Modelos atómicos

Teoría atómica 

En física y química, la teoría atómica es una teoría de la naturaleza de la materia, que afirma que está compuesta por pequeñas partículas llamadas átomos. Se dieron ciertas teorías atómicas para comprender mejor, se comienza con Dalton.

DALTON

A la civilización griega se le debe el concepto filosófico de átomo. Hace más de 2000 años el filósofo griego Demócrito dio a conocer que al dividir la materia se tendría que llegar a una última partícula, la cual ya no se podría dividir; a ésta la llamó átomo, palabra que significa "indivisible".

Esta idea cayó en el olvido al no ser demostrada, y no fue sino hasta los años 1803-1808 cuando el química inglés Jhon Dalton la retomó para explicar las relaciones de masa que guardan entre sí todas las sustancias.

La Teoría atómica de Dalton se basa en las siguientes características:

• Los elementos están formados por partículas pequeñas o indivisibles llamadas átomos.
• Los átomos de un mismo elemento son idénticos en su forma y tienen las mismas propiedades físicas y químicas.
• Los átomos de diferentes elementos tienen masa, propiedades químicas y físicas distintas.
• Los compuestos químicos se forman por la unión de dos o más átomos de elementos distintos.
• Los átomos se combinan para formar compuestos, en relaciones numéricas simples como uno a uno, uno a dos o dos a tres.
• Los átomos de diferentes elementos pueden unirse en diversas proporciones para formar mas de un compuesto.
• Los átomos son indivisibles y conservan sus características durante las reacciones químicas.

A pesar de que la teoría de Dalton era errónea en varios aspectos, significó un avance cualitativo muy importante en el camino de la comprensión de la estructura de la materia.

(Formación de compuestos de acuerdo con la teoría de Dalton.
Los átomos de un mismo elemento son idénticos de otros elementos.
Compuesto formado por lo elementos diferentes en relación de átomos y elemento.)

Modelo postulado

Experimento realizado

THOMSON

En 1897, el físico inglés Joseph Jhon Thomson descubrió que los rayos catódicos pueden ser desviados por un campo magnéticos, y los consideró partículas eléctricamente negativas que existen en toda la materia y los llamó electrones; Thomson destacó la naturaleza eléctrica de la materia. Para 1910, su modelo del átomo era el más aceptado, se trataba de una esfera de carga positiva cuyos electrones se encontraban dispersos como pasas en pastel.

El descubrimiento de los rayos X, la radiactividad y los trabajos realizados por Thomson a finales del siglo XVIII, permitieron que los químicos admitieran que el átomo era divisible.

Algunas características de la Teoría atómica de Thomson fueron:

• Su modelo era estético, pues suponía que los electrones estaban en reposo dentro del átomo y que el conjunto era eléctricamente neutro.
• Para explicar la formación de iones positivos y negativos, y la presencia de los electrones dentro de la estructura atómica, Thomson ideó un átomo parecido a un pastel.
• Una nube contenía las pequeñas partículas negativas (electrones) suspendidos en ella. El número de cargas negativas era el adecuado para neutralizar la carga positiva.

(Modelo de Thomson. Los electrones están distribuidos
de manera uniforme en toda la esfera)

Modelo postulado

Experimento realizado

El experimento de Thomson tiene que ver con un tubo de rayos cátodicos. Thomson construyó un tubo de descargas donde dispuso un campo eléctrico de uno magnético, se igualaron, podría decirse, para que la forma en que se usara los rayos catodicos no se desviaran. El experimento esta compuesto por un tubo de rayos catodicos con un potencial de acelerador que las partículas cargadas vayan de cátodo al ánodo; tiene un campo eléctrico donde se desvía el rayo y se compensa  con el campo magnético. Activa el campo eléctrico para desviar el rayo, se vuelve a usar el campo magnético para llevar la desviación nula que lo mantiene equilibrada para encontrar la relación carga magna. Finalmente se usa algún problema para comprender mejor el experimento.

RUTHERFORD

En 1911 Ernest Rutherford, empleando una sustancia radiactiva, bombardeó una lámina delgada de oro con partículas alfa y observó que la mayos parte de las partículas atravesaban la lámina, otras se desviaban y algunas regresaban, entonces concluyó que el átomo estaba formado por un pequeño núcleo positivo, que la mayor parte de la masa del átomo se ubicaba en el núcleo y que los electrones alrededor del Sol, formando la mayor parte del volumen del átomo.

En 1919, Rutherford determinó que el núcleo de un átomo contenía partículas a las que llamó Protones, y en 1932, junto con su colaborador Chadwick demostró que los núcleos también tienen partículas neutras que se llaman Neutrones.
A los protones y neutrones, por el hecho de encontrarse en el núcleo, reciben el nombre de nucleones. Aunque se debe a Rutherford el descubrimiento del núcleo atómico, su modelo no se aceptó debido a los electrones eléctricamente negativos, deberían perder energía al girar y al final chocar con el núcleo produciendo la destrucción del átomo, y esto en la realidad no ocurre.

Algunas características del modelo son: 

• El resto del átomo debe estar prácticamente vacío, con los electrones formando una corona al rededor.
• La neutralidad del átomo se debe a que la carga positiva total presente en el núcleo, es igualada por el número de electrones de la corona.
• El átomo es estable debido a qué los electrones mantienen un giro al rededor del núcleo, que genera fuerza centrífuga y que es iguala por la fuerza eléctrica.
• La longitud de las órbitas del modelo se debe al contenido energético que tienen los fotones, por eso algunas órbitas son mas largas y otras no.

(También en el centro se pueden encontrar lo que es el protón)

Modelo postulado

Experimento realizado

El instrumento que se utilizó para el experimento de Rutherford fue un elemento llamado Polonio éste emitía partículas con cargas positivas, colocó el polonio en una caja de plomo, tenía una abertura que dejaría el paso a partículas positivas muy pequeñas, se utilizo otro elemento que conduce energía, el aluminio, se utilizo un pieza pequeña, dándole forma de círculo; cuando una partícula de cara positiva lo golpea emite un rayo de luz.

BOHR

Los objetos calientes emiten luz de diferentes colores como el rojo de una resistencia caliente de un horno eléctrico o el blanco brillante del filamento de tungsteno de una lámpara incandescente.

La física clásica no podía dar una explicación completa de la emisión de la luz por los sólidos calientes. En 1900 Max Planck, al explicar dichas radiaciones, hizo una propuesta revolucionaria que marcó el nacimiento de la mecánica cuántica: La energía, como materia, es descontinua. Plnck propuso que la energía estaba cuantizada.

Entre 1913 a 1915, el físico danés Niels Bohr, discípulo de Rutherford, usando la teoría de Planck, la aplicó a un modelo atómico. En 1905, Einstein desarrolló las ideas de Plack y demostró que no sólo la radiación es emitida en porciones discretas o cuantos, supuso que la energía luminosa desprendida por las partículas atómicas es emitida en paquetes o cuantos de energía a los que generalmente se les llama fotonones. 

Ciertas características de la Teoría de Bohr son:

• Adoptó su modelo como un sistema solar, donde tenía un sol (Núcleo) y lo que estaba a su alrededor eran los planetas (Electrones).
• Cualquiera que sea la órbita descrita por un electrón éste no emite energía radiante.
• El electrón posee una energía definida y característica de la órbita en la cual se mueve. Un electrón de la capa K (La más cercana al núcleo) posee la energía mas baja posible. Con el aumento de la distancia del núcleo, el radio del nivel y la energía del electrón en el nivel aumentan. El electrón no puede tener una energía que los coloque entre los niveles permitidos.
•  La energía liberada al pasar el electrón de una órbita a otra más alejada a otra más cercana al núcleo se emite en forma de una onda electromagnética elemental.

(Fue el primer modelos que introdujo la cuantización de la energía
para explicar cómo los electrones pueden tener órbitas estables al rededor
del núcleo y por qué los átomos presentan espectros de emisión)

Modelo postulado

Experimento realizado

Quizá un buen experimento, como lo menciona un poco el vídeo  se podría hacer un modelo que represente el sistema solar, aunque mas bien sería como un modelo, pero de ahí  podríamos usar diversas sustancias o materiales donde el electrón sea atraído al núcleo, además de que cumpla con las características. Tomando en cuenta las aportaciones de Kepler o Newton sobre las órbitas.

Bibliografía

Química inorgánica

Recio del Bosque
Editorial Mc Graw Hill