de una forma uniforme alrededor del átomo, conocido este modelo como Pastel de pasas, es la teoría de estructura atómica, Thomson descubre el electrón antes que se descubrirse el protón y el neutrón..
Si observamos este modelo, veremos que el átomo se compone por electrones de carga negativa en el átomo positivo, tal se aprecia en el modelo de pasas de budín.
Pensaba que los electrones, distribuidos uniformemente alrededor del átomo, en distintas ocasiones, en vez de una sopa de las cargas positivas, se postulaba con una nube de carga positiva, en 1906 Thomson fue premiado con el novel de física por este descubrimiento.
Si pensamos que el átomo no deja de ser un sistema material, con una cierta energía interna, es por eso que esta energía provoca un grado de vibración de los electrones contenidos que contiene su estructura atómica, si se enfoca desde este punto de vista el modelo atómico de Thomson se puede afirmar que es muy dinámico por consecuencia de la gran movilidad de los electrones en el “seno” de la mencionada estructura.
Para lograr una interpretación del modelo atómico desde un ángulo microscópico, entonces se puede definir como una estructura estática, ya que los mismos se encuentran atrapados dentro del “seno” de la masa que define la carga positiva del átomo.
Veamos el modelo de una forma simple, el modelo de Thomson era parecido a un pastel de Frutas: los electrones estaban incrustados en una masa esférica de carga positiva,
La carga negativa del electrón era la misma que la carga positiva de la esfera, es por esto que se deduce que el átomo era neutro,
Thomson: también explicó la forma de los iones, tanto positivos como negativos
En 1817, el físico ingles Joseph J. Thomson descubrió la existencia de unas partículas subatomicas con carga eléctrica negativa a la que llamo "electrones". Pero como la materia es electricamente neutra, sostuvo que debía existir algo con carga eléctrica positiva que compensara a la negativa. Asi un año más tarde propuso un modelo que consistía en una esfera maciza con descarga eléctrica y con los electrones incrustados en ella de forma tal que en su totalidad resultara una partícula electricamente neutra.
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| Representación esquemática del modelo de Thomson. |
Thomson suponía que los electrones se distribuía de una forma uniforme alrededor del átomo, conocido este modelo como Pastel de pasas, es la teoría de estructura atómica, Thomson descubre el electrón antes que se descubrirse el protón y el neutrón..
Si observamos este modelo, veremos que el átomo se compone por electrones de carga negativa en el átomo positivo, tal se aprecia en el modelo de pasas de budín.
Pensaba que los electrones, distribuidos uniformemente alrededor del átomo, en distintas ocasiones, en vez de una sopa de las cargas positivas, se postulaba con una nube de carga positiva, en 1906 Thomson fue premiado con el novel de física por este descubrimiento.
Si pensamos que el átomo no deja de ser un sistema material, con una cierta energía interna, es por eso que esta energía provoca un grado de vibración de los electrones contenidos que contiene su estructura atómica, si se enfoca desde este punto de vista el modelo atómico de Thomson se puede afirmar que es muy dinámico por consecuencia de la gran movilidad de los electrones en el “seno” de la mencionada estructura.
Para lograr una interpretación del modelo atómico desde un ángulo microscópico, entonces se puede definir como una estructura estática, ya que los mismos se encuentran atrapados dentro del “seno” de la masa que define la carga positiva del átomo.
Veamos el modelo de una forma simple, el modelo de Thomson era parecido a un pastel de Frutas: los electrones estaban incrustados en una masa esférica de carga positiva,
La carga negativa del electrón era la misma que la carga positiva de la esfera, es por esto que se deduce que el átomo era neutro,
Thomson: también explicó la forma de los iones, tanto positivos como negativos
Thomson y su experimento: JJ Thomson, (en 1897), a mitad de un experimento midió la proporción que existe entre la carga y la masa de una corriente de electrones, usando un tubo de rayos catódicos del cual obtiene un valor, este valor es de 1.76x 108 Coulombs
En 1906 Thomson demuestra que el hidrógeno tiene un electrón, esto permite diversas teorías.Modelo Atómico de Dalton
Nació en Eaglesfield, Inglaterra, en 1766, en el seno de una humilde familia de tejedores. Siendo todavía un niño, tenía que ayudar a sus padres a tejer ropa y trabajar en las labores del campo, al mismo tiempo que estudiaba. Su familia pertenecía a un grupo religioso cuyos acólitos se llaman “cuáqueros”, que en síntesis, promueven la humildad y reniegan de las autoridades eclesiásticas.
A diferencia de otros niños pobres, él pudo ir a la escuela y tuvo un buen profesor que lo incentivó a seguir estudiando. Se esforzó, tuvo buenas notas y con sólo 12 años, empezó a trabajar como profesor, debido a sus necesidades económicas. Le encantaba investigar y aprender, y con ese espíritu trabajó durante toda su vida. Cuando murió, a los 78 años (1844), miles de personas acudieron a rendirle homenaje en el funeral. ¿Sabes de quién estamos hablando? De John Dalton, el responsable del primer modelo de átomo con base científica. En el fondo, con Dalton la humanidad comenzó el camino que la condujo a utilizar la energía atómica.
En 1803 enuncio su teoria atomica:
* La materia esta formada por atomos indivisibles indestructibles.
* Los atomos son esferas rigidas.
* Todos los atomos del mismo elemento son iguales entre si pero diferentes de los atomos de otros elementos.
* Los atomos no se crean, ni se destruyen aún cuando se convinen en las reacciones quimicas.
El modelo atómico de Dalton fue expuesto en un libro llamado “Nuevo sistema de filosofía química”, y en síntesis decía lo siguiente:
- La materia está formada por partículas pequeñísimas llamadas “átomos”.
- Estos átomos no se pueden dividir ni romper, no se crean ni se destruyen en ninguna reacción química, y nunca cambian.
- Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí, tienen la misma masa y dimensiones; por ejemplo, todos los átomos de hidrógeno son iguales.
- Por otro lado, los átomos de elementos diferentes, son diferentes; por ejemplo, los átomos de oxígeno son diferentes a los átomos de hidrógeno.
- Los átomos pueden combinarse para formar compuestos químicos. Por ejemplo, los átomos de hidrógeno y oxígeno pueden combinarse y formar moléculas de agua.
- Los átomos, al combinarse para formar compuestos guardan relaciones simples.
- Los átomos de elementos diferentes se pueden combinar en proporciones distintas y formar más de un compuesto. Por ejemplo, un átomo de carbono con uno de oxígeno forman monóxido de carbono (CO), mientras que dos átomos de oxígeno con uno de carbono, forman dióxido de carbono (CO2).
Antonie Laurent
Antonie LaurentParís, 26 de agosto de 1743 — 8 de mayo de 1794, químico francés, considerado el creador de la química moderna, junto a su esposa, la científica Marie-Anne Pierrette Paulze, por sus estudios sobre la oxidación de los cuerpos, el fenómeno de la respiración animal, el análisis del aire, la Ley de conservación de la masa o Ley Lomonósov-Lavoisier y la calorimetría. Fue también biólogo y economista.
Se le considera el padre de la química moderna por sus detallados estudios, entre otros: el estudio del aire, el fenómeno de la respiración animal y su relación con los procesos de oxidación, análisis del agua, uso de la balanza para establecer relaciones cuantitativas en las reacciones químicas estableciendo su famosa Ley de conservación de la masa.
Algunas publicaciones
Opuscules physiques et chimiques. 1774
Traité élémentaire de chimie. 1789
Los primeros modelos atómicos
La historia de los modelos atomicos comienza en Grecia, que en ese entonces no habia cientificos como en la actualidad, eran los filosofos los que se ocupaban de pensar como esta constituida la materia. Democrito y su maestro Leucipo dijeron que un trozo de metal podia dividirse en 2 partes hasta que llegaba un momento en el cual se obtenia una particula. Y a esa particula se la denominó atomo.
Segun estos filosofos los atomos no eran todos iguales sino que adquirian las caracteristicas de la materia a la cual pretenecian y tambien sostenian que los atomos eran eternos y se diferenciaban por la forma, la medida, el peso y la posicion.
Aristoteles ataco la teoria de los atomistas ya que el consideraba que la materia era continua y que los atomos no existian. Hoy sabemos que Democrito y Leucipo estaban en lo cierto.
2.Los átomos serían tan pequeños que son invisibles aunque en este punto es muy posible que Leucipo y Demócrito no pensaran lo mismo.
3.Los átomos eran, por tanto, indivisibles, sólidos, homogeneos, infinitos en número y figura (aunque finitos en sí mismos) y estarían dispersos ( moviéndose ) por todo un vacío infinito (aunque en sí mismos no existiría el vacío). Recuérdese que Parménides había negado el vacío y que los pitagóricos lo habían identificado con el aire atmosférico.
4.Los atomistas identificaban el vacío con el no-ser pero no en el sentido que fuera sinónimo de la nada sino en el de que el vacío no-era el ser, es decir, los átomos. Y el vacio no es identificable con la nada ya que juega una función ( por lo tanto es algo ) que sería la de permitir que los átomos se muevan desde toda la eternidad y estén separados unos de otros. El vacío, por tanto, como sinónimo del no-ser sería algo totalmente distinto de la plena existencia corporea de los átomos.
5.Aristóteles, se engaña cuando identifica el vacío de los atomistas con el espacio ya que éstos no tenían la concepción de que los cuerpos ocupan espacio. Para ellos, el vacío solo existen allí donde hay átomos, es decir, es el hiato existente entre ellos.
6.Los átomos difieren unos de otros, no por su materia, sino por su forma (A-N), por su orden (AN-NA) y por su posición (Z-N) por lo que las diferencias cualitativas de los objetos ( que no son otra cosa que conglomerados de átomos ) dependen unicamente por sus aspectos cualitativos y locales.
Segun estos filosofos los atomos no eran todos iguales sino que adquirian las caracteristicas de la materia a la cual pretenecian y tambien sostenian que los atomos eran eternos y se diferenciaban por la forma, la medida, el peso y la posicion.
Aristoteles ataco la teoria de los atomistas ya que el consideraba que la materia era continua y que los atomos no existian. Hoy sabemos que Democrito y Leucipo estaban en lo cierto.
FILOSOFÌA DE LOS ATOMISTAS
1.Los primeros principios (atomos) son seres corporeos y homogeneos. En este sentido cada átomo se parecería a la Esfera de Parménides ya que los átomos ( aunque infinitos en número ) cada uno, en sí mismo, no tendría intersticios ( cada átomo, en sí mismo, serían finito y, en él no existiría el vacío ) por lo que no podrían ser divididos ( indivisibles ).2.Los átomos serían tan pequeños que son invisibles aunque en este punto es muy posible que Leucipo y Demócrito no pensaran lo mismo.
3.Los átomos eran, por tanto, indivisibles, sólidos, homogeneos, infinitos en número y figura (aunque finitos en sí mismos) y estarían dispersos ( moviéndose ) por todo un vacío infinito (aunque en sí mismos no existiría el vacío). Recuérdese que Parménides había negado el vacío y que los pitagóricos lo habían identificado con el aire atmosférico.
4.Los atomistas identificaban el vacío con el no-ser pero no en el sentido que fuera sinónimo de la nada sino en el de que el vacío no-era el ser, es decir, los átomos. Y el vacio no es identificable con la nada ya que juega una función ( por lo tanto es algo ) que sería la de permitir que los átomos se muevan desde toda la eternidad y estén separados unos de otros. El vacío, por tanto, como sinónimo del no-ser sería algo totalmente distinto de la plena existencia corporea de los átomos.
5.Aristóteles, se engaña cuando identifica el vacío de los atomistas con el espacio ya que éstos no tenían la concepción de que los cuerpos ocupan espacio. Para ellos, el vacío solo existen allí donde hay átomos, es decir, es el hiato existente entre ellos.
6.Los átomos difieren unos de otros, no por su materia, sino por su forma (A-N), por su orden (AN-NA) y por su posición (Z-N) por lo que las diferencias cualitativas de los objetos ( que no son otra cosa que conglomerados de átomos ) dependen unicamente por sus aspectos cualitativos y locales.
