Átomos a través del tiempo

Átomos a través del tiempo:

En la antigüedad el hombre pensaba que el mundo estaba compuesto por cuatro elementos. El primero en clasificar como elementos fundamentales la tierra, el aire, el fuego, y el agua fue el filósofo griego Empédocles en el siglo 5º AC.

Por esta fecha también, los filósofos griegos se preguntaban si la materia podía ser dividida indefinidamente o si llegaría a un punto que tales partículas fueran indivisibles. Para los griegos Leucipo y Demócrito, iniciadores de la teoría atomista, los átomos eran los objetos básicos de los que estaba formada toda la materia y, por ser básicos, eran indivisibles (de hecho, la palabra átomo en griego significa indivisible). Esta idea se mantuvo a lo largo del tiempo hasta finales del siglo XIX.

Hoy en día sabemos que existe algo más fundamental que tierra, agua, aire, y fuego... Pero el átomo, ¿es realmente fundamental? Alrededor de 1900, la gente pensaba que los átomos eran pequeñas bolitas Es entonces cuando una serie de experimentos pone en evidencia que el átomo debe estar compuesto por algo más pequeño: Es necesario dejar de considerarlo indivisible.

A partir de los siglos arriba mencionados, la química, como todas las ciencias experimentales, dio un paso agigantado: los avances en la teoría atómica fueron cada vez más rápidos. Pronto se dieron cuenta que todos los sólidos, líquidos y gases pueden descomponerse en elementos, que son sustancias formadas por un solo tipo de átomos, que tienen las mismas propiedades químicas. Las propiedades químicas de los elementos son muy distintas entre sí; sus átomos se combinan de formas muy variadas para formar numerosísimos compuestos químicos diferentes.

Uno de los primeros científicos en ayudar a dar ese paso agigantado fue el profesor y químico británico John Dalton, se le considera como una de las figuras más significativas de la teoría atómica porque la convirtió en algo cuantitativo. En 1803 propone una nueva teoría sobre la constitución de la materia. Según Dalton toda la materia se podía dividir en dos grandes grupos: los elementos y los compuestos. Los elementos estarían constituidos por unidades fundamentales, que en honor a Demócrito, Dalton denominó átomos. Los compuestos se constituirían de moléculas, cuya estructura viene dada por la unión de átomos entre si, en proporciones definidas, posteriormente se demostró que los átomos se unían formando grupos llamados moléculas. Los átomos se unen a otros a través de una fuerza eléctrica llamada enlace químico. Las diferentes combinaciones de átomos en las moléculas hace que haya diferentes sustancias. Pero lo que se puede destacar de Dalton es que en su teoría se seguía considerando el hecho de que los átomos eran partículas indivisibles.

Otra importante figura fue Amadeo Avogadro, un físico italiano que en 1911 formuló la conocida ley que lleva su nombre, esta ley afirma que dos volúmenes iguales de gases diferentes contienen el mismo número de moléculas si sus condiciones de temperatura y presión son las mismas.

No fue hasta finales del siglo XIX, cuando se descubrió que los átomos no son indivisibles, pues se componen de varios tipos de partículas elementales. La primera en ser descubierta fue el electrón en el año 1897 por el investigador Sir Joseph Thomson, quién recibió el Premio Nobel de Física en 1906.

Mas tarde, el japonés Hantaro Nagaoka (1865-1950) durante sus trabajos realizados en Tokio, propone su teoría según la cual los electrones girarían en órbitas alrededor de un cuerpo central cargado positivamente, al igual que los planetas alrededor del Sol.

Hoy día sabemos que la carga positiva del átomo se concentra en un denso núcleo muy pequeño, en cuyo alrededor giran los electrones.

El núcleo del átomo, que sólo mide, aproximadamente, una diezmilésima parte del diámetro del átomo, se descubre gracias a los trabajos realizados en la Universidad de Manchester, bajo la dirección de Ernest Rutherford entre los años 1909 a 1911. Éste dedujo que la masa del átomo está concentrada en su núcleo. También postuló que los electrones, de los que ya se sabía que formaban parte del átomo, viajaban en órbitas alrededor del núcleo. El núcleo tiene una carga eléctrica positiva; los electrones tienen carga negativa. La suma de las cargas de los electrones es igual en magnitud a la carga del núcleo, por lo que el estado eléctrico normal del átomo es neutro.

El experimento utilizado para descubrir esta hipótesis consistía en dirigir un haz de partículas de cierta energía contra una plancha metálica delgada, de las probabilidades que tal barrera desviara la trayectoria de las partículas, se dedujo la distribución de la carga eléctrica en el interior de los átomos.

Teoría atómica de Dalton:

 John Dalton (1766-1844). Químico y físico británico. Creó una importante teoría atómica de cuantitativas de la química (ley de la conservación de la masa, realizada por Lavoisier; ley de las proporciones definidas, realizada por Louis Proust; ley de las proporciones múltiples, realizada por él mismo). Su teoría se puede resumir en:

1.- Los elementos químicos están formados por partículas muy pequeñas e indivisibles llamadas átomos.

2.- Todos los átomos de un elemento químico dado son idénticos en su masa y demás propiedades.

3.- Los átomos de diferentes elementos químicos son distintos, en particular sus masas son diferentes.

4.- Los átomos son indestructibles y retienen su identidad en los cambios químicos.

5.- Los compuestos se forman cuando átomos de diferentes elementos se combinan entre sí, en una relación de números enteros sencilla, formando entidades definidas (hoy llamadas moléculas).

Modelo atómico de Thomsom:

Thomsom, sir Joseph John (1856-1940). Físico británico. Según el modelo de Thomsom el átomo consistía en una esfera uniforme de materia cargada positivamente en la que se hallaban incrustados los electrones de un modo parecido a como lo están las semillas en una sandía. Este sencillo modelo explicaba el hecho de que la materia fuese eléctricamente neutra, pues en los átomos de Thomsom la carga positiva era neutralizada por la negativa. Además los electrones podrían ser arrancados de la esfera si la energía en juego era suficientemente importante como sucedía en los tubos de descarga.

J. J. Thomsom demostró en 1897 que estos rayos se desviaban también en un campo eléctrico y eran atraídos por el polo positivo, lo que probaba que eran cargas eléctricas negativas. Calculó también la relación entre la carga y la masa de estas partículas.

Naturaleza eléctrica de la materia y el descubrimiento del electrón:

Para este cálculo realizó un experimento: hizo pasar un haz de rayos catódicos por un campo eléctrico y uno magnético.

Cada uno de estos campos, actuando aisladamente, desviaba el haz de rayos en sentidos opuestos. Si se dejaba fijo el campo eléctrico, el campo magnético podía variarse hasta conseguir que el haz de rayos siguiera la trayectoria horizontal original; en este momento las fuerzas eléctricas y magnética eran iguales y, por ser de sentido contrario se anulaban.

El segundo paso consistía en eliminar el campo magnético y medir la desviación sufrida por el haz debido al campo eléctrico. Resulta que los rayos catódicos tienen una relación carga a masa más de 1.000 veces superior a la de cualquier ion.

Esta constatación llevó a Thomsom a suponer que las partículas que forman los rayos catódicos no eran átomos cargados sino fragmentos de átomos, es decir, partículas subatómicas a las que llamó electrones.

Las placas se colocan dentro de un tubo de vidrio cerrado, al que se le extrae el aire, y se introduce un gas a presión reducida.

La teoría moderna sostiene que en el interior del átomo, el núcleo (formado por protones y neutrones) está rodeado de electrones.

Los electrones no tienen órbitas fijas, si no que tienen niveles de energía a cierta distancia del átomo. Cada nivel de energía tiene uno o más orbitales, que puede contener hasta dos electrones con spin diferente. Los orbitales tienen "formas" particulares, pero realmente no tienen un patrón establecido y la forma está determinada por el lugar donde es más PROBABLE encontrar al electrón en cuestión.

Los electrones tienen cuatro números cuánticos: el principal que indican su nivel de energía, el acimutal o angular que indica en qué orbital está, el magnético que indica la orientación espacial del orbital y el de spin que indica en qué sentido gira el electrón sobre su propio eje

El modelo atómico actual fue desarrollado en la década de 1920 por Schrödinger y Heisenberg. En este modelo las orbitas de los electrones del modelo de Bohr-Sommerfeld son sustituidas por los orbitales, regiones del espacio donde hay una gran probabilidad de encontrar a un electrón.

Descubrimiento del protón:

Unos años más tarde del descubrimiento del electrón, en 1911, Rutherford descubre, con su experimento de bombardeo de una lámina de oro con partículas, la presencia de carga positiva en el núcleo de los átomos; establece que hay en los núcleos atómicos unas partículas con carga positiva igual

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