MODELOS ATÓMICOS A TRAVES DEL TIEMPO

QUIMICA I – COMISION I

BONELLI, Matías – GIAILEVRA, Franco

MODELOS ATÓMICOS A TRAVES DEL TIEMPO

 Aproximadamente. 400 400 A.C.: DEMÓCTRITO DEMÓCTRITO Y LEUCIPO Ambos presentaron el atomismo, es decir, la materia no era continua y llegaríamos a un punto donde no se puede separar más: el átomo (que significa “indivisible”). Demócrito era cotidiano a Aristóteles y por prestigio se eligió la teoría de Aristóteles, así que Demócrito y con el su teoría desapareció. •

 Aproximadamente 360 360 A.C.: ARISTÓTELES  ARISTÓTELES  Según él la materia estaba constituida por cuatro elementos: fuego, aire, tierra y agua en un círculo sin principio ni fin y relacionados entre sí mediante: •

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Tran Transc scur urre re un larg largoo perí períod odoo en la hist histor oria ia de la Qu Quím ímic ica, a, la Alqu Alquim imia ia,, dond dondee la  preocupación primordial primordial es tratar de convertir convertir los metales conocidos en en oro.

1794: JOHN DALTON: Form Formul ulóó la teor teoría ía del del dalt dalton onis ismo mo basa basada da en cuat cuatro ro  postulados: o Los ele element mentos os está estánn form ormados ados por   partículas básicas: los átomos. átomos. Los átomos de distintos elementos son o distintos en propiedad y masa. o La combinación de distintos elementos  para dar moléculas tienen tienen que ser fijas. o Cuando dos o más clases de átomos se mezc mezcla lann lo hace acen en pro proporc porcio ione ness sencillas. •

1874: GEORGE JOHNSTONE STONEY: Estableció la hipótesis según la cual la electricidad era creada creada por uno unoss corpús corpúscul culos os elemen elemental tales es que llamó llamó electrones, cuya carga intentó calcular. •

1886: SEUGEN GOLSTEIN: Realizó Realizó la misma experienci experienciaa que Thomson Thomson pero con el cátodo perforado y observó que se producen los rayos catódicos pero hacia la parte de atrás del cátodo aparece una radiac radiación ión,, llamad llamados: os: rayos rayos canal canales. es. Esto Esto le hizo hizo  pensar en la existencia de otras partículas con carga  positiva llamadas protones. protones. •

1897: JOSEPH JOHN THOMPSON  Realiza una serie de experimentos y descubre el electrón. En tubos de gases a baja presión en los que se establece una diferencia de potencial superior a 10.000 voltios, se comprobó que aparecían  partículas con carga eléctrica negativa a las que se llamó electrones, y demostró que habían sido arrancados de los átomos (los cuales eran neutros). Tal descubrimiento modificó el modelo •

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atómico de Dalton, que lo consideraba indivisible. Thompson supuso el átomo como una esfera homogénea e indivisible cargada  positivamente en la que se encuentran incrustados los electrones. A este modelo le llamó “modelo de budín de pasas”, 1909: ROBERT ANDREWS MILLIKAN  Tras el experimento de la gota de aceite descubrió la carga del electrón= 1.602 x 10-19 Columbios. •

1911: ERNEST RUTHERFORD Realizó una serie de experimentos. Hizo incidir sobre una lámina finísima de oro un delgado haz de partículas cargadas positivamente de masa mucho mayor que el electrón y dotadas de energía cinética alta. En el choque observó distintos comportamientos: La mayoría atravesaban la lámina sin desviarse o Algunas se desviaban o Muy pocas retrocedían o •

Conclusiones: o o

o

o

Su modelo se basó en un modelo físico y no energético. El átomo estaría formado por una corteza más un núcleo. El núcleo sería positivo, muy pequeño y compacto: 10.000 veces más pequeño que el átomo, y estaría contenida la masa del átomo. La corteza serían los electrones cargados negativamente y girando en órbitas alrededor del núcleo.

Fallos o

o o

 No tiene en cuenta el neutrón: según Rutherford la masa del núcleo tiene que ser  igual a la de los protones pero esto no es así puesto que en el núcleo existen las llamadas partículas subatómicas.  No tiene en cuenta los espectros. El electrón pierde energía y esto hace que pierda velocidad. Esto hace que salte hacia dentro y que pierda energía que se recoge en los anteriores espectros. Esto lo demuestra la estabilidad de la materia: menor energía, mayor estabilidad.

1913: NIELS BOHR Se basó en el átomo de hidrógeno para realizar el modelo que lleva su nombre. Bohr intentaba realizar un modelo atómico capaz de explicar la estabilidad de la materia y los espectros de emisión y absorción discretos que se observan en los gases. Describió el átomo de hidrógeno con un protón en el núcleo, y girando a su alrededor un electrón. El modelo atómico de Bohr   partía conceptualmente del modelo atómico de Rutherford y de las incipientes ideas sobre cuantización que habían surgido unos años antes con las investigaciones de Max Planck y Albert Einstein. Debido a su simplicidad el modelo de Bohr es todavía utilizado frecuentemente como una simplificación de la estructura de la materia. •

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En este modelo los electrones giran en órbitas circulares alrededor del núcleo, ocupando la órbita de menor energía posible, o la órbita más cercana posible al núcleo. Desarrolló su célebre modelo atómico de acuerdo a cuatro postulados fundamentales: Los electrones orbitan el átomo en niveles discretos y cuantizados de energía, es decir, no todas las órbitas están permitidas, tan sólo un número finito de éstas. Los electrones pueden saltar de un nivel electrónico a otro sin pasar por estados intermedios. El salto de un electrón de un nivel cuántico a otro implica la emisión o absorción de un único cuanto de luz (fotón) cuya energía corresponde a la diferencia de energía entre ambas órbitas. Las órbitas permitidas tienen valores discretos o cuantizados del momento angular orbital L de acuerdo con la siguiente ecuación: Donde n = 1,2,3,… es el cuántico principal.

número cuántico angular

o

número

1916: ARNOLD SOMMERFELD Perfeccionó el modelo atómico de Bohr intentando paliar los dos principales defectos de éste. Para eso introdujo dos modificaciones básicas: Órbitas cuasi-elípticas para los electrones y velocidades relativistas. En el modelo de Bohr los electrones sólo giraban en órbitas circulares. La excentricidad de la órbita dio lugar a un nuevo número cuántico: el número cuántico azimutal, que determina la forma de los orbitales, se lo representa con la letra l y toma valores que van desde 0 hasta n-1. Las órbitas con: l = 0 se denominarían posteriormente orbitales s o sharp l = 1 se denominarían 2 p o principal. l = 2 se denominarían d o diffuse. l = 3 se denominarían f o fundamental. Para hacer coincidir las frecuencias calculadas con las experimentales, Sommerfeld postuló que el núcleo del átomo no permanece inmóvil, sino que tanto el núcleo como el electrón se mueven alrededor del centro de masas del sistema, que estará situado muy próximo al núcleo al tener este una masa varios miles de veces superior a la masa del electrón. •

1916: ERWIN RUDOLF JOSEF ALEXANDER SCHRÖDINGER El modelo de Bohr funcionaba muy bien para el átomo de hidrógeno. En los espectros realizados  para otros átomos se observaba que electrones de un mismo nivel energético tenían energías ligeramente diferentes. Esto no tenía explicación en el modelo de Bohr, y sugería que se necesitaba alguna corrección. La propuesta fue que dentro de un mismo nivel energético existían subniveles. La forma concreta en que surgieron de manera natural estos subniveles, fue incorporando órbitas elípticas y correcciones relativistas. Así, en 1916, Arnold Sommerfeld modificó el modelo atómico de Bohr, en el cual los electrones sólo giraban en órbitas circulares, al decir que también podían girar en órbitas elípticas más complejas •

1925 – 1927: ERWIN SCHRÖDINGER- WERNER  KARL HEISENBERG Es el modelo cuántico actual, denominado “modelo mecanocuántico” o “modelo orbital”. En éste, las orbitas de los electrones del modelo de BohrSommerfeld son sustituidas por los orbitales, regiones del espacio donde hay una gran probabilidad de encontrar a un electrón. En el primer subnivel (s) sólo hay un orbital; en el segundo subnivel (p) hay tres orbitales; en el tercer subnivel (d) hay cinco orbitales y en el cuarto subnivel (f) hay siete orbitales. En cada orbital puede haber como máximo dos electrones. •

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1932: JAMES CHADWICK  Interpretó correctamente los resultados de los experimentos realizados en aquella época por los físicos franceses Irène y Frédéric Joliot-Curie y otros científicos. Los Joliot-Curie habían  producido un tipo de radiación anteriormente desconocida mediante la interacción de partículas alfa con núcleos de berilio. Cuando esta radiación se hacía pasar a través de una capa de parafina, las colisiones entre la radiación y los átomos de hidrógeno de la parafina producían protones fácilmente detectables. Chadwick se dio cuenta de que la radiación estaba formada por neutrones. •

1963: QUARKS  Una de las seis partículas que, según se cree, son los constituyentes básicos de las partículas elementales llamadas hadrones, como el protón, el neutrón o el pión. El concepto de quark fue  propuesto independientemente en 1963 por los físicos estadounidenses Murray Gell-Mann y George Zweig (el término quark se tomó de la obra Finnegans Wake del escritor irlandés James Joyce). Al principio se pensó que existían tres tipos de quark: up, down y strange. Se cree, por ejemplo, que el protón está formado por dos quarks up y dos quarks down. Más tarde, los teóricos  postularon la existencia de un cuarto quark; en 1974 se confirmó experimentalmente la existencia de este quark, denominado charm. Posteriormente se planteó la hipótesis de un quinto y sexto quark —denominados respectivamente bottom y top— por razones teóricas de simetría. En 1977 se obtuvieron pruebas experimentales de la existencia del quark bottom, pero el quark top no fue hallado por los investigadores hasta abril de 1994, cuando los físicos del Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), en Estados Unidos, anunciaron que habían encontrado pruebas experimentales de su existencia. Cada tipo de quark tiene su antipartícula correspondiente, y hay tres clases o colores diferentes dentro de cada quark o antiquark. Los quarks pueden ser rojos, azules o verdes, mientras que los antiquarks pueden ser antirrojos, antiazules o antiverdes. Los colores de los quarks y antiquarks no tienen nada que ver con los colores que distingue el ojo humano, sino que representan una  propiedad cuántica. Cuando se combinan para formar hadrones, los quarks y antiquarks sólo  pueden existir en determinadas agrupaciones de colores. El portador hipotético de la fuerza entre quarks se denomina gluón. •