modelos atomicos
- 1. Andrés Felipe Jiménez Villota Sara María Velasco Gómez San Juan de Pasto
- 2. Entre los múltiples usos del término modelo, se encuentra aquel que asocia el concepto a una representación o un esquema. Atómico, por su parte, es lo que está vinculado al átomo (la cantidad más pequeña de un elemento químico que es indivisible y que tiene existencia propia). Un modelo atómico, por lo tanto, consiste en representar, de manera gráfica, la materia en su dimensión atómica. El objetivo de estos modelos es que el estudio de este nivel material resulte más sencillo gracias a abstraer la lógica del átomo y trasladarla a un esquema. En pocas palabras, El modelo atómico es una explicación a la estructura de la mínima cantidad de materia en la que se creía que se podía dividir una masa.
- 3. La teoría Atómica se basa en la suposición (ratificada después de datos experimentales) de que la materia no es continua, sino que está formada por partículas distintas. Esta teoría describe parte del mundo material a la que no hay posibilidad de acceder por observación directa, y permite explicar las propiedades de las diversas sustancias. El concepto de átomo ha ido pasando por diversas concepciones, cada una de las cuales explicó en su momento todos los datos experimentales de que se disponía, pero con el tiempo fue necesario modificar cada modelo para adoptarlo a los nuevos datos. cada modelo se apoya de los anteriores conservando determinados aspectos y modificando otros.
- 4. Desde la Antigüedad, el ser humano se ha cuestionado de qué estaba hecha la materia, qué ocurriría si se dividiera un trozo de ella muchas veces o si se podría llegar hasta una parte indivisible o dividirla sin parar. Los filósofos de la antigua Grecia discutieron bastante sobre este tema. El problema es que estos filósofos no utilizaban ni la medición ni la experimentación para llegar a conclusiones, por tanto, no seguían las fases del método científico. De esta forma, se establecieron dos teorías: atomista y continuista, que se basaban en la existencia de partes indivisibles o en que siempre se podía seguir dividiendo. En el siglo V a.C., Leucipo pensaba que sólo había un tipo de materia. Sostenía, además, que si se dividía la materia en partes cada vez mas pequeñas, se terminaría encontrando una porción que no se podría seguir dividiendo. Un discípulo suyo, Demócrito, nombró a estas partes indivisibles de materia con el nombre de átomos, término que en griego significa “que no se puede dividir”. Los atomistas pensaban que: - Todo está hecho de átomos. Si se divide una sustancia muchas veces, se llegará a ellos. - Las propiedades de la materia varían según como se agrupen los átomos. - Los átomos no pueden verse porque son muy pequeños. Demócrito
- 5. Las ideas de Demócrito sobre la materia no fueron aceptadas por los filósofos de su época, dada la razón ya sustentada y una ves pasados los ya mencionados 2000 años aproximadamente, la idea de los átomos fue tomada de nuevo en consideración. Sin embargo, esta primera aproximación no puede considerarse una teoría científica, tal y como se entiende hoy en día, ya que le faltaba el apoyarse en experimentos rigurosos (la idea moderna de que el conocimiento científico debe apoyarse siempre en experimentos que cualquiera pueda reproducir) Así, La primera teoría científica sobre el átomo fue propuesta por John Dalton a principios del siglo XIX, y a partir de ahí se fueron proponiendo diversos modelos. Aristóteles rechazó la teoría atomista y estableció que la materia estaba formada por cuatro elementos: tierra, agua, aire y fuego, esta teoría se llamó continuista. Gracias al prestigio que tenia, esta idea se mantuvo vigente en el pensamiento de la humanidad por más de 2000 años. Los continuistas pensaban que: -Los átomos no existen. No hay límite para dividir la materia. -Si las partículas, llamadas átomos, no pueden verse, entonces es porque no existen. -Todas las sustancias están formadas por las combinaciones de los cuatro elementos básicos: agua, aire, tierra y fuego.
- 6. En 1808, John Dalton publicó su teoría atómica, que retomaba las antiguas ideas de Leucipo y Demócrito pero basándose en una serie de experiencias científicas de laboratorio. Este modelo ha servido de base a la química moderna. Los principios fundamentales de esta teoría o modelo atómicos son: 1. La materia está formada por minúsculas partículas indivisibles llamadas átomos.
- 7. 2. Hay distintas clases de átomos que se distinguen por su masa y sus propiedades. Todos los átomos de un elemento poseen las mismas propiedades químicas. Los átomos de elementos distintos tienen propiedades diferentes. Todos los átomos del elemento Hidrógeno son iguales entre sí en todas las propiedades: masa, forma, tamaño, etc., y diferentes a los átomos de los demás elementos. Todos los átomos del elemento Oxigeno son iguales entre sí en todas las propiedades: masa, forma, tamaño, etc., y diferentes a los átomos de los demás elementos.
- 8. 3. Los compuestos se forman al combinarse los átomos de dos o más elementos en proporciones fijas y sencillas. En cualquier reacción química, los átomos se combinan en proporciones numéricas simples Todas las moléculas del compuesto agua son iguales entre si y están formadas por la unión de dos átomos del elemento hidrogeno y uno del elemento oxigeno Todas las moléculas del compuesto cloruro de hidrogeno son iguales entre si y están formadas por un átomo de cloro y un átomo de hidrogeno
- 9. 4. En las reacciones químicas, los átomos se intercambian de una a otra sustancia, pero ningún átomo de un elemento desaparece ni se transforma en un átomo de otro elemento. En esta reacción química, los átomos de Hidrogeno y los átomos de oxigeno son iguales al principio y al final. Solo cambia la forma en que se unen entre si. El H y el O serían los reactivos y el agua seria el producto que se obtiene.
- 10. (1766 - 1844). Naturalista, químico, matemático y meteorólogo británico. En 1793 inició estudios sobre meteorología, recopilando a lo largo de su vida más de 200.000 anotaciones, y ese mismo año publicó Observaciones y Ensayos de Meteorología. En sus estudios sobre la meteorología desarrolló varios instrumentos de medición y propuso por primera vez que el origen de la lluvia se encuentra en el descenso de la temperatura. En este ámbito estudió también las auroras boreales, y determinó que éstas están relacionadas con el magnetismo de la Tierra. En 1801 enunció la ley de las presiones parciales y la de las proporciones múltiples. En 1805 expuso la teoría atómica en la que se basa la ciencia física moderna. Demuestra que la materia se compone de partículas indivisibles llamadas átomos. También ideó una escala de símbolos químicos, que serán luego reemplazadas por la escala de Berzelius.
- 11. A comienzos del siglo XIX se presentaba la siguiente situación: - Dalton había demostrado que la materia estaba formada por átomos. - Existían experiencias de fenómenos eléctricos que demostraban que la materia podía ganar o perder cargas eléctricas. Por tanto, esas cargas eléctricas debían de estar de alguna forma en el interior de los átomos. Si esto era cierto, la teoría de Dalton era errónea, ya que decía que los átomos eran indivisibles e inalterables. El físico J. J. Thompson realizó experiencias en tubos de descarga de gases. Observó que se emitían unos rayos desde el polo negativo hacia el positivo, los llamó rayos catódicos. Al estudiar las partículas que formaban estos rayos se observó que eran las mismas siempre, cualquiera que fuese el gas del interior del tubo. Por tanto, en el interior de todos los átomos existían una o más partículas con carga negativa llamadas electrones.
- 12. Al ser tan pequeña la masa de los electrones, el físico J. J. Thomson propuso, en 1904, que la mayor parte de la masa del átomo correspondería a la carga positiva, que ocuparía la mayor parte del volumen atómico. Thomson imaginó el átomo como una especie de esfera positiva continua en la que se encuentran incrustados los electrones, más o menos como las uvas pasas en un pudin. Este modelo del “pudin de pasas” de Thomson era bastante razonable y fue aceptado durante varios años, ya que explicaba varios fenómenos, por ejemplo los rayos catódicos y los canales:
- 13. El modelo de Thomson fue bastante valorado ya que era capaz de explicar los siguientes fenómenos: La electrización: el exceso o defecto de electrones que tenga un cuerpo es el responsable de su carga negativa o positiva. La formación de iones: Un ion es un átomo que ha ganado o perdido uno o más electrones. Los electrones se pierden o se ganan con relativa facilidad, de manera que su número dentro del átomo puede variar, mientras que el número de protones es fijo siempre para cada átomo. Si un átomo pierde uno ó más electrones adquiere carga neta positiva (catión) y si gana uno ó más electrones adquiere carga neta negativa (anión).
- 14. (1856 -1940). Físico británico. Hijo de un librero, Joseph John Thomson estudió en Owens College. En 1870 estudió ingeniería en la Universidad de Manchester y se trasladó al Trinity College de Cambridge en 1876. En 1884 se convirtió en profesor de Física de la Cátedra Cavendish. Thomson investigó la naturaleza de los rayos catódicos y demostró que los campos eléctricos podían provocar la desviación de éstos y experimentó su desviación, bajo el efecto combinado de campos eléctricos y magnéticos, buscando la relación existente entre la carga y la masa de las partículas, proporcionalidad que se mantenía constante aun cuando se alteraba el material del cátodo. En 1906 Thomson recibió el Premio Nobel de Física por su trabajo sobre la conducción de la electricidad a través de los gases. Se le considera el descubridor del electrón por sus experimentos con el flujo de partículas (electrones) que componen los rayos catódicos. Thomson elaboró en 1898 el modelo del "pastel de pasas" de la estructura atómica, en la que sostenía que los electrones eran como 'pasas' negativas incrustadas en un 'pudín' de materia positiva.
- 15. En 1911, E. Rutherford y sus colaboradores bombardearon una fina lámina de oro con partículas alfa (positivas), procedentes de un material radiactivo, a gran velocidad. El experimento permitió observar el siguiente comportamiento en las partículas lanzadas: La mayor parte de ellas atravesaron la lámina sin cambiar de dirección, como era de esperar. Algunas se desviaron considerablemente. Unas pocas partículas rebotaron hacia la fuente de emisión. El comportamiento de las partículas no podía ser explicado con el modelo de Thomson, así que Rutherford lo abandonó y sugirió otro basado en el átomo nuclear. De acuerdo con el Modelo de Thomson, en el cual la positiva de cada átomo está distribuida de forma homogénea, las partículas positivas que atraviesan la lámina no deberían ser apreciablemente desviadas de su trayectoria inicial. Evidentemente, esto no ocurría. En el Modelo de Rutherford la carga positiva está concentrada en un núcleo central, de manera que las partículas positivas que pasan muy cerca de él, se desvían bastante de su trayectoria inicial y sólo aquellas pocas que chocan directamente con el núcleo regresan en la dirección de la que proceden.
- 16. Rutherford, basándose en los resultados obtenidos en sus experimentos de bombardeo de láminas delgadas de metales, estableció el llamado modelo atómico de Rutherford o modelo atómico nuclear. 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. 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 esta formado por un espacio fundamentalmente vacío, ocupado por electrones que giran a gran velocidad alrededor de un núcleo central muy denso y pequeño, como en un diminuto sistema solar, los electrones giran alrededor del núcleo, igual que los planetas alrededor del Sol. Los electrones están ligados al núcleo por la atracción eléctrica entre cargas de signo contrario.
- 17. (1871 -1937). Físico y químico británico. Rutherford destacó muy pronto por su curiosidad y su capacidad para la aritmética. Sus padres y su maestro lo animaron mucho, y resultó ser un alumno brillante tanto en los estudios como en la experimentación. Por sus trabajos en el campo de la física atómica, Rutherford está considerado como uno de los padres de esta disciplina. Investigó también sobre la detección de las radiaciones electromagnéticas y sobre la ionización del aire producido por los rayos X. Estudió las emisiones radioactivas descubiertas por H. Becquerel, y logró clasificarlas en rayos alfa, beta y gamma. En 1902 Rutherford formuló la teoría sobre la radioactividad natural asociada a las transformaciones espontáneas de los elementos. Colaboró con H. Geiger en el desarrollo del contador Geiger, y demostró (1908) que las partículas alfa son iones de helio (más exactamente, núcleos del átomo de helio) y, en 1911, describió un nuevo modelo atómico (modelo atómico de Rutherford), que posteriormente sería perfeccionado por N. Bohr. Ganó el Premio Nobel de Química en 1908 por descubrir que la radiactividad iba acompañada por una desintegración de los elementos.
- 18. Bohr unió la idea de átomo nuclear de Rutherford con las ideas de una nueva rama de la Ciencia: la Física Cuántica. Así, en 1913 formuló una hipótesis sobre la estructura atómica en la que estableció tres postulados: El electrón no puede girar en cualquier órbita, sino sólo en un cierto número de órbitas estables. En el modelo de Rutherford se aceptaba un número infinito de órbitas. Cuando el electrón gira en estas órbitas no emite energía. Cuando un átomo estable sufre una interacción, como puede ser el impacto de un electrón o el choque con otro átomo, uno de sus electrones puede pasar a otra órbita estable o ser arrancado del átomo.
- 19. Bohr supuso que el átomo solo puede tener ciertos niveles de energía definidos. Establece así, que los electrones solo pueden girar en ciertas órbitas de radios determinados. Estas órbitas son estacionarias y con energía “cuantizada”, menor cuanto mas alejada del núcleo y mayor entre más cerca se encuentre, 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). Las diferencias de energía entre una órbita y otra, debía corresponderse perfectamente con la energía de la luz emitida o absorbida por el átomo.
- 20. (1885 - 1962) Físico danés. Considerado como una de las figuras más deslumbrantes de la Física contemporánea y, por sus aportaciones teóricas y sus trabajos prácticos, como uno de los padres de la bomba atómica, fue galardonado en 1922 con el Premio Nobel de Física, "por su investigación acerca de la estructura de los átomos y la radiación que emana de ellos". Cursó estudios superiores de Física en la Universidad de Copenhague, donde obtuvo el grado de doctor en 1911. Tras haberse revelado como una firme promesa en el campo de la Física Nuclear, pasó a Inglaterra para ampliar sus conocimientos en el prestigioso Cavendish Laboratory de la Universidad de Cambridge, bajo la tutela de sir Joseph John Thomson. Bohr acepto , en parte, el modelo de Rutherford, pero lo supero combinándolo con teorías cuánticas, teniendo en cuenta que en el modelo de Rutherford existía una 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
- 21. En 1916, Arnold Sommerfeld (1868-1951) con la ayuda de la teoría de la reactividad de Albert Einstein (1876-1955) hizo las siguientes modificaciones al modelo de Bohr : a) Los electrones se mueven alrededor del núcleo en orbitas circulares o elípticas. b) A partir del segundo nivel energético existen dos o más subniveles en el mismo nivel. c) El electrón una corriente eléctrica minúscula. Para describir los nuevos subniveles, Sommerfeld introdujo un parámetro llamado numero cuántico azimutal, que designo con la letra L. El modelo atómico de Bohr funcionaba muy bien para el átomo de hidrógeno. Sin embargo, en los espectros realizados para átomos de otros elementos se observaba que electrones de un mismo nivel energético tenían distinta energía, mostrando que algo andaba mal en el modelo. La conclusión fue que dentro de un mismo nivel energético existían subniveles.
- 22. Sommerfeld postuló que el núcleo del átomo no permanece inmóvil, sino que tanto el núcleo como el electrón se mueven alrededor del centro de masas del sistema, que estará situado muy próximo al núcleo al tener este una masa varios miles de veces superior a la masa del electrón. Para explicar el desdoblamiento de las líneas espectrales, observando al emplear espectroscopios de mejor calidad, Sommerfeld supone que las órbitas del electrón pueden ser circulares y elípticas, como se mencionó anteriormente.
- 23. (1868 – 1951). Fue un físico alemán. Desde 1897 ejerció como profesor de la universidad Clausthal-Zellerfeld, y en 1900 como profesor de ingeniería técnica en la universidad de Aachen, donde desarrolló su teoría de la Lubricación hidrodinámica. En 1906 se convirtió por fin en profesor de física de la universidad de Múnich. Allí entró en contacto con la teoría de la relatividad de Albert Einstein, que aún no estaba aceptada comúnmente. Sus contribuciones matemáticas a la teoría ayudaron a que los científicos más escépticos la aceptasen Profundizó en la teoría de Niels Bohr sobre los espectros. Pasó la mayor parte de su vida profesional en Múnich. Sommerfeld estudió una gran variedad de problemas (giroscopios, difracción electrónica y de rayos X, ondas de radio...). Su trabajo más conocido es el de los espectros atómicos. Desarrolló, profundizando en ella, la teoría de la estructura atómica concebida por Niels Bohr. Sommerfeld sustituyó el modelo de las orbitas electrónicas circulares por las orbitas elípticas e introdujo un nuevo numero cuántico azimutal.
- 24. Es una teoría y la explicación actual sobre el comportamiento del átomo. Este modelo se basa en la teoría mecánica cuántica. Explica el comportamiento de la materia y de la energía. En la mecánica cuántica existe una diversa multiplicidad de estados, los cuales han sido descritos mediante ecuaciones matemáticas por los físicos, son denominados estados cuánticos. De esta forma la mecánica cuántica puede explicar la existencia del átomo y desvelar los misterios de la estructura atómica. La mecánica cuántica es el fundamento de los estudios del átomo, su núcleo y las partículas elementales (siendo necesario el enfoque relativista).
- 25. Es el actual modelo: este modelo se expuso por vez primera en 1925 por Schrodinger y Heisenberg. • Dualidad onda-partícula: la propuesta de Broglie; Todas las partículas materiales tienen propiedades ondulatorias y también que las partículas que están en movimiento lleva una onda asociada. • Principio de Indeterminación: La afirmación de Heisenberg con relación a que era imposible situar a un electrón dado en un punto exacto del espacio. El comportamiento de los electrones presentes en el átomo, esta representado por la ecuaciones del modelo mecánico-cuántico, dando la posibilidad de identificar su carácter ondulatorio y deja claro que es imposible predecir su recorrido exacto. De esta manera se logro establecer un concepto de modelo orbital, para poder intuir un determinado sector o región en el espacio del átomo donde se podría encontrar un electrón siendo este espacio muy grande.
- 26. Se denomina orbital a cada uno de los estados estacionarios de la función de onda de un electrón en un átomo. Estos no representan la posición concreta de un electrón en el espacio, sino que representa una región del espacio en torno al núcleo atómico. El nombre de los orbitales atómicos se debe a sus líneas espectroscópicas (en ingles, s Sharp; p principal; d diffuse; f fundamental). Orbital “s”: Tiene simetría esférica alrededor del núcleo atómico. Orbital “p”: Tiene forma de dos esferas achatadas hacia el núcleo atómico y orientadas según los ejes de coordenadas. Orbital “d”: Tiene forma más diversa, cuatro de ellos tienen forma de signos alternados, y el último es un doble lóbulo rodeado por un anillo. Orbital “f”: Tiene forma más exótica, que se pueden derivar de añadir un plano nodal a las formas de estos orbitales.