Historia del átomo
En el siglo 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 hay quien piensa que podrían ser 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 materia estaba formada por 4 elementos: tierra, agua, aire y fuego.
Aristóteles (siglo III a.C.)agregó el “éter” como quintaesencia, negó la existencia de los átomos de Demócrito y reconoció la teoría 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 relación numérica sencilla y constante. Por ejemplo, el agua está formada por 2 átomos del elemento 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 Griego Leucipo de Mileto y su discípulo 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.
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 para la época y tuvieron que pasar 2,200 años para que 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. Particularmente si consideramos que viene de filósofos que no tenían forma de hacer experimentos como los científicos modernos.
No se sabe como filósofos de esa época llegaron a pensar en el átomo, pero de una forma u otra, el concepto fue retomado mucho tiempo después.
https://www.geoenciclopedia.com/modelo atomico de democrito/
Modelo atómico de Dalton
En 1808, John Dalton propuso el primer modelo atómico que fue aceptado. El usó sus experimentos cientÃ-ficos para probar la existencia de los átomos. Dalton creÃ-a que los átomos de un elemento eran exactamente iguales en tamaño y peso. En su modelo atómico, Dalton sugirió que los átomos eran similares a bolas. El también creÃ-a que los átomos de dos o más elementos podÃ-an unirse quÃ-micamente para formar compuestos. A finales del siglo XIX, se aceptó de forma general que la materia estaba formada por átomos y que esto se combinan para forma moléculas.
La materia esta formada por átomos. Los átomos son partÃ-culas muy pequeñas e indivisibles.
Dos o más átomos son iguales si tienen las mismas propiedades fÃ-sicas y quÃ-micas. Dos o más átomos puede unirse quÃ-micamente para formar moléculas.
https://www.juntadeandalucia.es/averroes/centros tic/14700420/helvia/aula/archivos/repositorio/0/123/html/22_teora_atmica_de_dalton.html# :~:text=En%20su%20modelo%20at%C3%B3mico%2C%20Dalton,se%20combinan%20pa ra%20forma%20mol%C3%A9culas.
Experimento de Dalton
Dalton realizó muchos experimentos que Demócrito no pudo hacer. Finalmente experimentando con barras de oro, Dalton concluyó que se llegaba a un punto en que la barra de oro no se podía seguir dividiendo más. Para él, esto fue la evidencia de que existía el átomo de oro. Dalton usó esferas como modelos para representar el átomo. Así nace el primer modelo atómico. ¡Una simple esfera!
http://www.liceo franciscotello.cl/A 36/images/CORMUN_ESTUDIA/CURSOS/2_CICLO/GUIA_COLABORATIVA/SEM14/MA T_CSNAT_EDFIS/MAT-CSNAT-EDFIS-G-2C-S14.pdf
Conclusión
Dalton propuso que cada uno de los átomos de un elemento, como el oro, es idéntico a cualquier otro átomo de ese elemento. También observó que los átomos de un elemento difieren de los átomos de los demás elementos.
https://es.khanacademy.org/science/ap-chemistry/atoms-compounds-ions-ap/compoundsand-ions-ap/a/daltons-atomic-theory-version2#:~:text=Dalton%20propuso%20que%20cada%20uno,%C3%A1tomos%20de%20los%20 dem%C3%A1s%20elementos.
Modelo atómico de Thomson
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 del núcleo de átomo, Thomson pensó que los electrones se encontraban inmersos en una sustancia de 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. Por este motivo a su modelo atómico se le conoció como el modelo del pudín con pasas.
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.
https://www.geoenciclopedia.com/modelo atomico de thomson/
Experimento de Thomson
Thomson hizo circular un haz de electrones (rayos catódicos) por un campo eléctrico y magnético. Los rayos catódicos viajan en línea recta hasta llegar a las placas cargadas. El campo eléctrico provocó una desviación de los rayos en un sentido, y del campo magnético, en sentido contrario. Equilibrando el efecto de los campos eléctricos y magnéticos.
Con este experimento Thomson determinó la relación entre la carga y la masa del electrón.
http://www.secst.cl/colegio online/docs/07052020_405pm_5eb4864485b68.pdf
Conclusión
Concluyo que todos los átomos contienen pequeñas partículas subatómicas con carga negativa, llamadas electrones.
https://es.khanacademy.org/science/ap chemistry/electronic structure of atoms ap/history of atomic structure ap/a/discovery of the electron and nucleus#:~:text=Thomson%20con%20tubos%20de%20rayos,con%20carga%20negativa %2C%20llamadas%20electrones.
Modelo atómico de Rutherford
Después del modelo de Thomson que consideraba que los electrones se encontraban en un medio de carga positiva, dos ayudantes de Rutherford, Geiger y Marsden, realizaron en 1909 un estudio conocido como “el experimento de la hoja de oro”, el cual 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.
Experimento de Rutherford
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 lamina 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, colocó un filtro fluorescente de 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 un 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.
Adicionalmente, algunas de las partículas alfa fueron desviadas por la lámina de oro en ángulos muy pequeños, y por lo tanto pudo concluir que la carga positiva en un átomo no está uniformemente distribuida. La carga positiva en un átomo se concentra en un volumen muy pequeño.
Finalmente, como muy pocas de las partículas alfa se desviaron hacia atrás, es decir, como si hubieran rebotado pudo deducir que el volumen ocupado por las partículas cargadas positivamente en un átomo es muy pequeño en comparación con el volumen total de un átomo.
Modelo atómico de Niels Bohr
En julio de 1913, hace ya exactamente 100 años, Niels Bohr, discípulo de Rutherford, da un paso gigantesco hacia la comprensión de la estructura atómica, mediante el anuncio de una teoría conocida como la “Teoría de Bohr sobre el Átomo de Hidrógeno”. Bohr describió el átomo fundamental del hidrógeno como un electrón moviéndose en orbitas circulares alrededor de un protón, representando este último al núcleo del átomo, el que Bohr ubica en su parte central y dando una explicación robusta respecto de la estabilidad de la órbita del electrón y del átomo en su conjunto. Se trata entonces de la gura de la estructura del átomo más conocida y aún en nuestros días más difundida, estando fuertemente presente en el imaginario colectivo del siglo XX y de lo que va del siglo XXI. Bohr estaba convencido de que las teorías clásicas de la física eran incapaces de representar adecuadamente los movimientos orbitales de los electrones:
¿Por qué los electrones, que se encuentran en movimiento, no pierden energía, lo que provocaría que tales partículas cayeran entonces en trayectorias espirales sobre el núcleo? Muchos físicos de la época habían dado las explicaciones más fantásticas respecto de esta estabilidad del electrón y la relación de las fuerzas entre los electrones y el núcleo del átomo.
A objeto de dar una respuesta más elaborada a esta problemática, Bohr de una manera magistral, combinó lo que hasta ese momento era conocido respecto a la noción del núcleo atómico de Rutherford con la revolucionaria teoría de los Quanta, o paquetes de energía de Planck, con la cual este último cientíco explicaba la naturaleza de la luz. Supuso que todos los electrones giraban en torno a su núcleo en ciertas orbitas jas llamadas estados estacionarios, en las cuales estas partículas y su movimiento son perfectamente estables, donde cada una de estas orbitas representa un nivel denido pero diferente de energía. Sólo cuando un electrón salta de una orbita externa (un estado de energía superior) a una orbita inferior o interna, debe irradiar energía en cantidades discretas (quantos) y características de un átomo en particular.
Experimento de Niels Bohr
Los electrones no son atraídos por el núcleo, sino que se mueven alrededor del él describiendo órbitas circulares.
* Los electrones adquieren energía, se excitan, por efecto del calor o la electricidad. Al adquirir mayor energía pasan de una órbita interior a otra exterior de mayor energía. De esta manera se vuelven inestables. Entonces, para recuperar su estabilidad regresan a la órbita interior, perdiendo la energía adquirida.
* El nivel energético de los electrones depende de la órbita en que se encuentren.
Bohr postuló que cada electrón gira alrededor del núcleo en una órbita sin emitir energía radiante alguna.
Y la absorción o emisión de energía radiante por parte de un átomo se hace mediante un ambio de órbita del electrón, o sea, si emite energía radiante, el electrón salta a una órbita de menor energía; si la absorbe, salta a una de mayor energía.
Pero al parecer no hizo ningún experimento, sacó solo la conclusión al unir las teorías de Planck y de Rutherford https://prezi.com/su4fus4b80br/experimento realizado por bohr/#:~:text=Consiste%20en%20%3A,otra%20exterior%20de%20mayor%20energ%C3% ADa
Conclusiones
Bohr establece así, que los electrones solo pueden girar en ciertas órbitas de radios determinados. Estas órbitas son estacionarias, en ellas el electrón no emite energía: la energía cinética del electrón equilibra exactamente la atracción electrostática entre las cargas opuestas de núcleo y electrón. El electrón solo puede tomar así los valores de energía correspondientes a esas órbitas. Los saltos de los electrones desde niveles de mayor energía a otros de menor energía o viceversa suponen, respectivamente, una emisión o una absorción de energía electromagnética (fotones de luz). Sin embargo el modelo atómico de Bohr también tuvo que ser abandonado al no poder explicar los espectros de átomos más complejos. La idea de que los electrones se mueven alrededor del núcleo en órbitas definidas tuvo que ser desechada. Las nuevas ideas sobre el átomo están basadas en la mecánica cuántica, que el propio Bohr contribuyó a desarrollar.
Modelo atómico de Schrodinger
Se le conoce como “Modelo Cuántico Ondulatorio” y fue propuesto por Erwin Schrödinger, en 1926, a partir de los estudios de De Broglie, Bohr y Sommerfeld.
Su modelo concibe los electrones como ondulaciones de la materia, es decir, describe el comportamiento ondulatorio del electrón.
Schrödinger sugirió que el movimiento de los electrones en el átomo correspondía a la dualidad onda partícula y, en consecuencia, los electrones podían moverse alrededor del núcleo como ondas estacionarias.
Esto permitió la formulación posterior de una interpretación probabilística de la función de onda (magnitud que sirve para describir la probabilidad de encontrar a una partícula en el espacio) por parte de Max Born y significaba que se podía estudiar probabilísticamente la posición de un electrón o su cantidad de movimiento pero no ambas cosas a la vez, debido al Principio de Incertidumbre de Heisenberg.
Schrödinger fue galardonado con el Premio Nobel, en 1933, por sus aportaciones a la teoría atómica, el desarrollo de la ecuación para calcular la probabilidad de que un electrón se encuentre en una posición específica.
Experimento de Schrodinger
El experimento imaginario del gato de Schrödinger consiste en introducir a un gato en una caja con una ampolla de gas tóxico en su interior que se podía romper en cualquier momento. Con la caja cerrada, nadie puede saber si la ampolla se ha roto o no. Transcurrida una hora desde la introducción del gato, habremos de considerar que el animal estaría, al mismo tiempo, vivo y muerto; y solo podremos conocer su estado en el momento en que abramos la caja y lo comprobemos. ¡Un cruel experimento!
https://www.muyinteresante.es/ciencia/video/la ciencia en big bang que es la paradoja de schroedinger#:~:text=El%20experimento%20imaginario%20del%20gato,se%20ha%20roto %20o%20no.
Conclusiones
Cuando el sistema cuántico se rompe, la realidad se define por una de las opciones. Sólo veremos al gato vivo o muerto, nunca ambas. Este proceso de tránsito de la realidad cuántica a nuestra realidad clásica se llama decoherencia, y es la responsable de que veamos el mundo tal y como lo conocemos.
https://www.astromia.com/astronomia/paradojagato.htm#:~:text=Conclusi%C3%B3n%3A %20cuando%20el%20sistema%20cu%C3%A1ntico,tal%20y%20como%20lo%20conocem os
Conclusión de los modelos atómicos
La teoría atómica de Dalton fue la base para todos los modelos que existieron hasta el más actual. Todos ayudaron en cierto modo para llegar a una respuesta que tal vez aun no está concluida. Pero nos ayuda a ir descubriendo y entendiendo que todo lo que vemos, sentimos y tocamos está formado por ciertas partículas que gracias a todos los modelos atómicos hemos llegado a comprender. Todo este descubrimiento ha pasado por
muchas etapas que con el tiempo se han ido estudiando y avanzando siempre con la idea de poder entenderlo y llegar a una respuesta.
Importancia de los modelos atómicos para la química
La química sirve para predecir, controlar, clasificar y explicar los fenómenos de la naturaleza, por eso es importante conocer su historia y sus avances, muchos científicos han elaborado teorías, modelos y leyes, gracias a ellos puedes comprender lo que sucede a tu alrededor.
La química influye en la sociedad en diversos temas como el transporte, la alimentación, los recursos energéticos, la conservación del medio ambiente, la salud, entre otros.
Identificarás los componentes del modelo atómico de Bohr, reconocerás la función de los electrones de valencia para comprender la estructura de los materiales.
Para iniciar lee la siguiente frase de Niels Henrik David Bohr: “Lo opuesto de una formulación correcta es una formulación incorrecta. Pero lo opuesto de una verdad profunda puede ser muy bien otra verdad profunda”.
Los materiales que utilizarás son: cuaderno de notas, tu libro de texto de Ciencias con énfasis en química y bolígrafos, lápiz escuadras o regla y colores.
Escribe las dudas o dificultades que surjan al resolver los planteamientos. Éstas las puedes resolver al revisar tu libro de texto o al reflexionar en torno a los problemas que se discutirán.
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. Un átomo al unirse con otros, forma moléculas como el ozono, compuestos como el agua o mezclas como el aire. Los modelos atómicos son representaciones gráficas que te permiten estudiar y entender cómo está formada la materia de manera más sencilla.
El átomo es la estructura con la cual se organiza la materia en el Universo físico, contiene sub partículas llamadas, protones, neutrones y electrones; en un concepto simple el átomo es la partícula más pequeña de la materia compuesta por un núcleo que tiene cargas positivas llamadas protones, y neutras que se denominan neutrones y alrededor
del núcleo se encuentran girando las partículas negativas conocidas como electrones. Observa la siguiente imagen: