El Átomo

EL ÁTOMO

Natalia Rueda González

Contenido

Historia del Átomo.................................................................................................................2

Modelo Atómico de Demócrito 4

Modelo Atómico de Dalton 6

Modelo Atómico de Thomson 9

Modelo Atómico de Rutherford............................................................................................ 12

Modelo Atómico de Niels Bohr............................................................................................ 15

Modelo Atómico de Schrodinger 18 Conclusión 21

Importancia de los Modelos Atómicos para la Química....................................................... 21

Historia del Átomo

El primero en formular la idea de la existencia de los átomos fue el filósofo griego Demócrito (s. V VI a.C.) a partir de especulaciones puramente imaginarias (tal como se entendía la ciencia en aquel entonces).

Sus estudios fueron tomados por filósofos posteriores como Leucipo y Epicuro, pero fue obviado durante el medioevo, opacado por la explicación creacionista del mundo, que atribuía todo a Dios.

Hubo que esperar hasta 1773 cuando el químico francés Antoine de Lavoisier postulo su teoría sobre la no creación ni destrucción de la materia (solo se transforma) o la Ley de la Conservación de la Masa, lo cual permitió a John Dalton formular en 1804 la primera teoría atómica moderna.

Sucesivos estudios de la física y la química se inspiraron en su trabajo para proponer mejores y más complejos sistemas de comprehensivo de las partículas fundamentales de la materia. Posteriormente, se propusieron nuevos modelos atómicos hasta llegar a los más utilizados actualmente.

La estructura aceptada contemporáneamente es la derivada de los experimentos de Rutherford en 1911, junto a las formulaciones de Niels Bohr, Schrodinger y Heisenberg.

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Modelo Atómico de Demócrito

La “Teoría Atómica del Universo” fue creada por el filósofo griego Demócrito junto a su mentor, Leucipo. En aquella época los conocimientos no se alcanzaban mediante la experimentación, sino mediante el razonamiento lógico, basándose en la formulación y el debate de ideas.

Demócrito propuso que el mundo estaba formado por particular muy pequeñas e indivisibles, de existencia eterna, homogéneas e incomprensibles, cuyas únicas diferencias eran de forma y tamaño, nunca de funcionamiento interno. Estas partículas se bautizaron como “Átomos”, palabra que proviene del griego atemnein y significa “indivisible”.

Según Demócrito, las propiedades de la materia estaban determinadas por el modo en que los átomos se agrupaban. Filósofos posteriores como Epicuro añadieron a la teoría el movimiento aleatorio de átomos.

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Modelo Atómico de Dalton

El primer modelo atómico con bases científicas nació en el seno de la química, propuesto por John Dalton en sus “Postulados Atómicos”. Sostenía que todo estaba hecho de átomos, indivisibles e indestructibles, incluso mediante reacciones químicas.

Dalton propone que los átomos de un mismo elemento químico eran iguales entre sí y tenían la misma masa e iguales propiedades. Por otro lado, propuso el concepto de peso atómico relativo (el peso de cada elemento respecto al peso del hidrogeno), comparando las masas de cada elemento con la masa de hidrogeno. También propuso que los átomos pueden combinarse entre sí para formar compuestos químicos.

La teoría de Dalton tuvo algunos errores. Afirmaba que los compuestos químicos se formaban usando la menor cantidad de átomos posible de sus elementos. Por ejemplo, la moledla de agua, según Dalton, Seria HO y no H2O, que es la fórmula correcta. Por otro lado, decía que los elementos es estado gaseoso siempre eran monoatómicos (compuestos por un solo átomo), lo que sabemos no es real.

Experimentos de Dalton

Realizo experimentos con gases, estudiando las características de la presión de este estado de la materia, concluyendo que los átomos de los gases deben estar en constante movimiento aleatorio.

Otros experimentos consistieron en la combinación de elementos para crear molecular de compuestos, lo que le permitió afirmar que un compuesto determinado siempre está formado por los mismos elementos en las mismas proporciones y siguiendo su “Ley de las Proporciones Múltiples”.

Conclusiones de Dalton

La materia se constituye en partículas mínimas, indestructibles e indivisibles llamadas átomos. Los átomos de un mismo elemento son siempre idénticos entre sí, con la misma masa y las mismas propiedades. En cambio, los átomos de elementos diferentes tienen masas y propiedades distintas.

Los átomos no se dividen ni pueden crearse ni destruirse durante las reacciones químicas. Los átomos de elementos distintos pueden combinarse para formar compuestos en diferentes proporciones y cantidades.

Cuando se combinan para formar compuestos, los átomos se ordenan según relaciones simples, descritas mediante números enteros.

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Modelo Atómico de Thomson

Propuesto por J. J. Thomson, descubridor del electrón en 1987, este modelo es previo al descubrimiento de los protones y neutrones, por lo que se asume que los átomos estaban compuestos por una esfera de carga positiva y los electrones de carga negativa estaban incrustados en ella, como las pasas en el pudin. Dicha metáfora le otorgo al modelo el epíteto de “Modelo del Pudin de Pasas”.

Este modelo hacia una predicción incorrecta de la carga positiva en el átomo, pues afirmaba que esta estaba distribuida por todo el átomo. Mas tarde esto fue corregido en el modelo de Rutherford donde se definió el núcleo atómico.

Experimentos de Thomson

Fueron tres los experimentos en los que empleo los tubos de rayos catódicos, en primera instancia, demostró que los campos eléctricos eran capaces de generar la desviación de estos y entonces experimento la desviación a partir del efecto combinado de campos eléctricos y magnéticos, lo que se buscaba era evidenciar la relación existente entre la carga y la masa de las partículas, que se mantenía constante a pesar de la alteración del material del cátodo.

Siguiendo los mismos estudios y experimentos, en 1897, Thomson, descubrió una nueva partícula, la cual era mil veces más liviana que el hidrogeno, a la mencionada partícula se la denomino electrón. Su descubrimiento lo llevo a ser el primer científico en descubrir particular subatómicas.

Conclusiones de Thomson

Las conclusiones de Thomson fueron audaces: los rayos catódicos estaban hechos de partículas que llamo “Corpúsculos”, y estos corpúsculos procedían de dentro de los átomos de los electrodos, lo que significa que los átomos son, de hecho, divisibles. Thomson imagino que el átomo se compone de estos corpúsculos en un mar lleno de carga positiva; a este modelo del átomo, atribuido a Thomson, se le llamo el modelo “Pudin de Pasas”.

ModelosAtómicos Concepto,tiposycaracterísticas. (s.f.). Concepto. https://concepto.de/modelos atomicos/ Joseph John Thomson. (2022, 27 septiembre). Rincón educativo. https://rinconeducativo.org/es/recursos educativos/joseph john thomson/

Modelo Atómico de Rutherford

Ernest Rutherford realizo una serie de experimentos en 1911 a partir de láminas de oro. En estos experimentos se determinó que el átomo está compuesto por un núcleo atómico de carga positiva (donde se concentra la mayor parte de su masa) y los electrones, que giran libremente alrededor de este núcleo. En este modelo se propone por primera vez la existencia del núcleo atómico.

Experimentos de Rutherford

El método experimental de Rutherford partía de varias laminas delgadas de oro que serían bombardeadas en laboratorio con núcleos de helio (partículas alfa, que tienen carga positiva), midiendo así los ángulos de desviación del haz de partículas al atravesar el oro.

Este comportamiento, que en ocasiones alcanzo desviaciones de hasta 90º, no concordaba con el modelo atómico propuesto por Thomson, imperante en la época.

El modelo de Thomson propone que el átomo es una esfera positiva, con los electrones de carga negativa incrustados en ella. Por esta razón, se asemeja el modelo a un pudin con pasas: el pudin sería el átomo y las pasas serían los electrones.

Por otra parte, el modelo de Rutherford establece que el átomo tiene la carga positiva concentrada en el núcleo y los electrones orbitan alrededor de él. Si el átomo tuviese la estructura planteada por Thomson, las partículas alfa (positivas), al atravesar la lámina de oro deberían seguir sus trayectorias o desviarse muy poco. Sin embargo, lo que ocurrió, es que se vieron desviaciones de estas partículas

de hasta 90º y 180º, lo que demostró que el átomo, efectivamente, tiene la carga positiva concentrada en su centro (como proponía Rutherford) y no distribuida en una esfera (como proponía Thomson).

Conclusiones de Rutherford

Rutherford llego a la conclusión de que la masa del átomo se concentraba en una región pequeña de cargas positivas que impedían el paso de las partículas alfa. Sugirió un nuevo modelo en el cual el átomo posee un núcleo o centro en el cual se concentra la masa y la carga positiva, y que en la zona extra nuclear se encentran los electrones de carga negativa.

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Modelo Atómico de Niels Bohr

Este modelo da inicio en el mundo de la física a los postulados cuánticos, por lo que se considera una transición entre la mecánica clásica y la cuántica. El físico danés Niels Bohr propuso este modelo para explicar cómo podían los electrones tener orbitas estables (o niveles energéticos estables) rodeando el núcleo. Además, explica por qué los átomos tienen espectros de emisión característicos.

En los espectros realizados para muchos átomos se observaba que los electrones de un mismo nivel energético tenían energías diferentes. Esto demostró que había errores en el modelo y que debían existir subniveles de energía en cada nivel energético.

Experimentos de Bohr

El modelo del átomo de hidrogeno planteado por Niels Bohr en 1913 consiste en un núcleo conformado por un protón sobre el que gira un electrón siguiendo una órbita circular. El electrón no se precipita hacia el núcleo por acción de la fuerza electrostática existente entre las cargas debido a que hay ciertas orbitas estables en las que puede permanecer el electrón.

Cada orbita estable tiene asociado un radio y una energía que depende de un índice entero n. Estos estados estables surgen de la suposición de que el momento angular L del electrón esta cuantizado según la relación:

La suposición de que el momento angular esta cuantizado no resulta del todo natural de interpretar; sin embargo, si se combina esta hipótesis, con la relación propuesta por de Broglie, en donde el electrón tiene asociada una longitud de onda (λ = h / mv), se encuentra que las orbitas estables son aquellas en las que quedan inscritas exactamente un numero entero de longitudes de onda; es decir son aquellas que satisfacen la siguiente condición:

Se concluye entonces que las orbitas estables en donde permanece el electrón son aquellas en donde pueden quedar inscritas un numero entero de longitudes de onda asociadas al electrón. En la siguiente figura se presentan dos casos de orbitas en donde una es permitida y la otra no:

Adoptando el modelo de Rutherford, Bohr propuso para el átomo de hidrogeno, un núcleo formado por una partícula positiva, y girando alrededor de ella, un electrón. Este es el modelo planetario donde el núcleo es el sol y los electrones los planetas.

Conclusiones de Bohr

Bohr establece que los electrones solo pueden girar en ciertas orbitas de radios determinados. Estas orbitas son estacionarias, en ellas el electrón no emite energía: la energía cinética del electrón equilibrada 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).

Modelos Atómicos Concepto,tiposy características. (s.f.) Concepto. https://concepto.de/modelos atomicos/ Experimento; Modelo mecánico del átomo de Bohr. (s.f.) https://fisicaexpdemostrativos.unidades.edu.co/ModeloAtomoBohr.html

Modelo Atómico de Schrodinger

Propuesto por Erwin Schrödinger a partir de los estudios de Bohr y Sommerfeld, concebía los electrones como ondulaciones de la materia, lo cual 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.

Eso significa que se puede 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.

Este es el modelo atómico vigente a inicios del siglo XXI, con algunas posteriores adiciones. Se le conoce como “Modelo Cuántico Ondulatorio”.

Experimentos de Schrodinger

El modelo atómico se basó en el experimento de Young, el cual era el primero en demostrar la dualidad de cada partícula y onda del átomo. La hipótesis de Broglie de naturaleza ondulatoria fue demostrada en este experimento, conocido como rendija.

Esta teoría fue formulada por el inglés Thomas Young quien fue el encargado de sentar las bases teóricas del modelo atómico, que después fue desarrollado por Schrödinger para demostrar la naturaleza de la luz.

Durante el experimento de Young se encargó de dividir un rayo de luz a través de un agujero mediante una cámara de observación usando una tarjeta de 2 mm, con el fin de hacer que el haz de luz se dividiera y esta lo hizo. Este experimento permitió mostrar que la luz podía comportarse como una partícula y como una onda. Siglos después esta teoría fue puesta en práctica por Albert Einstein.

Conclusiones de Schrodinger

Los electrones se comportan como ondas estacionarias que se distribuyen en el espacio según la función de onda Ψ.

Los electrones se desplazan dentro del átomo describiendo orbitales. Estas son zonas en donde la probabilidad de encontrar un electrón es considerablemente más alta. La referida probabilidad es proporcional al cuadrado de a función de onda Ψ2.

La configuración electrónica del modelo atómico de Schrodinger explica las propiedades periódicas de los átomos y los enlaces que forman.

ModelosAtómicos Concepto,tiposycaracterísticas. (s.f.). Concepto. https://concepto.de/modelos atomicos/ Modelo Atómico. (2021, 7 marzo). Modelo Atómico de Schrodinger. Modelos Atómicos. https://modeloatomico.win/de schrodinger/ Modelo atómico de Schröginger (1926 d.C.). (2022, 26 octubre). Rincón educativo. https://rinconeducativo.org/es/recursos educativos/modelo atomico de schroginger 1926 dc/

Conclusión

La evolución de los modelos atómicos indica que la ciencia siempre está en constante avance y que cada día se conoce algo nuevo, el átomo inició como una partícula indivisible y posteriormente se logró dividir, es decir, que la materia es divisible y además que es discontinua.

Importancia de los Modelos Atómicos para la Química

Para los científicos, el modelo atómico es de suma importancia para el análisis correcto de los átomos. Este modelo además permite el estudio de un átomo por individual o en la maleabilidad adquirida para la creación de nuevos elementos.

Sin el modelo atómico no se tuviese la certeza de saber que el átomo es la mínima parte de todo elemento químico existente. Este tipo de fundamentos se deben examinar en un periodo que integra pruebas científicas, experimentaciones o comparaciones entre uno o más finitos compuestos orgánicos.

Este modelo además simplifica el estudio de los átomos, puesto que es uno de los más complicados al tratarse de la observación de diminutas partículas orgánicas, que ante cualquier tensión externa pueden cambiar radicalmente su dinámica.

Por lo tanto, el modelo atómico es un conjunto de análisis registrados que facilitan el proceso científico de evaluación y composición de la más pequeña estructura artificial, plasmando los procesos junto a los resultados obtenidos en esquemas, diagramas o cualquier archivo visual que sea funcional posteriormente.

Importancia del modelo atómico. (2019, 22 junio). importancia. https://www.importancia.cc/modeloatomico/