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Teorías atómicas II


Actividad Nº 807



 

Teorías atómicas
 
La idea de la existencia de los átomos es muy antigua. Los griegos afirmaron que los componentes más diminutos de todos los objetos eran partículas a las que llamaron átomos, los cuales eran responsables de las propiedades de la materia. Sin embargo, dichas suposiciones no tenían ninguna base científica, sino más bien filosófica. A finales del siglo XIX, el modelo de átomo de la época moderna comenzó a ser usado con regularidad por los científicos.
 
 
 
1- Teoría atómica de Dalton
 
En 1803, John Dalton (1766- 1844) formula su teoría atómica:
 
- Toda matria está formada por parículas llamadas átomos. Los átomos son extremadamente pequeños e indivisibles.
- Los átomos de un mismo elemento químico son iguales entre sí, tanto en masa como en propiedades químicas y físicas.
- Los átomos de elementos diferentes son distintos en masa y propiedades.
- Los compuestos están formados por la unión de átomos de distintos elementos.
- En las reacciones químicas solo existe un reordenamiento de los átomos.
 
Nota: La teoría de Dalton es un modelo elemental que explica adecuadamente los aspectos ponderables (relaciones de peso) de las reacciones químicas, aunque la identificación de algunos elementos y compuestos es errónea.
 
Dalton_simbolos
 
 
 
 
2- Modelo atómico de Thomson
 
En 1903, Joseph Thomson (1856- 1940) postula que el átomo es una esfera compacta cargada positivamente sobre la cual se incrustan los electrones. Como se sabía que los átomos poseían electrones y eran eléctricamente neutros, el número de cargas negativas debía ser igual al de cargas positivas. Este modelo es conocido como "budín de pasas"
 
 
Thomson_modelo
 
 

2.1- Descubrimiento del electrón

En 1897, Thomson demostró, en un tubo de descarga, la existencia de partículas mucho más pequeñas que el átomo, cargadas negativamente, a las que llamó electrón (e-). Además, determinó la relación entre la carga y la masa de dicha partícula demostrando que era constante e independiente del metal de que estuviera hecho el cátodo. Luego Robert Millikan, a partir de la relación, calculó la masa del electrón que es 9,10 x 10 -28 g

Thomson_experimento

 

Nota: Este modelo falló al no responder la pregunta de cómo este átomo se podía combinar con otro para formar un compuesto, pues al acercarse se establecían repulciones, no siendo posible la unión. Este modelo solo daba una interpretación de la naturaleza eléctrica del átomo.

Este modelo fue refutado por el alumno de Thomson, Ernest Rutherford hacia el año 1911, al estudiar la desviación de las partículas alfa al atravesar láminas metálicas muy delgadas.

 

3- Experimento de Rutherford

En 1910, Ernest Rutherford (1871- 1937), junto con Geiger y Marsden, propusieron un nuevo modelo de átomo. Bombardeando una fina lámina de oro con partículas alfa (se le denominó dispersión de partículas alfa).

En contra de lo esperado, ya que el modelo de Dalton suponía que los átomos eran esferas macizas, ellos observaron que la mayoría de las partículas atravesaban la lámina sin desviarse, algunas se desviaban cambiando de dirección y unas pocas parecían rebotar.

 

Rutherford_experimento

 

Para explicar estos hechos, Rutherford propuso el modelo atómico nuclear.

3.1- Modelo atómico nuclear

Supone que el átomo tiene una zona central o núcleo donde se encuentra la carga total positiva (la de los protones) y la mayor parte de la masa del átomo, aportada por los protones y neutrones. Además presenta una zona externa o corteza donde se hallan los electrones, que giran alrededor del núcleo. (Realmente, las partículas del núcleo - protones y neutrones – se descubrieron después de que Rutherford hiciera su modelo. El experimento de Rutherford sólo informaba de la existencia de un núcleo pequeño y positivo).
 
La carga positiva de los protones es compensada con la carga negativa de los electrones, que se hallan fuera del núcleo. El núcleo contiene, por tanto, protones en un número igual al de electrones de la corteza.
El átomo estaba formado por un espacio fundamentalmente vacío, ocupado por electrones que giran a gran velocidad alrededor de un núcleo central muy denso y pequeño.
 
 
 
 
Modelo_atomico_nuclear
 
 
N° de protones = N° de electrones
 
 

3.2- Descubrimiento del neutrón

Las observaciones de Rutherford y otras experiencias afirmaron la presencia de cargas positivas en el núcleo, a las que llamó protón (p+), sin embargo, esta confirmación no explicaba la diferencia en las masas de algunos elementos, por lo que debía existir otra partícula en el núcleo.

En 1932, James Chadwick (1891- 1972), al bombardear una lámina de berilio con partículas alfa, comporbó la emisión de partículas de muy alta energía y eléctricamente neutras. A esta partícula la llamó neutrón (n)

3.3- Descubrimiento del protón

El físico alemán E. Goldstein realizó algunos experimentos con un tubo de rayos catódicos con el cátodo perforado. Observó unos rayos que atravesaban al cátodo en sentido contrario a los rayos catódicos. Recibieron el nombre de rayos canales.
 
 

 
4- Modelo de Bohr
 
En la primera mitad del siglo XX se realizaron unos descubrimientos que no podían ser explicados con el modelo de Rutherford. El físico N. Bohr (1888 - 1962)  propone un modelo en el que el átomo está formado por un núcleo positivo  y una envoltuta donde giran los electrones.
 
Los electrones sólo pueden ocupar ciertas órbitas circulares de modo estable alrededor del núcleo.
Los electrones se organizan en capas y, en cada capa tendrán una cierta energía (n), llenando siempre las capas inferiores (de menor energía) y después las superiores.
Los niveles de energía (n) se representan por los números 1, 2, 3,... comenzando desde el núcleo hacia afuera.
 
La distribución de los electrones en las capas se denomina configuración electrónica y se realiza de la siguiente manera:
La 1ª capa puede contener, como máximo, 2 electrones.
La 2ª capa puede contener, como máximo, 8 electrones. Comienza a llenarse una vez que la 1ª ya está completa.
La 3ª capa puede contener, como máximo, 18 electrones. Comienza a llenarse una vez que la 2ª capa ya está completa.
 
 
Bohr_modelo
 
 
 
En un átomo en estado fundamental o normal, los electrones ocupan los niveles de energía más bajos. En cambio, cuando un átomo absorbe energía, sus electrones pasan a niveles superiores de energía y se dice que están “excitados”. Cuando el electrón de un átomo excitado vuelve a su nivel de energía mínimo, emite una cantidad determinada de energía, generalmente en forma de luz.
 
Nota: 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.
 
 
 
 
5- Modelo de Sommerfeld
 
El modelo atómico de Sommerfeld es básicamente una generalización relativista del modelo atómico de Bohr.
El modelo atómico de Bohr funcionaba muy bien para el átomo de hidrógeno, sin embargo, sin embargo, en los espectros realizados para átomos de otros elementos no era válido.
 
Aunque no pudo demostrar las formas de emisión de las órbitas elípticas, solo descartó su forma circular.
En resumen, Sommerfeld, con la ayuda de la relatividad de Albert Einstein, hizo las siguientes modificaciones al modelo de Bohr:
 
- Los electrones se mueven del núcleo en órbitas círculares y elípticas.
- A partir del segundo nivel energético existen dos o más subniveles en el mismo nivel.
- El electrón es una corriente eléctrica minúscula.
 

 
 
6- Modelo atómico actual: mecánico cuántico
 
- En 1924, Louis de Broglie (1892- 1977) concluyó que las ondas se comportan como partículas y que estas muestran propiedades ondulatorias, lo que significó un gran avance en la teoría atómica, ya que explicaba ciertas líneas discretas en el espectro de los átomos, en concreto, el más estudiado: el átomo de hidrógeno.
 
- En 1927, Werner Heisenberg (1901- 1976), a partir de un supuesto matemático, sugiere que es imposible conocer con exactitud la posición, el momento y la energía de un electrón y, en general, de una partícula de pequeño tamaño, lo que se resuelve a  medida que la materia tiene mayor tamaño por la razón masa-velocidad que puede alcanzar. A este fenómeno, lo denominó principio de incertidumbre, y se refiere a que era imposible conocer simultánemente la posición y el movimiento de un electrón dentro de un átomo.
 
-  E. Schödinger ( 1887- 1961)  estableció el modelo mecanocuántico del átomo, ya que el modelo de Bohr suponía que los electrones se encontraban en órbitasconcretas a distancias definidas del núcleo; mientras que, el nuevo modelo establece que los electrones se encuentran alrededor del núcleo ocupando posiciones más o menos probables, pero su posición no se puede predecir con exactitud.
 
Se llama orbital a la región del espacio en la que existe una probabilidad elevada (superior al 90 %) de encontrar al electrón.
Si representamos con puntos las distintas posiciones que va ocupando un electrón en su movimiento alrededor del núcleo, obtendremos el orbital. La zona donde la nube de puntos es más densa indica que ahí es más probable encontrar al electrón.
El modelo mecano-cuántico del átomo es un modelo matemático basado en la Ecuación de Schrödinger.
Las soluciones son unos números llamados números cuánticos. Se simbolizan de la siguiente forma:
 
n: Número cuántico principal. Toma valores desde enteros positivos, desde n = 1 hasta n = 7. Nos indica
la energía del orbital y su tamaño (cercanía al núcleo).
 
l: Número cuántico secundario o azimutal. Toma valores desde 0 hasta (n-1). Nos indica la forma y el
tipo del orbital.
 
- Si l = 0 el orbital es tipo s. (Se presentan de 1 en 1).
- Si l = 1 el orbital es tipo p. (Se presentan de 3 en 3).
- Si l = 2 el orbital es tipo d. (Se presentan de 5 en 5).
- Si l = 3 el orbital es tipo f. (Se presentan de 7 en 7).
 
m: Número cuántico magnético. Toma valores desde - l hasta +l pasando por 0. nos indica la orientación espacial del orbital.
 
s: Número cuántico de spin. Toma valores -1/2 y 1/2. Nos indica el giro del electrón en un sentido o el contrario.
 
 
dato_max
 
El modelo atómico actual considera que el átomo tiene un núcleo y una nube electrónica. El núcleo es la zona central donde se encuentran los protones y neutrones; allí se concentra la mayor parte de la masa del átomo. La nube electrónica es el espacio que se encuentra alrededor del núcleo; allí los electrones se mueven sin una trayectoria definida en distintos niveles de energía.

 


Creado por Portal Educativo. Fecha: 2009-01-03. Se autoriza uso citando www.portaleducativo.net. Prohibido su uso con fines comerciales.


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