FUNDAMENTOS DE FÍSICA MODERNAMODELOS ATÓMICOS

UN

LUIS ALFREDO GUTIÉRREZ PAYANENE-G1E12LUIS-

07-06-2015

MODELO ATÓMICO DE DEMÓCRITO

La idea de que el mundo está formado por partículas fundamentales tiene una larga historia. Aproximadamente en el año 400 a.C., los filósofos griegos Demócrito y Leucipo sugirieron que la materia estaba hecha de partículas indivisibles a las que llamaron átomos, una palabra derivada de a- (no) y tomos (cortado o dividido). Esta idea quedó latente hasta 1804, aproximadamente, cuando el científico inglés John Dalton (1766-1844), a quien con frecuencia se le conoce como padre de la química moderna, descubrió que se podían explicar muchos fenómenos químicos, si a los átomos de cada elemento se les consideraban como los bloques de construcción básicos e indivisibles de la materia.

MODELO ATÓMICO DE DALTONEl modelo atómico de Dalton surgido en el contexto de la química, fue el primer modelo atómico con bases científicas, formulado entre 1803 y 1807 por John Dalton.

El modelo permitió aclarar por primera vez por qué las sustancias químicas reaccionaban en proporciones estequiométricas fijas (Ley de las proporciones constantes), y por qué cuando dos sustancias reaccionan para formar dos o más compuestos diferentes, entonces las proporciones de estas relaciones son números enteros (Ley de las proporciones múltiples). Por ejemplo 12 g de carbono (C), pueden reaccionar con 16 g de oxígeno (O2) para formar monóxido de carbono (CO) o pueden reaccionar con 32 g de oxígeno para formar dióxido de carbono(CO2). Además el modelo aclaraba que aún existiendo una gran variedad de sustancias diferentes, estas podían ser explicadas en términos de una cantidad más bien pequeña de constituyentes elementales o elementos. En esencia, el modelo explicaba la mayor parte de la química de fines del siglo XVIII y principios del siglo XIX, reduciendo una serie de hechos complejos a una teoría combinatoria realmente simple.

MODELO ATÓMICO DE DALTON

• La materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas átomos, que son indivisibles y no se pueden destruir.

• Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí, tienen el mismo peso e iguales propiedades. Los átomos de diferentes elementos tienen peso diferente. Comparando el peso de los elementos con los del hidrógeno tomado como la unidad propuso el concepto de peso atómico relativo.

• Los átomos permanecen sin división, aun cuando se combinen en las reacciones químicas.

• Los átomos, al combinarse para formar compuestos guardan relaciones simples.

• Los átomos de elementos diferentes se pueden combinar en proporciones distintas y formar más de un compuesto.

• Los compuestos químicos se forman al unirse átomos de dos o más elementos distintos

MODELO ATÓMICO DE J.J. THOMPSON

• El modelo atómico de Thomson es una teoría sobre la estructura atómica propuesta en 1904 por Joseph John Thomson, quien descubrió el electrón en 1897, mucho antes del descubrimiento del protón y del neutrón. En dicho modelo, el átomo está compuesto por electrones de carga negativa en un átomo positivo, embebidos en éste al igual que las pasas de un budín. A partir de esta comparación, fue que el supuesto se denominó "Modelo del budín de pasas". Postulaba que los electrones se distribuían uniformemente en el interior del átomo suspendidos en una nube de carga positiva. El átomo se consideraba como una esfera con carga positiva con electrones repartidos como pequeños gránulos. La herramienta principal con la que contó Thomson para su modelo atómico fue la electricidad.

MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD

• El modelo atómico de Rutherford es un modelo atómico o teoría sobre la estructura interna del átomo propuesto por el químico y físico británico-neozelandés Ernest Rutherford para explicar los resultados de su "experimento de la lámina de oro", realizado en 1911.

• El modelo de Rutherford fue el primer modelo atómico que consideró al átomo formado por dos partes: la "corteza" (luego denominada periferia), constituida por todos sus electrones, girando a gran velocidad alrededor de un "núcleo" muy pequeño; que concentra toda la carga eléctrica positiva y casi toda la masa del átomo.

• En la figura (a) Se muestra la técnica de Rutherford para observar la dispersión de partículas alfa de una delgada hoja objetivo. La fuente es una sustancia radiactiva que ocurre naturalmente, como el radio. En la figura (b) Se observa el Modelo planetario del átomo de Rutherford.

MODELO ATÓMICO DE BOHR

El modelo atómico de Bohr o de Bohr-Rutherford es un modelo clásico del átomo, pero fue el primer modelo atómico en el que se introduce una cuantización a partir de ciertos postulados. Fue propuesto en 1913 por el físico danés Niels Bohr, para explicar cómo los electrones pueden tener órbitas estables alrededor del núcleo y por qué los átomos presentaban espectros de emisión característicos (dos problemas que eran ignorados en el modelo previo de Rutherford). Además el modelo de Bohr incorporaba ideas tomadas del efecto fotoeléctrico, explicado por Albert Einstein en 1905.

a) Diagrama que representa el modelo de Bohr del átomo de hidrógeno. El electrón girando sólo puede estar en órbitas específicas de radios discretos.

b) Primeras tres órbitas del átomo de hidrógeno circulares que predice el modelo de Bohr

c) Diagrama de los niveles de energía para el átomo de hidrógeno. Los números cuánticos están dados a la izquierda y las energías (en electrón volts) a la derecha. Las flechas verticales representan las cuatro transiciones de energía más bajas para cada una de las series espectrales mostradas. Las flechas de colores para la serie de Balmer indican que estas series se presentan en la luz visible.

a) b) c)

MODELO ATÓMICO DE LOUIS DE BROGLIE

• La hipótesis ondulatoria de De Broglie tiene una relación interesante con el modelo de Bohr. Se puede usar la ecuación para obtener la condición cuántica de Bohr de que la cantidad de movimiento angular debe ser un múltiplo entero de la constante de Planck h. El método es similar a la determinación de las frecuencias de modo normal, de ondas estacionarias. La idea fundamental fue satisfacer las condiciones en la frontera para las ondas. Por ejemplo, para ondas estacionarias en una cuerda fija en ambos extremos, los extremos siempre son nodos, y habrá nodos adicionales a lo largo de la cuerda, para todos los modos, excepto el fundamental. Para que se satisfagan las condiciones en la frontera, la longitud total de la cuerda debe ser igual a un número entero de medias longitudes de onda.

• En la figura se ilustran los diagramas que muestran la idea de ajuste de una onda estacionaria en torno a una órbita circular. Para que la onda se una consigo misma uniformemente, la circunferencia de la órbita debe ser un número entero n de longitudes de onda. Se muestran los ejemplos para n=2, n=3 y n=4.

LÍNEA DE TIEMPO DE LOS MODELOS ATÓMICOS

Demócrito 400 a.C.

Dalton 1804

Thompson 1904

Rutherford 1911

Bohr 1913

De Broglie 1924

LÍNEA DE TIEMPO DE LOS MODELOS ATÓMICOS