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Modelos atómicos a través de la historia
1. EL ÁTOMO Y LOS MODELOS ATÓMICOS POR: NATALIA URREGO OSPINA
2. QUÉ ES EL ATOMO? Átomo, la unidad más pequeña posible de elemento,y por ende no se pueden ver a simple vista. En la filosofía de la antigua Grecia, la palabra "átomo" se empleaba para referirse a la parte de materia más pequeño que podía concebirse. A través de los años el modelo del átomo ha sufrido varios cambios de acuerdo a la evidencia que surge con los años y gracias a la ayuda de las nuevas tecnologías. Los diferentes modelos del atómicos que se han propuesto: • Dalton 1803 • Thompson 1897 • Bohr 1913 • Modelo Nube de electrones 1926
3. PARTES DEL ATOMO Los átomos son eléctricamente neutrales, ya que las cargas negativas al su alrededor cancelan las cargas positivas del núcleo. El átomo se compone de tres partículas principales: • Protón- es la partícula con carga positiva y se encuentra en el núcleo. • Neutrón- es la partícula que no tiene carga eléctrica y se encuentra también en núcleo. •Electrón - es la partícula que se encuentra alrededor del núcleo y tiene carga negativa.
4. MODELOS ATÓMICOS Los filósofos griegos discutieron mucho sobre la naturaleza de la materia y concluyeron que el mundo era más sencillo de lo que parecía. En el siglo V a.C., Leucipo pensaba que sólo había un tipo de materia. Sostenía, además, que si dividíamos la materia en partes cada vez más pequeñas, acabaríamos encontrando una porción que no se podría seguir dividiendo. Un discípulo suyo, Demócrito, bautizó a estas partes indivisibles de materia con el nombre de átomos, término que en griego significa “que no se puede dividir”. Empédocles estableció que la materia estaba formada por 4 elementos: tierra, agua, aire y fuego. Aristóteles negó la existencia de los átomos de Demócrito y reconoció la teoría de los 4 elementos, que, gracias al prestigio que tenía, se mantuvo vigente en el pensamiento de la humanidad durante 2000 años. Hoy sabemos que aquellos 4 elementos iniciales no forman parte de los 106 elementos químicos actuales.
5. MODELOS ATOMICOS La concepción del átomo que se ha tenido a lo largo de la historia ha variado de acuerdo a los descubrimientos realizados en el campo de la física y la química. A continuación se hará una exposición de los modelos atómicos propuestos por los científicos de diferentes épocas. Algunos de ellos son completamente obsoletos para explicar los fenómenos observados actualmente, pero se incluyen a manera de reseña histórica.
6. MODELO ATÓMICO DE DALTON Durante el siglo XVIII y principios del XIX algunos científicos habían investigado distintos aspectos de las reacciones químicas, obteniendo las llamadas leyes clásicas de la Química. El modelo atómico de Dalton, surgido en el contexto de la química, fue el primer modelo atómico con bases científicas. El modelo atómico de Dalton explicaba por qué las sustancias se combinaban químicamente entre sí sólo en ciertas proporciones. Además el modelo aclaraba que aún existiendo una gran variedad de sustancias diferentes, estas podían ser explicadas en términos de una cantidad más bien pequeña de constituyentes elementales o elementos. En esencia, el modelo explicaba la mayor parte de la química orgánica del siglo XIX, reduciendo una serie de hechos complejos a una teoría combinatoria realmente simple. La imagen del átomo expuesta por Dalton en su teoría atómica, para explicar estas leyes, es la de minúsculas partículas esféricas, indivisibles e inmutables, iguales entre sí en cada elemento químico.
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8. Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí, tienen su propio peso y cualidades propias. Los átomos de los diferentes elementos tienen pesos diferentes.
9. Los átomos permanecen sin división, aún cuando se combinen en las reacciones químicas.
10. Los átomos, al combinarse para formar compuestos guardan relaciones simples.
11. Los átomos de elementos diferentes se pueden combinar en proporciones distintas y formar más de un compuesto.
12. Los compuestos químicos se forman al unirse átomos de dos o más elementos distintos.Lista de Elementos de Dalton
13. MODELO ATÓMICO DE THOMPSON El modelo atómico de Thompson es una teoría sobre la estructura atómica propuesta en 1904 por Joseph John Thompson, descubridor del electrón en 1897, antes del descubrimiento del protón y del neutrón. De este descubrimiento dedujo que el átomo debía de ser una esfera de materia cargada positivamente, en cuyo interior estaban incrustados los electrones, es decir, el átomo está compuesto por electrones de carga negativa en una esfera o nube de carga positiva.
14. MODELO ATÓMICO DE THOMPSON La identificación hecha por J.J. Thompson, de unas partículas subatómicas cargadas negativamente, es decir, los electrones; se dio a través del estudio de los rayos catódicos. Dicho modelo fue rebatido tras el experimento de Rutherford,cuando se descubrió el núcleo del átomo. El modelo siguiente fue el modelo atómico de Rutherford.
15. MODELO ATOMICO DE RUTHERFORD El modelo atómico de Rutherford es un modelo atómico o teoría sobre la estructura interna del átomo propuesto por el químico y físico británico-neozelandés Ernest Rutherford para explicar los resultados de su "experimento de la lámina de oro", realizado en 1911. Rutherford, basándose en los resultados obtenidos en sus experimentos, estableció el llamado modelo atómico de Rutherford o modelo atómico nuclear. Rutherford demostró que los átomos no eran macizos, como se creía, sino que están vacíos en su mayor parte y en su centro hay un diminuto núcleo, entonces propuso que el átomo está formado por dos partes: núcleo y corteza.
16. MODELO ATOMICO DE RUTHERFORD El núcleo es la parte central, de tamaño muy pequeño, donde se encuentra toda la carga positiva y, prácticamente, toda la masa del átomo. Esta carga positiva del núcleo, en la experiencia de la lámina de oro, es la responsable de la desviación de las partículas alfa (también con carga positiva). La corteza es casi un espacio vacío, inmenso en relación con las dimensiones del núcleo. Eso explica que la mayor parte de las partículas alfa atraviesan la lámina de oro sin desviarse. Aquí se encuentran los electrones con masa muy pequeña y carga negativa. 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. MODELO ATOMICO DE BORH El modelo atómico de Bohr o de Bohr-Rutherford es un modelo cuantizado del átomo propuesto en 1913 por el físico danés Niels Bohr, para explicar cómo los electrones pueden tener órbitas estables alrededor del núcleo. Este modelo planetario es un modelo funcional que no representa el átomo (objeto físico) en sí ,sino que explica su funcionamiento por medio de ecuaciones. Bohr se basó en el átomo de hidrógeno para realizar el modelo que lleva su nombre. Basándose en las ideas previas de Max Plank, que en 1900 había elaborado una teoría sobre la discontinuidad de la energía (Teoría de los cuantos), Bohr supuso que el átomo solo puede tener ciertos niveles de energía definidos.
18. MODELO ATOMICO DE BORH Bohr establece así, que los electrones solo pueden girar en ciertas órbitas de radios determinados. Estas órbitas son estacionarias, 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). Sin embargo 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.
19. MODELO ATÓMICO DE SOMMERFELD El modelo atómico de Sommerfeld es un modelo atómico hecho por el físico alemán Arnold Sommerfeld que básicamente es una generalización relativista del modelo atómico de Bohr. 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. En 1916, Sommerfeld perfeccionó el modelo atómico de Bohr intentando paliar los dos principales defectos de éste. Su conclusión fue que dentro de un mismo nivel energético existían subniveles, es decir, energías ligeramente diferentes para un nivel energético dado. Además desde el punto de vista teórico, Sommerfeld había encontrado que en ciertos átomos las velocidades de los electrones alcanzaban una fracción apreciable de la velocidad de la luz.
20. MODELO ATÓMICO DE SCHRÖDINGER Después de que Louis-Victor de Broglie propuso la naturaleza ondulatoria de la materia en 1924, la cual fue generalizada por Erwin Schrödinger en 1926, se actualizó nuevamente el modelo del átomo. En el modelo de Schrödinger abandona la concepción de los electrones como esferas diminutas con carga que giran en torno al núcleo, ya que es una extrapolación de la experiencia a nivel macroscópico hacia las diminutas dimensiones del átomo. En vez de esto, Schrödinger describe a los electrones por medio de una función de onda, el cuadrado de la cual representa la probabilidad de presencia en una región delimitada del espacio. Esta zona de probabilidad se conoce como orbital.
21. MODELO ATÓMICO DE SCHRÖDINGER Cuando descubren la dualidad del electrón (que se comporta como onda y como partícula) Schrödinger establece una ecuación para explicar los niveles energéticos, la forma y el tipo de orbitales. la ecuación se conoce como ecuación de onda . La gran aportación del modelo de Schrödinger fue la creación de la configuración electrónica de donde se obtienen los números cuánticos de los electrones de un átomo. La configuración electrónica indica el nivel de energía del electrón (a que distancia esta del núcleo), el orbital y el tipo específico de orbital en el que se encuentra y el giro que tiene sobre su propio eje. En pocas palabras este modelo define las características particulares de un electrón, que lo hacen diferente de cualquier otro electrón del mismo átomo.
22. MODELO ATÓMICO DE SCHRÖDINGER De esta manera resuelve que hay cuatro tipos de orbitales (s , p , d y f ) y la capacidad de electrones de cada uno de ellos (2,6,10 y 14), además de la orientación de cada uno de los tipos de orbitales (forma). Cada uno de los orbitales tiene la capacidad de 2 electrones, si un orbital tiene varios tipos, entonces la capacidad del orbital se incrementa. Por ejemplo el orbital p tiene 3 tipos y cada uno con capacidad de 2 electrones, por lo que la capacidad del orbital p es de 6 electrones.
