Modelos Atómicos

MODELOS ATOMICOS

Modelo atómico de Dalton

El modelo atómico de Dalton surgido en el contexto de la química, fue el primer modelo atómico con bases científicas, formulado en 1808 por John Dalton. El siguiente modelo fue el modelo atómico de Thomson.

El modelo permitió explicar por primera vez porqué las sustancias químicas reaccionaban en proporciones estequiometrias fijas (Ley de las proporciones múltiples), y por qué cuando dos substancias reaccionan para formar dos o más compuestos diferentes, entonces las proporciones de estas relaciones son números enteros. Por ejemplo 14 g de carbono (C), pueden reaccionar con 16 g de oxígeno (O2) para formar monóxido de carbono (CO) o pueden reaccionar con 32 g de oxígeno para formar dióxido de carbono (CO2).

Postulados de Dalton

Dalton explicó su teoría formulando una serie de enunciados simples:<!R0>

1. La materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas átomos, que son indivisibles y no se pueden destruir.

2. 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.

3. Los átomos permanecen sin división, aun cuando se combinen en las reacciones químicas.

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

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

6. Los compuestos químicos se forman al unirse átomos de dos o más elementos distintos.

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. Por otro lado, 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 y 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. Por ejemplo, un átomo de carbono con uno de oxígeno forman monóxido de carbono (CO), mientras que dos átomos de oxígeno con uno de carbono, forman dióxido de carbono (CO2)

Insuficiencias del modelo

Hasta la segunda mitad del siglo XIX no aparecieron evidencias de que los átomos fueran divisibles o estuvieran a su vez constituidos por partes más elementales. Por esa razón el modelo de Dalton no fue cuestionado por décadas, ya que explicaba adecuadamente los hechos. Si bien el modelo usualmente nacido para explicar los compuestos químicos y las regularidades estequiometrias, no podía explicar las regularidades periódicas en las propiedades de los elementos químicos tal como aparecieron en la tabla periódica de los elementos de Mendeleiev (esto sólo sería explicado por los modelos que suponían el átomo estaba formado por electrones dispuestos en capas). El modelo de Dalton tampoco podía dar cuenta de las investigaciones realizadas sobre rayos catódicos que sugirieron que los átomos no eran indivisibles sino que contenían partículas más pequeñas cargadas eléctricamente.

MODELO ATÓMICO DE BOHR

Un átomo tiene una dimensión del orden de 10-9 m. Está compuesto por un núcleo relativamente pesado (cuyas dimensiones son del orden de 10-14 m) alrededor del cual se mueven los electrones, cada uno de carga –e (1.6 10-19 C), y de masa me (9.1•10-31 kg).

El núcleo está compuesto por protones y neutrones. El número Z de protones coincide con el número de electrones en un átomo neutro. La masa de un protón o de un neutrón es aproximadamente 1850 veces la de un electrón.

En consecuencia, la masa de un átomo es prácticamente igual a la del núcleo.

Sin embargo, los electrones de un átomo son los responsables de la mayoría de las propiedades atómicas que se reflejan en las propiedades macroscópicas de la materia.

El movimiento de los electrones alrededor del núcleo se explica, considerando solamente las interacciones entre el núcleo y los electrones (la interacción gravitatoria es completamente despreciable).

Modelo atómico de Thomson

Descubrimiento del electrón (descubierto en el año 1897; en 1898 Thomson propuso un modelo atómico, que tomaba en cuenta la existencia de dicha partícula subatómica.

Thomson suponía que los electrones se distribuía de una forma uniforme alrededor del átomo, conocido este modelo como Pastel de pasas, es la teoría de estructura atómica, Thomson descubre el electrón antes que se descubrirse el protón y el neutrón..

Si observamos este modelo, veremos que el átomo se compone por electrones de carga negativa en el átomo positivo, tal se aprecia en el modelo de pasas de budín.

Pensaba que los electrones, distribuidos uniformemente alrededor del átomo, en distintas ocasiones, en vez de una sopa de las cargas positivas, se postulaba con una nube de carga positiva, en 1906 Thomson fue premiado con el novel de física por este descubrimiento.

Si pensamos que el átomo no deja de ser un sistema material, con una cierta energía interna, es por eso que esta energía provoca un grado de vibración de los electrones contenidos que contiene su estructura atómica, si se enfoca desde este punto de vista el modelo atómico de Thomson se puede afirmar que es muy dinámico por consecuencia de la gran movilidad de los electrones en el “seno” de la mencionada estructura.

Para lograr una interpretación del modelo atómico desde un ángulo microscópico, entonces se puede definir como una estructura estática, ya que los mismos se encuentran atrapados dentro del “seno” de la masa que define la carga positiva del átomo.

Veamos el modelo de una forma simple, el modelo de Thomson era parecido a un pastel de Frutas: los electrones estaban incrustados en una masa esférica de carga positiva,

La carga negativa del electrón era la misma que la carga positiva de la esfera, es por esto que se deduce que el átomo era neutro,

Thomson: también explicó la forma de los iones, tanto positivos como negativos

Thomson y su experimento: JJ Thomson, (en 1897), a mitad de un experimento midió la proporción que existe entre la carga y la masa de una corriente de electrones, usando un tubo de rayos catódicos del cual obtiene un valor, este valor es de 1.76x 108 Coulombs

En 1906 Thomson demuestra que el hidrógeno tiene un electrón, esto permite diversas teorías.

Modelo atómico de Rutherford

Consecuente con su experimento, Rutherford abandonó la idea de que el átomo seria como un “budín de pasas”, propuesta por Thomson, ya que según este modelo los rayos alfa se desviarían muy débilmente y nunca con ángulos de dispersión (θ) de 90° y 180° como ocurría con el experimento del descubrimiento del núcleo atómico.

Según Rutherford, el átomo es un sistema dinámico, con un núcleo de carga positiva y los electrones girando alrededor siguiendo trayectorias circulares y concéntricas a una gran velocidad, de tal modo que se neutralice la fuerza de atracción eléctrica que ejerce el núcleo; por lo tanto los electrones estarían girando alrededor en estado de equilibrio.

Error en el Modelo de Rutherford: Según la física clásica (electrodinámica clásica), una partícula electrizada o cargada eléctricamente que se mueve con velocidad variable (con aceleración) emite o pierde energía constantemente en forma de ondas electromagnéticas). Por lo tanto el electrón que es una partícula con carga negativa y viaja con aceleración angular debido a que describe trayectoria circular, debe constantemente perder energía y acercarse poco a poco al núcleo siguiendo una trayectoria en espiral y finalmente caer al núcleo, o sea hasta la autodestrucción o colapsa miento del átomo, lo cual nunca ocurre.

Por lo tanto la física clásica no servía para explicar fenómenos atómicos y era necesario una nueva física en base a nuevos principios y leyes para las partículas su microscópicas como átomos, moléculas y partículas subatómicas, que hoy en día se llama mecánica cuántica (relativista y no relativista)

Modelo atómico de Schrödinger

El modelo atómico de Schrödinger no se trata de un modelo relativista, sino cuántico, que está basado en la ecuación que este físico austríaco realizó en 1925.

Bohr había postulado un modelo que funcionaba perfectamente para el átomo de hidrógeno, pero en los espectros que fueron realizados para otros átomos, se veía que los electrones aun siendo del mismo nivel energético, poseían energías algo diferentes, hecho que no respondía el modelo de Bohr, lo que hacía necesaria una urgente corrección de su modelo. Fue Sommerfeld quien modificó el modelo de Bohr, al deducir que en cada nivel energético existían subniveles, lo explicó añadiendo órbitas elípticas y usando la relatividad.

El modelo atómico de Schrödinger definía al principio los electrones como ondas de materia (dualidad onda-partícula), describiendo de este modo la ecuación ondulatoria que explicaba

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