Mirando a través de la historia los Modelos atómicos

¡Hola! ¡Hola! mis queridas estudiantes

Navegando por la Web pude observar que existe mucho material sobre el átomo y sus modelos a través de la historia así que como veremos este tema dentro del área de CTA las invito a navegar  junto conmigo  yendo por la senda de la historia del átomo

Mirando a través de la historia los Modelos atómicos

Antes de iniciar nuestro viaje a través de la historia es necesario definir que es un MODELO. Pues bien al decir modelo hablamos de una representación gráfica que nos permite entender de manera sencilla algo.

Ahora bien  viajaremos desde su inicio reconociendo que cada modelo atómico mostrado servirá para entender cuál fue la idea que se tenía de cada uno de ellos en un tiempo determinado, así que de manera sucinta podemos dar una cronología del átomo

1º

La materia está formada por unidades indivisibles

2º

Átomos esféricos, indivisibles e inmutables

3º

Esfera positiva con cargas negativas incrustadas

4º

Núcleo positivo y electrones girando alrededor

5º

Los electrones giran en niveles definidos

6º

Introducción a la mecánica cuántica

El átomo siempre fue la unidad de la materia y la química como ciencia se encarga de estudiarla

Un ejemplo es necesario para comprender las ideas iniciales del átomo

Si tengo un trozo de materia —el que sea— y comienzo a partirlo en pedazos cada vez más pequeños y vuelvo a partir los pedazos que me queden una y otra vez, llegará el momento en que tenga partículas que ya no se podrán partir más.

¿Qué me podéis decir a esto?

...pues imagino que muchas ideas

En la historia del átomo consideraré 3 etapas  

1era Etapa Antigua-- 460 al 370 a.c (antes de Cristo). en este periodo tenemos a  DEMOCRITO DE ABDERA filósofo y científico que expuso  algunas  ideas que tenía sobre el  átomo

·        El átomo es demasiado pequeño como para poder verlo

·        El átomo es indivisible como su nombre lo indica

·        El átomo es sólido (no hay espacio vacío dentro de él)

·        Los átomos son eternos porque son perfectos

·        Los átomos están rodeados por un espacio vacío (para explicar sus movimientos y cambios de densidad)

·        Los átomos tienen un número infinito de formas (para explicar la diversidad observada en la naturaleza)

LA MODERNA TEORÍA ATÓMICA DEL SIGLO XIX

En la 2da Etapa Clásica a inicios del siglo XIX

El inglés John Dalton 1808. Crea la moderna “Teoría atómica”, propone la idea básica del átomo con base científica y decía lo siguiente:

- La materia está formada por partículas pequeñísimas llamadas "átomos". 

- Estos átomos no se pueden dividir ni romper, no se crean ni se destruyen en ninguna reacción química, y nunca cambian. 

- Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí, tienen la misma masa y dimensiones; por ejemplo, todos los átomos de hidrógeno son iguales. 

- Los átomos de elementos diferentes son diferentes; por ejemplo, los átomos de oxígeno son diferentes a los átomos de hidrógeno. 

- Los átomos pueden combinarse para formar compuestos químicos. Por ejemplo, los átomos de hidrógeno y oxígeno pueden combinarse para formar moléculas de agua. 

- Los átomos, al combinarse para formar compuestos guardan relaciones simples. 

- Los átomos de elementos diferentes se pueden combinar en proporciones distintas y formar más de un compuesto. 

Además un nuevo sistema de símbolos químicos para los elementos dándoles números químicos según su peso

En 1897, por su parte el físico inglés Joseph John Thomson al realizar experimentos sobre los rayos catódicos dio lugar para el descubrimiento del electrón y propuso un modelo para la estructura del átomo. Thomson se dio cuenta de que los electrones tenían carga "negativa" y pensó entonces que el resto de la materia tenía una carga "positiva". Según Thomson, el átomo consistía en una esfera con carga positiva que se encontraba incrustada por electrones, de carga negativa. Su modelo lucía como pasas pegadas en la superficie de un trozo de pastel. 

1.       ¿Qué experimentos hizo J.J. Thomson para llegar a descubrir al electrón? ¿Cómo investigó la naturaleza de los rayos catódicos?

 La siguiente secuencia muestra el Modelo,  experimento y argumentos en contra  de Thompson

En 1911, un físico de Nueva Zelanda llamado Ernest Rutherford descubrió el núcleo del átomo.

Su nuevo modelo del átomo estaba formado por dos partes: núcleo y corteza.

En la corteza es el espacio inmenso en donde los electrones se movían rodeando el núcleo y el núcleo es la parte más pequeña del átomo y contiene la mayor cantidad de masa

Su “experimento de la lámina de oro”, realizado en 1911. Utilizo una fina lámina de oro como objetivo para rayos alfa, es decir, un flujo de partículas formadas por núcleos ionizados de Helio-4 (4He), o lo que es lo mismo, partículas positivas que carecen de electrones, que eran disparadas hacia la lámina de oro. El experimento de Rutherford tenía como objetivo el estudio de efecto que producía en los diferentes metales la trayectoria de dichos rayos.

Rutherford pensó entonces que el electrón se movía alrededor del núcleo atómico como los planetas alrededor del Sol, y que la atracción de la fuerza eléctrica jugaba el mismo rol que la gravedad juega para los planetas; de aquí es donde se adoptó el nombre de "modelo atómico planetario

Veamos un vídeo demostrativo del Experimento de Ernest Rutherford

Ahora observen lo que paso en esta gráfica

Ahora observemos un vídeo que nos explica muy claramente la experiencia de rutherford

En 1913, un nuevo modelo atómico, llamado modelo atómico de Bohr o también conocido como de Bohr-Rutherford, el cual puede ser considerado el precedente del modelo atómico actual. Se trata de un modelo más que nada funcional, ya que no habla del átomo en sí, sino que da explicación a su funcionamiento mediante ecuaciones.

 En el modelo de Bohr se introdujo ya la teoría de la mecánica cuántica que pudo explicar cómo giraban los electrones alrededor del núcleo del átomo. Los electrones al girar entorno al núcleo definían unasórbitas circulares estables que Bohr explicó como que los electrones se pasaban de unas órbitas a otras para ganar o perder energía.

 Demostró que cuando un electrón pasaba de una órbita más externa a otra más interna emitía radiación electromagnética. Cada órbita tiene un nivel diferente de energía.

Postulados

•   El electrón se mueve en torno al núcleo formando órbitas circulares. El espacio que está en torno al núcleo se dice que está cuantizado, lo que significa que, hay partes, o zonas permitidas, conocidas como niveles, y otras que no. Si un electrón no cambia de órbita, no cambia tampoco su energía.
•  Las orbitas permitidas son en las que, el momento angular del electrón ( mvr), es múltiplo de h/2π de donde h es la constante de Planck.      m v r = n. h/ 2π , de donde n es el número cuántico principal, y determina los niveles entorno al núcleo, numerados a partir del núcleo, n= 1,2,3,… , lo que significa que la energía y los radios de las órbitas están cuantizados.
• Cuando un átomo emite o absorbe energía, lo realiza mediante cuantos completos de valor h.ν , y esto es debido a que el electrón experimenta un tránsito entre niveles, que se puede resumir en :

E2 – E1 = hν

De donde, E1= energía del nivel inicial y E2 = energía del nivel final.

-El átomo absorbe energía si E2 > E1
-El átomo emite energía si E2 < E1

El modelo atómico que Bohr propuso, explicaba los espectros de emisión de los elementos y afirmaba la expresión empírica que había conseguido Rydberg. Explicaba el núcleo del átomo de hidrógeno con un protón en él, y girando a su alrededor un electrón. El modelo que Bohr creó llevando su nombre, partía de la idea del modelo de Rutherford, usando conceptos estudiados por Max Planck y Einstein, años antes.
Gracias a lo simple que es este modelo, aún en la actualidad se usa para resumir la estructura de la materia.

SOMMERFELD:

            Arnold Sommerfeld, en 1916, hizo una modificación inmediata; propuso que los electrones, como tienen el mismo tipo de carga (-), forman campos magnéticos iguales, por lo tanto se repelan: Luego no pueden tener orbitas circulares, sino órbitas elípticas, introduciendo así un nuevo concepto: "El desdoblamiento de cada nivel de energía en subniveles de energía".

MODELO ATÓMICO ACTUAL:

            El austríaco Erwin Schrodinger, en 1926, sustentó la base principal para la concepción del modelo atómico actual.

            Empleó la mecánica ondulatoria y diseño un modelo matemático para el átomo, que está de acuerdo con el principio de incertidumbre de Heinsenberg, pues no describe con exactitud la posición del electrón como establece el modelo de Bohr, sino que permite calcular matemáticamente, con una ecuación, en qué región del espacio debe encontrarse el electrón. A esta región del espacio se le llama "orbital"; por lo tanto, el electrón no circula por una órbita, sino que se mueve ondulatoriamente alrededor del núcleo en una región del espacio atómico denominado orbital, produciendo una nube electrónica negativa.

           

        NATURALEZA ONDULATORIA DE LOS ELECTRONES (DE BROGLIE):

            En 1924, Louis de Broglie sugirió la idea de que el electrón es una partícula en movimiento que lleva asociada una longitud de onda, relacionada con la velocidad y la masa del electrón.

   donde: l = longitud de onda (en metros)

                                                                      

               h = constantes de Planck = 6, 627x 10 ^–34 j. s

                                                                      

              m = masa (en kg),

                                                                      

              v  = velocidad (en m/s)

            HEINSENBERG Y EL PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE:

            Hoy en día se habla del electrón como de una nube de carga negativa, que se extiende ocupando una región relativamente grande, y no tanto como de una partícula. Dicha nubes es densa, espesa, en las regiones del espacio en las que se dé elevada probabilidad de encontrarse el electrón, y más tenue o difusa en las de poca probabilidad.

Heisenberg propuso en 1926 su famoso:

            Principio de Indeterminación: "Es imposible conocer exactamente y al mismo tiempo la velocidad y la posición de un electrón aislado".

            Las regiones alrededor del núcleo donde es mucho más probable encontrar el electrón se denominan orbitales.