MODELOS ATÓMICOS

MODELOS ATÓMICOS

En Ciencia, un modelo intenta explicar una teoría mediante una comparación. Un modelo será tanto más perfecto cuanto más claramente explique los hechos experimentales. El modelo es válido mientras explica lo que ocurre en los experimentos; en el momento en que falla, hay que modificarlo.

1. La teoría atómica de Dalton

En 1808, John Dalton publicó su teoría atómica, que retomaba las antiguas ideas de Leucipo y de Demócrito. Según la teoría de Dalton:
1.- Los elementos están formados por partículas diminutas, indivisibles e inalterables llamadas átomos.
Dalton estableció un sistema para designar a cada átomo de forma que se pudieran distinguir entre los distintos elementos:

2.- Los átomos de un mismo elemento son todos iguales entre sí en masa, tamaño y en el resto de las propiedades físicas o químicas. Por el contrario, los átomos de elementos diferentes tienen distinta masa y propiedades.

3.- Los compuestos se forman por la unión de átomos de los correspondientes elementos según una relación numérica sencilla y constante.

De la teoría atómica de Dalton se pueden obtener las siguientes definiciones:
* Un átomo es la partícula más pequeña de un elemento que conserva sus propiedades.
* Un elemento es una sustancia pura que está formada por átomos iguales.
* Un compuesto es una sustancia que está formada por átomos distintos combinados en una relación numérica sencilla y constante.

2. Modelo atómico de Thomson

Por ser tan pequeña la masa de los electrones, el físico inglés J. J. Thomson supuso, en 1904, que la mayor parte de la masa del átomo correspondía a la carga positiva, que, por tanto, debía ocupar la mayor parte del volumen atómico. Thomson imaginó el átomo como una especie de esfera positiva continua en la que se encuentran incrustados los electrones (como las pasas en un pudin).

Este modelo permitía explicar varios fenómenos experimentales como la electrización y la formación de iones.

* La electrización: Es el exceso o la deficiencia de electrones que tiene un cuerpo y es la responsable de su carga eléctrica negativa o positiva.
* La formación de iones: Un ion es un átomo que ha ganado o ha perdido electrones. Si gana electrones tiene carga neta negativa y se llama anión y si pierde electrones tiene carga neta positiva y se llama catión.

3. Modelo atómico de Rutherford

El modelo de Thomson tuvo una gran aceptación hasta que, en 1911, el químico y físico inglés Ernest Rutherford y sus colaboradores llevaron a cabo el "Experimento de Rutherford".

Este experimento ofrecía unos resultados que no podían explicarse con el modelo de átomo que había propuesto Thomson y, por tanto, había que cambiar el modelo.

En el experimento se bombardeaba una fina lámina de oro con partículas alfa (positivas) procedentes de un material radiactivo y se observaba que:
- La mayor parte de las partículas alfa atravesaban la lámina sin cambiar de dirección, como era de esperar.
- Algunas partículas alfa se desviaron considerablemente.
- Unas pocas partículas alfa rebotaron hacia la fuente de emisión.



El Modelo atómico de Rutherford o modelo nuclear establece que:
* El átomo tiene un núcleo central en el que están concentradas la carga positiva y casi toda la masa.
* La carga positiva de los protones del núcleo se encuentra compensada por la carga negativa de los electrones, que están fuera del núcleo.
* El núcleo contiene, por tanto, protones en un número igual al de electrones del átomo.
* Los electrones giran a mucha velocidad alrededor del núcleo y están separados de éste por una gran distancia.

4. El modelo atómico de Bohr

Para solucionar los problemas planteados, el físico danés Niels Bohr formuló, en 1913, una hipótesis sobre la estructura atómica. Sus postulados eran:

1) El electrón sólo se mueve en unas órbitas circulares "permitidas" (estables) en las que no emite energía. El electrón tiene en cada órbita una determinada energía, que es tanto mayor cuanto más alejada esté la órbita del núcleo.

2) La emisión de energía se produce cuando un electrón salta desde un estado inicial de mayor energía hasta otro de menor energía.

* La distribución de electrones
Con el modelo atómico de Bohr sólo se podía explicar el espectro del átomo de hidrógeno. Hacia 1920 se introdujeron modificaciones y se desarrollaron nuevos modelos atómicos.
De acuerdo con este nuevo modelo, alrededor del núcleo hay capas o niveles de energía:
- En la primera capa se sitúan, como máximo, 2 electrones.
- En la segunda capa se sitúan, como máximo, 8 electrones.
- En la tercera capa se sitúan, como máximo, 18 electrones.
...
La distribución por capas de los electrones de un átomo de un elemento se conoce como estructura o configuración electrónica del elemento.

Ejemplos:
2He Tiene sólo 2 electrones. Se sitúan en la primera capa. Se representa como (2).
Las capas se colocan entre paréntesis y se separan por comas.
10Ne -> (2,8)
18Ar -> (2,8,8)
11Na -> (2,8,1)
15P -> (2,8,5)

A los electrones que están situados en la última capa se les denomina electrones de valencia y, al nivel que ocupan, capa de valencia. Estos electrones son los responsables de las propiedades químicas de las sustancias.

5. El modelo atómico de Schorödinger

En el modelo de Schrödinger se abandona la concepción de los electrones como esferas diminutas con carga que giran en torno al núcleo.

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.

Carga eléctrica

*Electrización por frotamiento

Carga eléctrica de varillas por frotamiento

Varillas de diferentes materiales frotadas con tela se acercan a trozos de algún material liviano tal como corcho, papel o semillas de grama. Se observa como dichos materiales son atraídos por las varillas debido a la carga eléctrica presente.

Carga eléctrica de un globo por frotamiento

Se frota con un paño un globo inflado y se puede observar que atrae pequeños trozos de un material liviano. También se puede observar que se adhiere a una superficie, como por ejemplo el pizarrón.

* Electrización por contacto

Carga eléctrica de un electroscopio por contacto

Varillas de diferentes materiales previamente cargadas por frotamiento le transmiten carga por contacto al electroscopio, la cual se detecta por la separación de las láminas del mismo.

Varios electroscopios

Se disponde de varios electroscopios de fabricación casera, mediante los cuales se muestra lo sencillo que resulta su elaboración con materiales y objetos de uso cotidiano.

Carga eléctrica de peces de papel

Peces de papel dentro de un recipiente son atraídos por una superficie tensa previamente cargada por frotamiento. Se cargan entonces eléctricamente por contacto, luego son repelidos y se descargan al contactar a la parte metálica inferior.

Campanitas de Franklin

El dispositivo llamado "campanitas de Franklin" se carga eléctricamente utilizando un generador electrostático. Se observa como pequeñas esferas metálicas son atraídas y luego repelidas por las superficies metálicas que forman parte de aquel.

Sombrero electrostático

Pequeños conductores unidos a una superficie conductora colocada sobre la esfera mayor del generador de Van der Graff, son repelidos quedando dispuestos en forma radial.

2.- El átomo es divisible

Una vez aceptada la teoría atómica de la materia, los fenómenos de electrización y electrólisis pusieron de manifiesto, por un lado, la naturaleza eléctrica de la materia y, por otro, que el átomo era divisible; es decir, que estaba formado por otras partículas fundamentales más pequeñas.

Los fenómenos eléctricos son una manifestación de su carga eléctrica. La unidad de carga eléctrica en el SI es el culombio (C).

Hay 2 tipos de cargas eléctricas: positiva y negativa. dos cuerpos que hayan adquirido una carga del mismo tipo se repelen, mientras que si poseen carga de distinto tipo se atraen.

La materia es eléctricamente neutra, es decir, tiene la misma cantidad de cada tipo de carga. cuando adquiere carga, tanto positiva como negativa, es porque tiene más cantidad de un tipo que de otro.

A finales del siglo XIX y principios del XX, una serie de experimentos permitieron identificar las partículas responsables de la carga negativa (el electrón) y de la carga positiva (el protón). Estos experimentos proporcionaron los datos siguientes sobre la estructura de la materia:

- El átomo contiene partículas materiales subatómicas.

- Los electrones tienen carga eléctrica negativa y masa. Cada electrón posee una carga eléctrica elemental.

- Los protones tienen carga eléctrica positiva y mayor masa.

- Como el átomo es eléctricamente neutro, hay que suponer que el número de cargas eléctricas negativas (electrones) es igual al número de cargas positivas (protones).

EL ÁTOMO

1.- El átomo en la antigüedad
Los filósofos griegos discutieron mucho acerca de la naturaleza de la materia y concluyeron que el mundo era más simple de lo que parecía. Algunas de sus ideas de mayor relevancia fueron:

*En el siglo V a. C., Leucipo sostenía que había un sólo tipo de materia y pensaba que si dividíamos la materia en partes cada vez más pequeñas, obtendríamos un trozo que no se podría cortar más. Demócrito llamó a estos trozos átomos ("sin división").La filosofía atomista de Leucipo y Demócrito podía resumirse en:

1.- Los átomos son eternos, indivisibles, homogéneos e invisibles.

2.- Los átomos se diferencian en su forma y tamaño.

3.- Las propiedades de la materia varían según el agrupamiento de los átomos.

Leucipo -- Demócrito

* En el siglo IV a. C., Empédocles postuló que la materia estaba formada por 4 elementos: tierra, aire, agua y fuego.

Empédocles.

*Aristóteles, posteriormente, postula que la materia estaba formada por esos 4 elementos pero niega la idea de átomo, hecho que se mantuvo hasta 200 años después en el pensamiento de la humanidad.

Aristóteles

http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_fyq3/tema4/index4.htm