Modelos atómicos

La construcción del conocimiento acerca de la naturaleza del átomo se dio gracias a las aportaciones de científicos como John Dalton, J. J. Thomson, Ernest Rutherford y Niels Bohr. Es importante mencionar que algunas de las aportaciones no son vigentes en la actualidad, pero representan un importante precedente.

¿Qué es un modelo atómico?

Un modelo atómico es la representación gráfica o simbólica del átomo que permite describir la clase y el número de partículas fundamentales que lo componen y explica la forma cómo se comportan y organiza. El

Ideas de Leucipo y Demócrito

Las primeras ideas acerca de la existencia de los átomos fueron concebidas por los filósofos griegos Leucipo (640-546 a. C) y Demócrito (450-370 a. C.). Ellos propusieron la existencia de un solo tipo de materia, cuya partícula más pequeña la llamaron átomo, los consideraban eternos, indivisibles e indestructibles.

Modelo de Dalton

Para 1803 en Inglaterra, John Dalton, retomando las ideas de Leucipo y Demócrito, explicó una serie de leyes hasta entonces desconocidas y propone la que se consideró en su momento, la teoría atómica moderna. Con esta teoría se explican:

·         La teoría de la conservación de la masa.

·         La ley de la composición constante.

·         La ley de las proporciones múltiples.

Galdón imagino que los átomos eran como esferas compactas con tamaños y masas diferentes

De la teoría de Dalton se desprenden los siguientes postulados:

1.       La materia está formada por átomos, los cuales son partículas pequeñas, indivisibles e inalterables.

2.       Los átomos de un elemento son iguales en masa, tamaño y propiedades físicas y químicas. Mientras que los átomos de elementos diferentes tienen diferente masa y propiedades.

3.       Todos los átomos se unen de manera sencilla, para formar compuestos.

Modelo de Thomson

En Inglaterra en 1909 Joseph John Thomson al realizar un experimento con un tubo de rayos catódicos descubre que, en el átomo, existían partículas atómicas con carga negativa, a las cuales denominó electrones. Y dado que el átomo es neutro, supuso que debía existir una parte positiva de igual magnitud que la negativa.

Basado en este conocimiento, en el modelo de Thomson, el átomo lo ve como una esfera con materia positiva en la cual están inmersos los electrones, por lo que a este modelo también se le conoce como modelo de pudín o pastel con pasas.

Joseph John Thomson desecha el primer postulado de Dalton al considerar al átomo divisible.

Thompson también logró demostrar la relación entre la masa y la carga del electrón.

Modelo de Rutherford

En Inglaterra en 1911, Ernest Rutherford quien estudia la naturaleza de las radiaciones concluyendo que se emiten tres rayos diferentes alfa(α), beta(β) y gamma(γ) en un experimento bombardeó una lámina de oro con partículas alfa en este caso no creas de helio, observando que la mayoría de las radiaciones atraviesa la lámina sin ser desviadas y otras pocas son desviadas hacia atrás en ángulos agudos, demuestra la existencia de partículas positivas en los átomos, los protones, que poseen mayor masa que los electrones.

Los electrones están en igual número de cargas positivas del núcleo, pero están distribuidos en un espacio muy amplio fuera del núcleo.

El volumen ocupado por un átomo es en gran parte el espacio vacío.

Rutherford llegó a las siguientes conclusiones:

·         El átomo tiene un obtenido en el que está concentrada la masa y la carga positiva.

·         El radio del núcleo eres de 1 x 10^-12cm y el radio del átomo es de 1 x 10^-8cm

En el modelo propuesto por Rutherford, al cual también se le conoce como modelo de sistema planetario, el átomo tiene un centro que él llamó núcleo, en donde está concentrada la masa y los protones (cargas positivas), mientras que los electrones están distribuidos fuera del núcleo, orbitando alrededor de éste.

Posteriormente con el aporte del científico Max Planck el modelo atómico inicia su recorrido hacia una teoría cuántica, por medio de la cual se explicó:

·         Que la reacción no puede ni emitirse en y absorber ese, de manera continua si no, que la energía es discontinua y consiste en paquetes individuales de energía llamados cuantos o fotones.

Modelo de Bohr

Niels Bohr modificó el modelo de Rutherford, al proponer que cada electrón dispone de energía, la cual lo mantiene alrededor del núcleo, en una región llamada órbita o nivel energético.

En este modelo, al igual que el propuesto por Rutherford, los electrones se desplazan alrededor del núcleo como un pequeño sistema planetario, donde el Sol corresponde al núcleo y los planetas a los electrones. Dichos electrones presentan restricciones de movimiento dentro de los orbitales, lo explica a través de tres postulados:

1.       Los electrones se mantienen girando alrededor del núcleo debido a la atracción que éste ejerce sobre ellos, describiendo trayectorias circulares.

2.       Los electrones están ubicados en niveles definidos de energía, por lo que sólo pueden moverse en algunas órbitas definidas. Los niveles más inferiores son los menos energéticos.

3.       Mientras los electrones se mantengan en su órbita, no irradiarán energía, pero cuando se mueven de un nivel a otro, pueden ganar o perder energía.

Otro punto importante de Bohr es que logró predecir con exactitud las longitudes de onda en el espectro de nitrógeno e introducir el concepto de cuantificación energética, es decir, que los electrones poseen energía y se mueven en forma de ondas.

¿Por qué fracasaron los modelos atómicos?

El modelo atómico de Dalton fracaso al comprobar que el átomo era divisible y tenía naturaleza eléctrica. Esas conclusiones se obtuvieron al estudiar las descargas eléctricas sobre los gases en los tubos de vacío, que dieron lugar al descubrimiento de los rayos catódicos y rayos anódicos y en ellos el electrón y el protón.

El modelo atómico Thomson no explicaba a la experiencia de dispersión de partículas alfa. (Al bombardear una lámina de Word o con partículas alfa, la mayoría la atravesaban), Rutherford lo interpretó concluyendo que el átomo de su cuerpo, con un gran vacío. Lo que puso en crisis el modelo atómico de Thomson.

El modelo atómico de Rutherford no explicaba:

·         La estabilidad del átomo (el electrón en su movimiento debe emitir y perder energía, con lo que acabaría cayéndose sobre el núcleo)

·         Los espectros discontinuos que emite en los átomos, caracterizados por rayos luminosos de frecuencias determinadas.

El modelo de Bohr no explicaba:

·         Los espectros de átomos polielectrónicos (diferentes a los átomos de H)

·         El desdoblamiento de algunas líneas espectrales (efecto Zeeman).

Aportes al modelo atómico.

Con los aportes de los siguientes científicos llegamos al modelo atómico actual.

Niels Bohr, su aporte se dio a través de su trabajo con el átomo de hidrógeno, postuló que el movimiento del electrón estaba restringido a un número discreto de órbitas circulares con el núcleo del centro manteniendo la idea de sistema planetario de Rutherford, propuso la cuantificación de la energía de los electrones o paquetes de energía.

Otra porque importante a la teoría atómica actual provino de Louis de Broglie quien demostró que el electrón al estar en movimiento y al poseer una masa muy pequeña podía tener una naturaleza ondulatoria todavía y comportarse como un haz de luz adquiriendo dualidad de partícula y onda.

Relaciona la longitud de onda y la masa del electrón mediante una ecuación:

l=f/v

En Alemania en 1927 Werner Heisenberg físico alemán quien propone el principio de incertidumbre, que es la base de la mecánica cuántica actual y que establece que no es posible conocer al mismo tiempo la velocidad y la posición del electrón con suficiente precisión, como para demostrar su trayectoria, o sea que no pueden determinarse su recorrido.

En el núcleo se ubican los protones y los neutrones y a su alrededor los electrones en la nube electrónica, con los niveles y subniveles de energía.

Todos estos aportes se suman para dar lugar a la ecuación matemática o de onda en el que describe mediante cuatro números cuánticos el comportamiento del electrón.

Modelo actual cuántico-ondulatorio

Desarrollado por Schrödinger en 1925, quien propone el modelo atómico actual y se apoya en las conclusiones de Bohr, de Broglie y Heisenberg, este modelo también es conocido como modelo mecánico-ondulatoria o mecánica cuántica. Se basó en:

·         El principio de incertidumbre de Heisenberg.

·         La hipótesis de De Broglie.

·         La ecuación Schrödinger.

·         Considera que los electrones tienen un comportamiento tanto de onda como de partícula.

·         La ecuación de Schrödinger describe el comportamiento del electrón dentro del átomo.

·         El orbital es la zona de máxima probabilidad de encontrar al electrón

·         La descripción del electrón dentro de él orbital necesita de cuatro números cuánticos (N, L, M, S).