¿QUE ES TEORÍA ATÓMICA?
En física y química, la teoría atómica es una teoría de la naturaleza de
la materia, que afirma que está compuesta por pequeñas partículas llamadas
átomos.
La teoría atómica comenzó hace miles de años como un concepto filosófico
y fue en el siglo XIX cuando logró una extensa aceptación científica gracias a
los descubrimientos en el campo de la estequiometría. Los químicos de la época
creían que las unidades básicas de los elementos también eran las partículas
fundamentales de la naturaleza y las llamaron átomos (de la palabra
griega átomos que significa "indivisible"). Sin embargo, a
finales de aquel siglo, y mediante diversos experimentos con el
electromagnetismo y la radiactividad, los físicos descubrieron que el
denominado "átomo indivisible" era realmente un conglomerado de
diversas partículas subatómicas (principalmente electrones, protones y
neutrones), que pueden existir de manera separada. De hecho, en ciertos
ambientes, como en las estrellas de neutrones, la temperatura extrema y la
elevada presión impide a los átomos existir como tales. El campo de la ciencia
que estudia las partículas fundamentales de la materia se denomina física de
partículas.
y a continuación les mostramos un vídeo que explica breve mente la evolución de la teoría atómica
Antecedentes de
la teoría atómica
a lo
que conocemos ahora como la teoría atómica, tiene
sus orígenes alrededor del siglo V antes de cristo, en el cual,
los filósofos griegos creían que toda materia estaba
formada por la combinación de cuatro elementos simples,
estos eran: agua, fuego, tierra y aire.
Los Cuatro Elementos
de los griegos. Diagrama común con dos cuadrados, donde el más pequeño se
sobrepone. Las esquinas del más grande muestran los elementos, y las esquinas
del menor representan las propiedades
perduraron a través
de la Edad Media hasta el Renacimiento, influyendo profundamente
en la cultura y el pensamiento europeo.
El concepto
atómico de la materia surgió aproximadamente hace 450 años a.c., cuando el
filósofo griego Leucipo afirmaba
que la materia es discontinua porque estaría formada por partículas discretas
indivisibles llamadas átomos (en griego “átomo” significa indivisible), que
seria el limite de división de la materia, tal como se ilustra en la siguiente
figura:
ejemplo de como de un objeto se llega de poco a poco a un punto indivisible llamado atomo
Demócrito (380 años
a.c.), discípulo de Leucipo, sostenía que el elemento último de la realidad es el átomo, partícula eterna, indivisible,
invisible y homogénea.
El es Demócrito
pese que
fue un avance para alcanzar en el futuro la teoría atómica,
todabia quedaba gran camino, pues, según esta teoría el
grafito y el diamante estarían compuestos de dos tipos distintos
de átomos si bien hoy en día sabemos que ambos son
compuestos a base de carbono.
el carbono de la izquierda tiene una estructura a la que se le conoce como diamante, y el de la derecha tiene la estructura que se conoce como grafito, pero ambos están formados por átomo del mismo elemento
JOHN DALTON
En 1803, mientras trataba de
explicar su ley de presiones parciales, comenzó a formular su mayor
contribución a la ciencia: la teoría atómica
Los cinco puntos principales de
la teoría atómica de Dalton
- Los elementos están hechos de partículas
diminutas llamadas átomos que son indestructibles e indivisibles: Las sustancias elementales
no pueden descomponerse.
- Todos los átomos de un determinado elemento son
idénticos: Las sustancias, simples o compuestas, tienen siempre las mismas
propiedades características.
- Los átomos de un elemento son diferentes de las
de cualquier otro elemento, los átomos de elementos diferentes se pueden
distinguir unos de otros por sus respectivos pesos atómicos relativos
- Los átomos de un elemento se combinan con los
átomos de otros elementos para formar compuestos químicos, un compuesto
dado siempre tiene el mismo número relativo de tipos de átomos: Los elementos no
desaparecen al formarse un compuesto, pues se pueden recuperar por
descomposición de éste.
- Los átomos no se pueden crear ni dividir en
partículas más pequeñas, ni se destruyen en el proceso químico. Una
reacción química simplemente cambia la forma en que los átomos se agrupan.
E aquí un ejemplo de la molécula de agua representando sus átomos como en la teoría de Dalton
Joseph John Thomson
En 1897 descubrió una nueva
partícula y demostró que ésta era aproximadamente mil veces más ligera que el
hidrógeno. Esta partícula fue bautizada por Stoney con el nombre de electrón.
Joseph John Thomson fue, por tanto, el primero que identificó partículas
subatómicas y dio importantes conclusiones sobre esas partículas cargadas
negativamente. Con el aparato que construyó obtuvo la relación entre la carga
eléctrica y la masa del electrón.
Introduce la idea de que el
átomo puede dividirse en las llamadas partículas fundamentales:
- Electrones, con carga eléctrica negativa
- Protones, con carga eléctrica positiva
- Neutrones, sin carga eléctrica y con una masa
mucho mayor que la de electrones y protones.
la imagen contiene las características eléctricas de un átomo, donde el pronton es positivo y se encuenta orbitando alderredor del núcleo, mientras en el centro los neutrones tienen una carga neutra, y los
ERNEST RUTHERFORD
DESCUBRIMIENTO DEL NUCLEO
ATOMICO
En 1909, Ernest
Rutherford dirigió en su laboratorio de la universidad de Cambridge
(Inglaterra) cierto experimento con la ayuda del físico alemán Hans Geiger (inventor del
famoso “contador Geiger”,
aparato para detectar materiales radioactivos) y el físico inglés recién graduado Ernest Marsden que consistió en: contra una lámina muy
delgada de oro (pan de oro) cuyo espesor es de 0,0006 mm. Se lanzó rayos alfa, formado por partículas
veloces de gran masa y con carga positiva, que eran núcleos de helio.
Se observó entonces que la gran mayoría de los rayos alfa atravesaban la lámina
sin ninguna desviación. Sólo una cantidad muy pequeña de rayos alfa se
desviaban con ángulos de desviación o dispersión variables (θ)
El hecho de que algunos rayos alfa incluso rebotaran
sorprendió mucho a Rutherford, porque él pensaba que los rayos alfa
atravesarían la lámina fina sin mayores desviaciones, según el modelo atómico
propuesto por su maestro J.J.
Thomson. Al referirse a este hecho en la conferencia hecha por
Rutherford ante la Real Academia de Londres en 1911, afirmaba: “… esto era lo
más increíble que me había ocurrido en la vida. Tan increíble como si un
proyectil de 15 pulgadas disparado contra una hoja de papel de seda, se
volviera y golpeara a uno…”
este es el modelo atómico de Joseph Thomson donde se introducen los neutrones que se encuentran pegados a un núcleo con carga positiva
Explicación del Fenómeno: Rutherford
logró explicar brillantemente la dispersión de los rayos alfa en base a
las siguientes conclusiones.
· El
átomo tiene una parte central llamado núcleo,
diminuto de carga positiva, compacto o macizo y muy denso, debido a que casi la
totalidad de la masa atómica se concentra en él.
· El
campo eléctrico generado por el núcleo es muy intenso y causa la desviación de
rayos alfa mediante repulsión eléctrica.
· el
átomo es casi vacío, ya que los electrones, partículas de masa insignificante,
ocupan espacios grandes cuando giran en torno al núcleo.
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 impedían 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 extra nuclear se encuentran los
electrones de carga negativa.
Niels Bohr
La causa de que el electrón no radie energía en su órbita
es, de momento, un postulado, ya que según la electrodinámica
clásica una carga con un movimiento acelerado debe emitir energía en forma
de radiación.
Para conseguir el equilibrio en la órbita circular, las
dos fuerzas que siente el electrón: la fuerza coulombiana, atractiva, por
la presencia del núcleo y la fuerza centrífuga, repulsiva por tratarse de
un sistema no inercial, deben ser iguales en magnitud en toda la órbita.
A continuación vamos a conocer
cuáles fueron los 3 postulados del modelo atómico de Bohr.
- El electrón solo podrá girar en ciertas
órbitas circulares de energía y radios determinados, y al moverse en ellas el
electrón no radiará energía. En ellas la energía del electrón será constante.
- En estas órbitas se cumplirá que el momento
angular del electrón será múltiplo entero de h/2∏. Estas serán las únicas
órbitas posibles.
- El electrón solo emitirá energía cuando
estando en una de estas órbitas pase a otra de menor energía.
Átomo de sodio representado con el modelo de bohr en el cual se muestran los orbitales
MODELO ATÓMICO DE SCHRÖDINGER
El modelo de Bohr funcionaba
muy bien para el átomo de hidrógeno. En los espectros realizados para otros
átomos se observaba que electrones de un mismo nivel energético tenían energías
ligeramente diferentes. Esto no tenía explicación en el modelo de Bohr, y
sugería que se necesitaba alguna corrección. La propuesta fue que dentro de un
mismo nivel energético existían subniveles. La forma concreta en que surgieron
de manera natural estos subniveles, fue incorporando órbitas elípticas y
correcciones relativistas. Así, en 1916, Arnold Sommerfeld modificó el modelo
atómico de Bohr, en el cual los electrones sólo giraban en órbitas circulares,
al decir que también podían girar en órbitas elípticas más complejas y calculó
los efectos relativistas.
Diagrama del modelo atomico de bohr
CARACTERÍSTICAS DEL MODELO DE
SCHRÖDINGER
El modelo atómico de
Schrödinger concebía originalmente los electrones como ondas de materia. Así la
ecuación se interpretaba como la ecuación ondulatoria que describía la
evolución en el tiempo y el espacio de dicha onda material. Más tarde Max Born
propuso una interpretación probabilística de la función de onda de los
electrones. Esa nueva interpretación es compatible con los electrones
concebidos como partículas cuasi puntuales cuya probabilidad de presencia en
una determinada región viene dada por la integral del cuadrado de la función de
onda en una región. Es decir, en la interpretación posterior del modelo, éste
era modelo probabilista que permitía hacer predicciones empíricas, pero en
el que la posición y la cantidad de movimiento no pueden conocerse
simultáneamente, por el principio de incertidumbre. Así mismo el resultado de
ciertas mediciones no están determinadas por el modelo, sino sólo el conjunto
de resultados posibles y su distribución de probabilidad.