modelos atómicos

modelos atómicos

Cristina López e Ikram 4ºA

Modelo atómico de Demócrito

01

Modelo atómico de Lewis

04

Modelo atómico de Dalton

02

Modelo atómico de Rutherford

05

Modelo atómico de Thomson

03

Modelo atómico de Bohr

06

Modelo atómico de Sommerfeld

07

Modelo atómico de Heisenberg

08

09

Modelo atómico de Schrödinger

10

Modelo atómico de Chadwick

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modelo actual

Los modelos atómicos son una representación estructural de un átomo que trata de explicar su comportamiento y propiedades. Estos modelos atómicos han sido desarrollados a lo largo de la historia a partir de las ideas de la época sobre la composición de la materia.

LOS MODELOS ATÓMICOS

• Los átomos se encuentran dispersos en el vacío.
• Hay una fuerza que une a los átomos para formar la materia.
• El número de átomos determina las propiedades de la materia.

Los primeros filósofos griegos se enfocaban en entender la naturaleza y los distintos fenómenos que la integraban. Uno de ellos, Demócrito, propuso que el mundo estaba formado por partículas muy pequeñas e indivisibles, homogéneas e incompresibles, cuyas únicas diferencias eran de forma y tamaño y no de funcionamiento interno. A estas partículas les dio el nombre de ἄτομος (átomo) que significa “indivisible”. Según Demócrito, las propiedades de la materia estaban determinadas por el modo en que los átomos se agrupaban. En esa época los conocimientos no se alcanzaban mediante la experimentación, sino mediante el razonamiento lógico.

MODELO ATÓMICO DE DEMÓCRITO

CARACTERÍSTICAS

REPERCUSIÓN EN LA SOCIEDAD Posteriormente, otros filósofos como Platón y Aristóteles debatieron sus postulados. Sin embargo, pasarán muchos años para que exista otra aportación en la evolución del modelo atómico.

Gracias al modelo atómico de Dalton, los científicos concibieron a los átomos como la unidad básica de la materia que conservan la identidad química de los elementos. Además, Dalton propuso un modelo que permitió resolver cuestiones sobre la materia que no tenían respuesta en su época.

John Dalton propuso el primer modelo atómico con bases científicas en sus “Postulados Atómicos”. Defendía que todo estaba compuesto por átomos, indivisibles e indestructibles, incluso mediante reacciones químicas. Dalton proponía que los átomos de un mismo elemento químico eran iguales entre sí y tenían la misma masa e iguales propiedades. Por otro lado, propuso el concepto de peso atómico relativo (el peso de cada elemento respecto al peso del hidrógeno), comparando las masas de cada elemento con la masa del hidrógeno. También propuso que los átomos pueden combinarse entre sí para formar compuestos químicos. Sin embargo, esta teoría tuvo algunos errores.

REPERCUSIÓN EN LA SOCIEDAD

MODELO ATÓMICO DE DALTON

CARACTERÍSTICAS - Todos los elementos están formados por átomos, partículas muy pequeñas. - Los átomos de un elemento poseen propiedades idénticas (masa, peso, etc.), pero son distintos a los átomos de otros. - La unión de átomos de dos o más elementos forma los compuestos químicos. - Los átomos no se pueden crear ni destruir, sino que las reacciones químicas sólo pueden provocar el ordenamiento, combinación o separación de los átomos.

• El modelo es concebido como una esfera uniforme con carga positiva.
• Dentro de esta esfera se encuentran incrustados los electrones. Por la forma que describe, también se le conoce como el “modelo de pastel de pasas”.

Thomson retomó el modelo de Dalton, pero, a partir de una serie de experimentos con rayos catódicos, descubrió partículas contenidas dentro del átomo con carga negativa. Estas partículas recibieron el nombre de electrones. Ganó un nobel por el descubrimiento de estas partículas. Este modelo es previo al descubrimiento de los protones y neutrones, por lo que asumía que los átomos estaban compuestos por una esfera de carga positiva y los electrones de carga negativa estaban incrustados en ella. Este modelo hacía una predicción incorrecta de la carga positiva en el átomo, pues afirmaba que esta estaba distribuida por todo el átomo. Esta contribución a la evolución del modelo atómico confirmó la existencia de partículas subatómicas.

CARACTERÍSTICAS

MODELO ATÓMICO DE THOMSON

• Los enlaces covalentes simples se forman cuando dos átomos comparten un borde y eso da como resultado el intercambio de dos electrones.
• Los enlaces iónicos se forman por la transferencia de un electrón de un cubo a otro sin compartir un borde.
• Un estado intermedio en el que sólo se comparte un rincón.

En este modelo Lewis proponía la estructura de los átomos distribuida en forma de cubo y en sus ocho vértices se encontraban los electrones. A medida que se avanzaba en cada periodo de la tabla periódica, se añadía un nuevo electrón a uno de los vértices. Estas representaciones son adecuadas y sencillas de iones y compuestos, que facilitan el recuento exacto de electrones y constituyen una base importante, estable y relativa. Asimismo, se usa para saber la cantidad de electrones de valencia de un elemento que interactúan con otros o entre su misma especie, formando enlaces. Por otra parte, este modelo permitió avanzar en el estudio de las valencias atómicas y los enlaces químicos. Estos estudios fueron la base de lo que se conoce hoy como el diagrama de Lewis, que se usó para explicar el enlace covalente.

CARACTERÍSTICAS

MODELO ATÓMICO DE LEWIS

• Los enlaces dobles se forman al compartir una cara entre dos átomos cúbicos.

• La mayor parte de la masa atómica se concentra en el núcleo, de mayor tamaño y mayor peso que el resto de las partículas, y dotado de carga eléctrica positiva.
• Alrededor del núcleo y alejado de él se encuentran los electrones, de carga eléctrica negativa, que lo orbitan en trayectorias circulares.

Rutherford realizó una serie de experimentos en 1911 en los que dispersó partículas a través de una lamina de oro. Al descubrir que algunas partículas se desviaban o rebotaban, llegó a la conclusión de que el átomo estaba compuesto por un núcleo atómico de carga positiva, donde se concentra la mayor parte de su masa, y los electrones, que giran libremente alrededor de este núcleo. En este modelo se propuso por primera la existencia del núcleo atómico. Además, Rutherford calculó el tamaño del átomo y lo comparó con el tamaño del núcleo, llegando a la conclusión de que una parte de la composición del átomo está vacía. Gracias a este modelo y al descubrimiento del neutrón, el átomo sería concebido como un sistema solar, donde las partículas girarían en torno al núcleo, que sería el centro de todo.

CARACTERÍSTICAS

MODELO DE RUTHERFORD

• La suma de las cargas eléctricas positivas y negativas de un átomo debería dar cero como resultado, es decir, deberían ser iguales, para que el átomo sea eléctricamente neutro.

• Los electrones trazan órbitas circulares en torno al núcleo sin transmitir energía.
• Las órbitas permitidas a los electrones son aquellas con cierto valor de momento angular (L) (cantidad de rotación de un objeto) que sea un múltiplo entero del valor , siendo h=6.6260664×10-34 y n=1, 2, 3….
• Los electrones emiten o absorben energía al saltar de una órbita a otra y al hacerlo emiten un fotón que representa la diferencia de energía entre ambas órbitas.

Bohr propuso este modelo para explicar cómo podían los electrones tener órbitas estables (o niveles energéticos estables) rodeando el núcleo. Además explica por qué los átomos tienen espectros de emisión característicos. En los espectros realizados se observaba que los electrones de un mismo nivel energético tenían energías diferentes, lo que demostró que había errores en el modelo y que debían existir subniveles de energía en cada nivel energético. Por otro lado, entre más carga positiva genere un electrón, este se despegará del núcleo a las órbitas más lejanas. Este modelo fue mejorando el concepto real del átomo hasta llegar al actual.

CARACTERÍSTICAS

MODELO ATÓMICO DE BOHR

• Los átomos que tienen el mismo número de electrones de valencia y que poseen distintos números, tienen características similares.
• Los átomos tienen un núcleo demasiado pequeño y denso que contiene partículas subatómicas.
• Los electrones se encuentran en diferentes órbitas alrededor del núcleo. Estas órbitas tienen una carga distinta y, entre más lejana sea la órbita, mayor será su carga positiva.

Además, este modelo dio inicio en el mundo de la física a los postulados cuánticos, por lo que se considera una transición entre la mecánica clásica y la cuántica.

• Es una generalización del modelo de Bohr desde un punto de vista relativista
• Postula que los electrones se mueven alrededor del núcleo en órbitas circulares o elípticas, y que solo emiten o absorben energía cuando saltan de una órbita a otra.

Este modelo fue propuesto por Sommerfield para intentar mejorar los defectos que presentaba el modelo de Bohr. Se basó en parte de los postulados relativistas de Albert Einstein. Afirmó con este modelo que las órbitas de los electrones eran circulares o elípticas, lo que le permitió explicar el desdoblamiento de las líneas espectrales. Asimismo, indicó que los electrones tenían corrientes eléctricas minúsculas y que a partir del segundo nivel de energía existían dos o más subniveles. Sommerfeld hizo importantes contribuciones al modelo atómico, expandiendo y refinando las teorías propuestas por Niels Bohr. Su trabajo sentó las bases para nuestra comprensión moderna de la estructura del átomo.

CARACTERÍSTICAS

MODELO ATÓMICO DE SOMMERFELD

• Introduce un nuevo número cuántico, llamado número cuántico secundario o azimutal, que determina la forma y el momento angular de las órbitas de los electrones
• Establece que, dentro de un mismo nivel energético, definido por el número cuántico principal, pueden existir varios subniveles energéticos, definidos por el número cuántico azimutal, y que cada subnivel puede albergar un número determinado de electrones
• Explica el desdoblamiento de las líneas espectrales bajo la influencia de campos eléctricos o magnéticos
• Aplica la ley de Coulomb y la mecánica clásica para calcular las energías y las frecuencias de los electrones en las órbitas elípticas.

La estética nuclear se volvió popular en las décadas posteriores al descubrimiento del modelo atómico y las personas organizaron sus hogares y espacios de trabajo por la idea de la divisibilidad y la estructura interna de la materia.

• Principio de incertidumbre, pues establece que la precisión con la que se puede conocer la posición de una partícula y su momento lineal está limitada por una constante fundamental.
• Dado que es imposible conocer la posición y el momento de una partícula, este modelo se basa en formulaciones probabilísticas para describir el comportamiento de las partículas subatómicas.

Según el modelo de Werner Heisenberg, el momento lineal y la posición de un electrón u otra partícula subatómica no es posible predecir simultáneamente el valor de ambas variables. De esta forma, introduce el principio de incertidumbre en los orbitales de electrones que rodean el núcleo atómico. Además, Heisenberg instauró los cimientos de la mecánica cuántica para estimar el comportamiento de las partículas subatómicas que conforman un átomo. Por otra parte, este modelo introduce la noción fundamental de que es imposible conocer simultáneamente con precisión absoluta la posición y el momento (o velocidad) de una partícula subatómica.

CARACTERÍSTICAS

MODELO ATÓMICO DE HEISENBERG

Según el principio de incertidumbre de Heisenberg, la multiplicación de las variaciones del momento lineal y la posición de una partícula siempre es mayor o igual que la constante de Planck dividida por 4π. Esta relación implica que si una de estas magnitudes tiende a cero, la otra debe aumentar en proporción. Por lo tanto, el modelo de Heisenberg se basa en formulaciones probabilísticas debido a la naturaleza aleatoria de las variables a niveles subatómicos.

Propone que las partículas, como los electrones, exhiben propiedades de onda y partícula al mismo tiempo, lo que lleva a una descripción dualista de la materia.

Este modelo influyó en la formulación de la teoría cuántica, en la comprensión moderna de la estructura, el comportamiento de los átomos y las partículas subatómicas. Por añadidura, el modelo atómico de Heisenberg cambió fundamentalmente nuestra comprensión de la naturaleza de la materia al introducir el concepto de incertidumbre y la dualidad onda-partícula en el nivel subatómico.

• Describe el movimiento de los electrones como ondas estacionarias.
• Los electrones se mueven constantemente, es decir, no tienen una posición fija o definida dentro del átomo.
• No predice la ubicación del electrón, ni describe la ruta que realiza dentro del átomo. Solo establece una zona de probabilidad para ubicar al electrón.

Erwin Schrödinger, inspirado en los trabajos de Bohr y Sommerfeld, propuso un modelo atómico donde los electrones eran considerados como ondas de materia. Esta perspectiva permitió la formulación de una interpretación probabilística de la función de onda por Max Born. La función de onda describe la probabilidad de encontrar una partícula en el espacio, introduciendo así una nueva comprensión de la naturaleza subatómica basada en la probabilidad en lugar de la certeza determinista. Eso significa que se puede estudiar probabilísticamente la posición de un electrón o su cantidad de movimiento pero no ambas cosas a la vez, debido al Principio de Incertidumbre de Heisenberg.

CARACTERÍSTICAS

MODELO ATÓMICO DE SCHRöDINGER

El modelo de Schrödinger y la teoría cuántica revolucionaron nuestra comprensión de la naturaleza subatómica de la materia. Estos avances sentaron las bases para el desarrollo de tecnologías modernas, como la electrónica cuántica, la nanotecnología y la física de materiales, que tienen aplicaciones en campos tan diversos como la informática, la medicina y la energía.

• Estas áreas de probabilidad se denominan orbitales atómicos. Los orbitales describen un movimiento de traslación alrededor del núcleo del átomo.
• Estos orbitales atómicos tienen diferentes niveles y sub-niveles de energía, y pueden definirse entre nubes de electrones.
• El modelo no contempla la estabilidad del núcleo, solo se remite a explicar la mecánica cuántica asociada al movimiento de los electrones dentro del átomo.

• El átomo está formado por un núcleo central compuesto por protones y neutrones, que concentran la mayor parte de la masa del átomo.
• Los electrones se mueven alrededor del núcleo en órbitas o niveles de energía.

El modelo propuesto por James Chadwick se centra en la modelación del núcleo atómico constituido no solo por protones (cargas positivas), sino también por neutrones (cargas neutras). Chadwick determinó mediante el estudio de reacciones nucleares la masa del neutrón, el cual no posee carga. Además, propuso que el átomo se entendía como un núcleo con protones y neutrones, suponiendo casi toda la masa del átomo, orbitando los electrones el núcleo en sus niveles de energía correspondientes. El hallazgo del neutrón y su modelo atómico revolucionó la visión tradicional de la ciencia, dados los choques de los neutrones con los núcleos atómicos y la expulsión de los protones fuera del átomo.

CARACTERÍSTICAS

MODELO ATÓMICO DE CHADWICK

Se realizaron numerosos experimentos a nivel mundial, motivados por el descubrimiento de Chadwick, para inducir la conversión de algunos neutrones en protones. Asimismo, desde el descubrimiento del neutrón se crearon y se descubrieron nuevos elementos.

• El electrón se caracteriza por su masa m, por su espín s y por ser la partícula portadora de carga negativa elemental (-e).
• Los electrones tienen comportamiento dual
• Los electrones rodean al núcleo atómico positivo, de forma tal que garantizan la neutralidad eléctrica del átomo..

El modelo actual o cuántico se basa en que la materia puede comportarse como ondas y que los electrones se mueven alrededor del átomo en orbitales. En este modelo, los electrones no pueden localizarse con precisión, y los orbitales se definen como nubes de probabilidad. Está basado en la mecánica cuántica. Es el modelo de mayor aceptación debido a la precisión de sus predicciones y su relativa sencillez. Por otro lado, el modelo cuántico ofrece una descripción detallada que permite explicar y predecir una amplia gama de fenómenos físicos y químicos con una precisión sin precedentes. En esencia, este modelo no solo es fundamental para la física y la química modernas, sino que también es crucial para tecnologías avanzadas que van desde la electrónica hasta la medicina.

CARACTERÍSTICAS

MODELO ACTUAL

• En los átomos con varios electrones no se toma en cuenta la interacción entre ellos.
• Cuando se trata de átomos de muchos electrones los orbitales de los electrones más externos se modelan por el potencial del núcleo apantallado por los electrones más internos
• La función de onda determina las regiones permitidas para el electrón.
• El spin no aparece en la ecuación de Schrödinger, pero se incorpora en el modelo atómico mediante el principio de Pauli
• Un mismo estado caracterizado por los números cuánticos n, l, m de la ecuación de Schrödinger puede estar ocupado a lo sumo por 2 electrones con espines contrarios