Evolución de los modelos atómicos

EVOLUCIÓN DE LOS MODELOS ATÓMICOS

1920

1909

1808

Modelo atómico actual

Modelo atómico de Rutherford

Modelo atómico de Dalton

+ info

+ info

+ info

1904

1913

Modelo atómico de Bohr

Modelo atómico de Thomson

+ info

+ info

Iván Díaz Hernández4.º ESO A

IDEAS PRINCIPALES

HECHOS QUE LO INVALIDAN

- Los átomos son divisibles (como se iría descubriendo posteriormente) en partículas subatómicas, llamadas protones, neutrones y electrones.- Los átomos de diferentes elementos pueden tener la misma masa, como el argón y el calcio. - Los gases no están necesariamente compuestos por átomos del mismo elemento (la creencia de que sí lo estaban llevó a contradecir algunos experimentos de Gay-Lussac, que eran ciertos). - Cuando se forman compuestos químicos, las combinaciones no siempre son las más simples (Dalton pensaba, por ejemplo, que el agua estaba compuesta por un átomo de hidrógeno y otro de oxígeno, lo cual, le llevó a calcular muchas masas atómicas erróneamente). Esto se demuestra con la existencia de compuestos complejos como la sacarosa.

Ideas compartidas con Demócrito:- La materia está formada por átomos. - Los átomos son partículas muy pequeñas e indivisibles. Ideas propias: - Existen diferentes tipos de átomos, los elementos. Estos elementos se diferencian unos de los otros en la forma y en el tamaño de sus átomos, además de en la masa. - Los átomos de un mismo elemento son completamente idénticos en todos los aspectos. - Los átomos de diferentes elementos pueden combinarse entre sí, formando compuestos químicos (moléculas). - Los átomos pueden presentarse en diferente proporción, dependiendo el compuesto que formen. - Los átomos no pueden ser creados ni destruidos, y tampoco pueden dividirse, al combinarse para resultar en una reacción química. - Cuando los átomos se combinan, lo hacen en la proporción numérica (no fraccionaria) más simple.

IDEAS PRINCIPALES

HECHOS QUE LO INVALIDAN

- No se explica cómo se mantenía unida la “masa del pudin” positiva, ya que los pocos conocimientos que se tenían sobre electricidad, indicaban que esta debería desmoronarse debido a la repulsión eléctrica. Tampoco cómo se mantenían los electrones dentro del átomo.- No explicaba la estabilidad de los átomos, ni mencionaba nada sobre el núcleo atómico. - No se explicaban las propiedades químicas de los átomos, ni la organización en periodos dispuesta por el químico Dmitri Ivanóvich Mendeléyev en 1869.

Experimento de los tubos de rayos catódicos: - Consistía en pasar corriente por un tubo de cristal que estaba casi vacío, con electrodos a cada lado. En ese campo electromagnético, las partículas iban desde el cátodo hasta el ánodo, y al poner placas de cargas opuestas, se veía que las partículas eran atraídas a la placa cargada positivamente. Sabiendo que las cargas opuestas se atraen, pudo deducir que los átomos contenían, en parte, partículas cargadas negativamente, descubriendo el electrón. - Además, pudo descubrir la relación carga/masa del electrón: La masa de esta partícula era despreciable en comparación a la del átomo. Otras ideas: - Los átomos son divisibles y electrónicamente neutros: Son masas o esferas de carga positiva con electrones incrustados en ellas, que se cancelan entre ellas. - La carga positiva de cada átomo es igual a Z·e: El número atómico (Z, un número entero), multiplicado por la magnitud de la carga del electrón (e).

IDEAS PRINCIPALES

HECHOS QUE LO INVALIDAN

- No se explica cómo se mantenía unidas las masas positivas del núcleo, que se deberían repeler según la teoría eléctrica.- El modelo contradecía las leyes fundamentales de la electrodinámica de Maxwell, ya que los electrones deberían emitir radiación electromagnética, la cual haría que colapsaran con el núcleo. - La masa del átomo no coincidía con la cantidad de protones del elementos. Como Thomson ya había visto que la masa del electrón era despreciable, tendría que coincidir el tamaño del átomo con el número de protones. - No explicaba las bandas de emisión de los espectros atómicos: Cuando se calienta o se someten a descargas eléctricas, los átomos de cada elemento emiten unos valores de energía concretos.

Experimento de la lámina de oro:- Consistía en lanzar un haz de partículas de carga positiva y alta energía (denominadas partículas alfa) emitidas por un mineral de uranio, contra una lámina de oro muy fina (con un espesor de muy pocos átomos). Alrededor de esta, se encontraba una película fotográfica que captaba las partículas que pudiesen desviarse. - Descubrió que debía haber cargas positivas concentradas (debido a que algunas partículas eran repelidas y desviadas, y las que lo hacían eran pocas, por el pequeño tamaño de esta conglomeración) y un espacio vacío (debido a que la mayoría de partículas no se desviaban). Otras ideas: - La mayor parte de la masa del átomo se encuentra en el pequeño volumen central. Rutherford no lo llamó núcleo al principio, pero lo hizo a partir de 1912. - Los electrones con carga eléctrica negativa giran alrededor del núcleo. - Hay tantos electrones en el núcleo, como protones orbitando. - Los electrones giran a altas velocidades alrededor del núcleo y en trayectorias circulares a las que llamó órbitas. - Los electrones y el núcleo, se mantienen unidos por una fuerza de atracción electrostática.

IDEAS PRINCIPALES

HECHOS QUE LO INVALIDAN

- Explicaba los espectros de los átomos con un electrón en la capa externa de forma efectiva, pero no lo hacía con los átomos que tenían dos o más electrones en su capa externa.- No explicaba de manera cuantitativa las divisiones de las líneas del espectro atómico en un campo magnético, al estar expuestos los átomos a un campo eléctrico. - No explicaba el brillo relativo (intensidad) de las líneas del espectro, que dependen de las posibilidades de un átomo de experimentar transiciones entre los estados (altas probabilidades = líneas más intensas).

- Cada electrón tiene una cierta energía en cada órbita, cuyo valor aumenta al alejarse del núcleo.- Al proporcionar energía a un átomo (como calor), sus electrones pasan de una capa a otra, alejándose del núcleo. Los átomos están en un “estado excitado” durante este proceso. - Cuando los electrones vuelven a sus capas iniciales emiten radiación electromagnética. Los átomos vuelven a su “estado normal o fundamental”. - Al pasar de órbita, los electrones absorben o emiten energía, lo que permite que observemos los espectros atómicos. - La mínima cantidad de energía que se puede ganar o perder en cualquier longitud de onda, se denomina “cuanto de energía”, de donde surge la expresión “salto cuántico”. Formación de líneas de emisión en un espectro: Como la distancia de las capas atómicas al núcleo es distinta para cada elemento químico, cada sustancia presentará un espectro característico. Por ejemplo, la distancia entre la capa 1 y 2 no es igual en el hidrógeno y en el helio. Por eso, las líneas correspondientes a esta transición, para estos dos elementos, estarán ubicadas en diferentes regiones del espectro. La luz emitida por un átomo, es como para nosotros nuestra huella dactilar. Nos sirve para identificar el elemento químico al que pertenece.

Espectro del hidrógeno

Espectro del helio

IDEAS PRINCIPALES

- Las capas o niveles de energía de los átomos contienen varios subniveles (excepto la 1, que solo tiene uno): En la capa 2 hay dos, en las 3 hay tres, etc.; y cada tipo se identifica con las letras s, p, d y f (también existe un orbital g).- Si pudiésemos fotografiar las posiciones que ocupa un electrón en su movimiento alrededor del núcleo, tendríamos una nube de puntos que sería más densa en las zonas en las que es más probable encontrar al electrón. Este modelo llama orbitales a estas regiones. - Los orbitales tienen distinta forma y tamaño según su nivel de energía (como se puede ver en la imagen), los cuales podemos conocer gracias a la ecuación de Schrödinger. - Los orbitales del mismo tipo comparten la forma, pero el tamaño aumenta según aumenta el nivel de energía. - El orden de energía de los orbitales puede conocerse gracias al diagrama de Möller. - El electrón queda determinado por su masa, su espín y por se la partícula portadora de carga negativa. - La configuración de electrones más favorable es la que permite el mayor número de electrones con el mismo espín, según el principio de Hund. - El espin no aparece en la ecuación de Schrödinger, pero se incorpora en el modelo atómico mediante el principio de Pauli. - Los electrones tienen una movilidad ondulatoria.

BIBLIOGRAFÍA

Rincón Educativo. Foro Nuclear (s.f.). Modelo atómico de Demócrito (400 a.C.). https://rinconeducativo.org/es/recursos-educativos/modelo-atomico-de-democrito-400-ac/ → Introducción. Teoría Atómica del Universo y átomo StudySmarter (s.f.). Evolución de los modelos atómicos. https://www.studysmarter.es/resumenes/quimica/atomos-y-moleculas/evolucion-de-los-modelos-atomicos/ → Introducción. Definición de modelo atómico / Modelo atómico de Dalton. Introducción y desarrollo / Modelo atómico de Thomson. Desarrollo (experimento) / Modelo atómico de Rutherford. Desarrollo Ondarse Álvarez, Dianelys. Concepto (15 julio, 2021). Teoría atómica de Dalton. https://concepto.de/teoria-atomica-de-dalton/ → Modelo atómico de Dalton. Introducción y desarrollo StudySmarter (s.f.). Modelo atómico de Dalton. https://www.studysmarter.es/resumenes/quimica/atomos-y-moleculas/modelo-atomico-de-dalton/ → Modelo atómico de Dalton. Desarrollo Junta de Andalucía (s.f.). Teoría atómica de Dalton. https://www.juntadeandalucia.es/averroes/centros-tic/14700420/helvia/aula/archivos/repositorio/0/123/html/22_teora_atmica_de_dalton.html → Modelo atómico de Dalton. Desarrollo Ondarse Álvarez, Dianelys. Enciclopedia Humanidades (26 marzo, 2017). Modelo Atómico de Dalton. https://humanidades.com/modelo-atomico-de-dalton/ → Modelo atómico de Dalton. Desarrollo Santillana (2023). Física y Química 4 ESO. PROYECTO Construyendo mundos. Tema 2 - La célula. Modelos atómicos y Distribución de los electrones en un átomo → Modelo atómico de Thomson. Introducción / Modelo atómico de Rutherford. Introducción y desarrollo / Modelo atómico de Bohr. Introducción y desarrollo / Modelo atómico actual. Introducción y desarrollo Universitat de Valencia (s.f.). Joseph John Thomson (1856-1940). https://www.uv.es/bertomeu/material/museo/atomo/Thom..htm → Modelo atómico de Thomson. Introducción Jara Montecinos, Marcela. Red Educacional Santo Tomás de Aquino (7 mayo, 2020). Modelo atómico de Thomson. https://www.secst.cl/colegio-online/docs/07052020_405pm_5eb4864485b68.pdf → Modelo atómico de Thomson. Desarrollo Tomé López, César. Cuaderno de Cultura Científica (11 junio, 2019). El modelo atómico de Thomson. https://culturacientifica.com/2019/06/11/el-modelo-atomico-de-thomson/ → Modelo atómico de Thomson. Desarrollo Equipo de redacción. Geoenciclopedia (16 diciembre, 2022). Modelo atómico de Thomson. https://www.geoenciclopedia.com/modelo-atomico-de-thomson-248.html → Modelo atómico de Thomson. Desarrollo Equipo de redacción. Geoenciclopedia (15 diciembre, 2022). Modelo atómico de Rutherford. https://www.geoenciclopedia.com/modelo-atomico-de-rutherford-249.html → Modelo atómico de Rutherford. Introducción y desarrollo Ondarse Álvarez, Dianelys. Enciclopedia Humanidades (5 septiembre, 2016). Modelo Atómico de Bohr. https://humanidades.com/modelo-atomico-de-bohr/ → Modelo atómico de Bohr. Introducción y desarrollo Tomé López, César. Cuaderno de Cultura Científica (26 noviembre, 2019). Las limitaciones del modelo de Bohr. https://culturacientifica.com/2019/11/26/las-limitaciones-del-modelo-de-bohr/ → Modelo atómico de Bohr. Desarrollo Jara Montecinos, Marcela. Red Educacional Santo Tomás de Aquino (19 junio, 2020). Modelo atómico actual. https://www.secst.cl/colegio-online/docs/19062020_612am_5eecabae5cc6d.pdf → Modelo atómico actual. Introducción y desarrollo Ferrovial (s.f.). ¿Qué es el modelo mecánico cuántico? https://www.ferrovial.com/es/stem/modelo-mecanico-cuantico/ → Modelo atómico actual. Introducción Rincón Educativo. Foro Nuclear (s.f.). Modelo atómico actual. https://rinconeducativo.org/es/recursos-educativos/modelo-atomico-actual/ → Modelo atómico actual. Desarrollo Modelo Atómico.win (s.f.). Modelo Atómico Actual. https://modeloatomico.win/modelo-atomico-actual/ → Modelo atómico actual. Desarrollo Recio Miñarro, Joaquín. RecursosTIC (s.f.). El neutrón. http://newton.cnice.mec.es/materiales_didacticos/el_atomo/neutron.htm?2&3 → Conclusión. Neutrón Coluccio Leskow, Estefania. Concepto (2 febrero, 2022). Neutrón. https://concepto.de/neutron/ → Conclusión. Neutrón

Ya lo decía Demócrito...

INTRODUCCIÓN

En el año 400 a.C. formuló la llamada “Teoría Atómica del Universo”, basándose en la idea de que, al partir una piedra por la mitad, sus dos mitades tienen las mismas propiedades que la piedra original; y al seguir cortando la pieza en trozos cada vez más pequeños, se llegaría a un punto tan pequeño, que ya no se podría dividir.

Por tanto, propuso que el mundo estaba formado por partículas muy pequeñas e indivisibles, a las que nombró “átomos”, creando así, el primer modelo atómico, la primera representación de un átomo que permite explicar sus propiedades y predecir su comportamiento. Así, en este trabajo se explorarán los distintos modelos atómicos creados, que nos han permitido estudiar más a fondo la estructura de los átomos, lo que ocurre dentro de ellos, profundizando en sus ideas principales y los fenónemos no explicados, que hicieron que no fuesen válidos.

El modelo del pudin de pasas

MODELO ATÓMICO DE THOMSON

En 1904, el físico inglés Joseph John Thomson propuso su propio modelo atómico, con el que pretendía mostrar la existencia de electrones, de carga negativa, incrustados en una masa o esfera de carga positiva, formada por protones (similar a un pudin de pasas).

Con su modelo atómico, Thomson provocó problemas para los físicos de la época, quienes consideraban los átomos globalmente neutros, sin preguntarse dónde se encontraba la carga que los neutralizaba y qué la mantenía. Él, intentó resolver este misterio, y recibió un premio Nobel por su trabajo (el descubrimiento del electrón y de la conducción eléctrica de los gases).

Ideas principales / Hechos que lo invalidan

Un gran avance en la química

MODELO ATÓMICO DE DALTON

En 1808, el científico inglés John Dalton publicó el libro A New System of Chemical Philosophy, en el que proponía una teoría sobre los átomos, mostrando un modelo atómico propio. Con él, intentaba explicar el cambio de estructura en las reacciones químicas.

Sus ideas supusieron un gran avance en la interpretación dichas reacciones, y de la química en sí, permitiéndonos explorar cómo los diferentes estados de la materia pueden interactuar para unirse. Además, resolvieron la mayoría de los interrogantes sobre la materia que no tenían respuesta hasta el momento, de una forma bastante simple.

Ideas principales / Hechos que lo invalidan

El modelo planetario

MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD

En 1909, el físico neozelandés Ernest Rutherford propuso un nuevo modelo atómico, con el que pretendía demostrar que la carga positiva del átomo estaba concentrada en una zona muy pequeña, y los electrones giraban alrededor de ella (como un sistema planetario).

Su modelo tuvo gran aceptación en la comunidad científica, y reveló que el átomo tenía varias partículas subatómicas. Científicos posteriores al descubrimiento, a través de este, pudieron determinar el número de electrones de cada elemento. Pese a los nuevos hallazgos, este modelo atómico, combinado con el de Bohr, es el que sigue en la mente de la mayoría de gente, ya que es la forma más sencilla de explicar el funcionamiento de los átomos.

Ideas principales / Hechos que lo invalidan

El modelo de capas

MODELO ATÓMICO DE BOHR

En 1913, el físico danés Niels Bohr propuso su modelo atómico, con el que buscaba explicar que los átomos no tienen el mismo comportamiento que las partículas eléctricas macroscópicas, y aprovechó para explicar cómo emiten energía algunos cuerpos.

Este modelo definía al átomo como un núcleo rodeado de capas, en las que los electrones giran con unos valores fijos de energía (mayores al alejarse del núcleo), sin emitirla al moverse. Así, Bohr, fue el primero en reconocer el concepto de mecánica cuántica en un átomo de hidrógeno, desvelando también cómo se daba la estabilidad de los átomos.

Ideas principales / Hechos que lo invalidan

El modelo cuántico

MODELO ATÓMICO ACTUAL

En 1920, el físico austriaco Erwin Schrödinger, y el físico teórico alemán Werner Heisenberg, propusieron el modelo atómico utilizado actualmente, con el que propusieron que los electrones se encontraban en subniveles de energía diferentes a los correspondientes a cada capa.

Este modelo presenta una gran complejidad matemática, pero permite describir de forma más precisa las dinámicas del átomo y las partículas subatómicas, siendo fundamental para la investigación y desarrollo de tecnologías cuánticas en campos como la química, la óptica, la computación, la física de partículas y la simulación molecular.

Ideas principales / Hechos que lo invalidan

Tengamos en cuenta a Chadwick...

CONCLUSIÓN

Este trabajo, me ha aportado un poco más de conocimiento acerca de cada uno de los modelos atómicos que han podido desarrollarse desde el descubrimiento del átomo. A través de la investigación, he podido indagar en los experimentos y teorías que se han desarrollado para su formulación, desde el de los tubos de rayos catódicos, hasta el de la lámina de oro.

Me parece importante recalcar el descubrimiento del neutrón en 1932, por el físico inglés James Chadwick, partícula subatómica que cumple una función estabilizante dentro del núcleo del átomo. Sin su presencia, los protones se repelerían unos a otros. Por este, y por muchos hallazgos más, este trabajo me ha llevado a pensar que: “Lo infinitamente pequeño es análogo a lo infinitamente grande: Un átomo es todo un sistema solar en miniatura”. Samael Aun Weor.