LA HISTORIA DE LA TEORA ATMICA

La teora atmica, pese a haber sido desarrollada ms a fondo a comienzos de siglo XIX gracias a cientficos como Dalton y Avogadro, fue propuesta por primera vez en la antigua Grecia. Cuando Dalton habl de tomos, fue porque fsicamente tomaron sentido gracias a desarrollo de la ley de las proporciones mltiples, basada en la ley de conservacin de la materia de Lavoisier y en la ley de las proporciones constantes de Proust. Por la contra, cuando Demcrito, Leucipo y Epicuro hablaron del tomo, fue simplemente como una necesidad filosfica fundando el atomismo como sistema filosfico.

I:Atomos indivisiblesPese a que Newton creyera que la idea del tomo fuera originaria del fenicio Mochus de Sid, la primera referencia al tomo como lmite indivisible de la materia la encontramos en Grecia con Leucipo. Pero el que realmente desarroll esta idea fue Demcrito, quien bas gran parte de su obra en la conviccin de que cualquier sustancia poda dividirse hasta un lmite, siendo imposible dividir ms all. De ah el origen de la palabra tomo (?????? sin partes).Demcrito naci en el siglo V a.C en Abdera, y desde que era bien joven muchos le tomaron como un loco por sus ideas poco comunes. Estaba obsesionado con la idea de que dividiendo una gota de agua cada vez en partes ms pequeas se obtendran cada vez gotas ms pequeas. Pero qu pasara si llegase un punto en el que fuera imposible continuar con la divisin?

I:DemcritoTomando el pensamiento de su maestro Leucipo, Demcrito supuso la existencia del tomo como parte indivisible de la materia, y adems sentenci que existan distintos tipos de tomos que al combinarse de formas y con ordenaciones distintas formaban las distintas sustancias existentes. Tambin supuso que cuando la madera arda o el hierro se oxidaba, las partculas que formaban tanto la madera como el hierro se reordenaban para convertirse en cenizas y herrumbre respectivamente.La mayor parte de los filsofos coetneos a Demcrito ridiculizaron su pensamiento calificndolo de absurdo. No era posible que una partcula que ocupase un espacio no se pudiera escindir, y en caso de que no se pudiera dividir, significara que no ocupara ningn espacio y por lo tanto no sera nada Y cmo era posible de que la materia estuviera compuesta por nada?Este hecho provoc que todos los escritos y estudios de Demcrito fueran tomados como parte de su locura, por lo que de las ms de 70 obras que lleg a confeccionar en vida no se conserva ninguna. Aun as, hubo algunos filsofos en los que s que cal su filosofa, por lo que Epicuro, cien aos despus de la muerte de Demcrito, fund en Atenas la escuela atomista. Epicuro fue un maestro de gran renombre y con gran nmero de seguidores, gracias a lo cual las ideas atomistas de Demcrito se mantuvieron, aunque tampoco Epicuro fue capaz de convencer a sus coetneos de la existencia de los tomos.

Aristteles

Qumico y fsico britnicopblica un sistema de filosofa qumica, en dos partes uno en 1808 yel segundo en1810.Para entonces ya haba recabado informacin sobre una nueva teoraatmica de la materia. En 1803 formul la ley que lleva su nombre y que resume las leyes cuantitativas de la qumica (ley de la conservacin de la masa, realizada por Lavoisier; ley de las proporciones definidas, realizada por Louis Proust; ley de las proporciones mltiples, realizada por l mismo).Cinco puntos importantes de su obra son:a)La materia consta de tomos indivisibles.Esto es la materiano puedeir a un punto mas all de la divisin de la materia.b)Los tomos son invariables.Los tomos de diferente materia nunca pueden transformarse en otros, es decir, lostomos de diferentes elementos qumicos son distintos, en particular sus masas son diferentes..c)Los compuestos estn formados por molculasLos compuestos qumicos estn formados por la combinacin de tomos de dos o ms elementos en tomos compuestos, o molculas.d)Todos los tomos o molculas de una sustancio pura son idnticos.Las ltimas partculas de todos los cuerpos homogneos son perfectamente semejantes en peso, figura, etc. En otras palabras, todas las partculas de hidrgeno son iguales entre si.Los compuestos se forman cuando tomos de diferentes elementos se combinan entre s, en una relacin de nmeros enteros sencilla, formando entidades definidas (hoy llamadas molculas).e)En las reacciones qumicas, los tomos ni se crean ni se destruyen, solamente cambia su distribucin.Tambin fue entendido como tomosque retienen su identidad en los cambios qumicosDalton conceba a los tomos como esferas macizas, los cuales se representaba mediante smbolos:OxgenoHidrgenoAzufreCobrelCarbonoRepresentacin de un cambio qumico, segn Dalton: +Dalton se equivoc al suponer que mediante un tomo de hidrgeno y uno de oxigeno se formaba una molcula de agua.Para Dalton los tomos eran esferas macizas.representacin de distintos tomos segn Dalton:Por otra parte, Dalton determin un sistema mediante el cual, a travs deuna serie de esquemas, se formaban algunoscompuestos, como se puede ver en la siguiente figura:

Dalton no solo formulo algunas teoras sobre el tomo sino que adems se intereso por algunas tareas como la meteorologa, se admiraba de cmo la atmsfera terrestre, siendo una mezcla de gases de densidades muy diferentes (principalmente nitrgeno, oxgeno y vapor de agua), presentaba, sin embargo, una homogeneidad tan grande. Contribuyendo de manera interesante con un modelo de los gases

Hacia la CienciaQumicaElirlands RobertBoyle(1627-1691) es considerado el primer qumico que rompi con la tradicin alquimista, favorecido por el progreso desarrollado en los campos de lamatemtica y de la fsica.El formul el moderno concepto de elemento qumico, que defini como aquelloscuerpos primitivos y simplesque no estn formados por otros cuerpos, ni unos de otros, y que son los ingredientes de que se componen inmediatamente y en que se resuelven en ltimo termino todos los cuerpos perfectamente mixtos.Todava en elsiglo XVIIlos qumicos buscaban un principio comn a todos los cuerpos, al que denominaron flogisto, sustancia desprendida de toda combustin, segn la frmula siguiente:Qumicos destacados de aquella pocay del siglo xvm fueron Ren Antoine Reaumur (1683-1757), cientfico francs que investig la fusin del hierro; M. W. Lomonossoff (1711-1765), qumico ruso que estudi las combustiones; Karl Wilhelm Scheele (1742- 1786), qumico sueco descubridor del oxgeno y del cloro; Joseph Priestley (1733-1804), investigador britnico queestudi los gases, y Henry Cavendish (1731-1810), qumico britnico que estudi la accin de los cidos sobre los metales y descubri el hidrgeno, consiguiendo la sntesis delaguaen 1781.Boyle ayud a disipar otra teora popular hecha por Paracelsus que indicaba que los elementos principales eran solamente la sal, el mercurio y el azufre, las bases de la alquimia. La alquimia prometa la habilidad de convertir metales en oro y la capacidad de crear un lquido para detener el envejecimiento. Boyle propuso el concepto de un elemento, o base, que no poda ser separado en componentes de materia ms pequeos. Boyle escribi "The Skeptical Chymist" (El qumico escptico), un artculo cientfico de apoyo para la teora del elemento, y este trabajo le vali el apodo de hoy en da de "padre de la qumica moderna". El artculo tambin aport prestigio a su reputacin permitindole ayudar a fundar laReal Sociedad, una comunidad exclusiva para los profesionales ms importantes en medicina, ingeniera y ciencia. La sociedad contina operando y otros miembros modernos elegidos para la sociedad son Albert Einstein y Stephen Hawking.Boyle ayud a disipar otra teora popular hecha por Paracelsus que indicaba que los elementos principales eran solamente la sal, el mercurio y el azufre, las bases de la alquimia. La alquimia prometa la habilidad de convertir metales en oro y la capacidad de crear un lquido para detener el envejecimiento. Boyle propuso el concepto de un elemento, o base, que no poda ser separado en componentes de materia ms pequeos. Boyle escribi "The Skeptical Chymist" (El qumico escptico), un artculo cientfico de apoyo para la teora del elemento, y este trabajo le vali el apodo de hoy en da de "padre de la qumica moderna". El artculo tambin aport prestigio a su reputacin permitindole ayudar a fundar laReal Sociedad, una comunidad exclusiva para los profesionales ms importantes en medicina, ingeniera y ciencia. La sociedad contina operando y otros miembros modernos elegidos para la sociedad son Albert Einstein y Stephen Hawking.avoisier se destac por investigar la composicin del aire y del agua. l fue quien determin queel hidrgenoy el oxgeno estaban presentes en el agua y que el aire era una mezcla de gases, principalmente de hidrgeno y oxgeno. Su aporte al desarrollo epistemolgico de la qumica se traduce en sus publicaciones, que constan de cuerpo terico y de ejemplos claros. Esto permiti una solidez mucho mayor en la constitucin de la qumica y fue un ejemplo imitado por otros investigadores posteriores. En trminos ms concretos, el legado de Lavoisier fue ms que notable. Instaur el uso de la balanza en los experimentos, derrib la teora del flogisto y desarroll un nuevo sistema de nomenclatura qumica en el que el oxgeno era parte fundamental de los cidos, hiptesis que vale la pena mencionar a pesar de que haya sido refutada tiempo ms tarde.

John Dalton

Ley de las proporciones mltiples

La ley de las proporciones mltiples fue enunciada por John Dalton, en el ao 1803, y es una importante ley estequiomtrica. Fue demostrada en la prctica por el qumico francs Gay-Lussac.Esta ley indica que cuando dos elementos A y B, son capaces de combinarse entre s para formar varios compuestos distintos, las distintas masas de B que se unen a una cierta masa de A, estn en relacin de nmeros enteros y sencillos.Esta ley ponderal, fue la ltima en enunciarse. Dalton observ y estudi un fenmeno del que Proust (el qumico que enunci la ley de las proporciones constantes) no se haba percatado, y es que algunos elementos se combinan entre s en distintas proporciones para originar compuestos distintos, debido a lo que hoy seconocecomo los diferentes estados de oxidacin de un elemento, que es lo que le permite combinarse en diferentes proporciones con otro elemento. Lo que Dalton observ es que estas diferentes proporciones guardan una relacin entre s.Por ejemplo, el cobre y el oxgeno pueden combinarse para formar dos xidos de cobre distintos: el CuO y el Cu2O. En el caso del primer compuesto, 3,973 gramos de cobre se combinan con un gramo de oxgeno. En el segundo caso, 7,945 gramos de cobre se unen a cada gramo de oxgeno. Si hacemos la relacin 7,945/3,973, obtenemos un nmero entero sencillo (el 2), tal como predijo Dalton.Tomemos otro ejemplo. El cloro y el oxgeno pueden formar cuatro compuestos distintos, dependiendo del estado de oxidacin en que se encuentre el cloro. Si tomamos 100 gramos de cada uno de estos compuestos, se cumple que:1. Para el primer compuesto, Cl2O, 81,39 gramos de cloro se unen a 18,61 gramos de oxgeno.

LEY DE LOS VOLMENES EN COMBINACIN DE GAY-LUSSACY PRINCIPIO DE AVOGADRO

Ley de los volmenes en combinacin de Gay-Lussac: En el ao de 1808 Joseph Gay-Lussac public los resultados de sus experimentos con gases reaccionantes estableciendo que: cuando se miden a temperatura y presin constante, los volmenes de los gases que se usan o producen en una reaccin qumica pueden expresarse en proporciones de nmeros enteros sencillos.* Gay-Lussac midi los volmenes de los gases a la misma temperatura y presin determin que si mezclo:Un volumen de hidrogeno + un volumen de cloro 2 volmenes de cloruro de hidrogeno.* La proporcin est dada por los coeficientes de los gases en la ecuacin qumica (no conoca frmulas):H2(g) + Cl2(g) 2 HCl(g)* La ley es aplicable solamente para gases, los volmenes de slidos y lquidos no pueden tratarse de esta forma.Principio de Avogadro: Explicacin de los volmenes de combinacin propuesta en 1811 por Amadeo Avogadro. Establece que los volmenes iguales de todos los gases a la misma temperatura y presin contienen el mismo nmero de molculas* Los datos de Gay-Lussac demuestran que reaccionan volmenes iguales de H2(g) y Cl2(g), puest que la reaccin requiere igual nmero de molculas de H2 y Cl2, un volumen dado de cualquier gas debe contener el mismo nmero de molculas.* El volumen total de los gases reaccionantes no tiene que ser igual al volumen de los gases producidos:* Otros ejemplos de Gay-Lussac:2CO(g) + O2(g) 2 CO2(g)La relacin de volumen para esta reaccin es:2 volmenes CO(g) + 1 volumen O2(g) 2 volmenes de CO2(g)* Los nmeros relativos de molculas involucrados en la reaccin estn dados por la ecuacin qumica. Si tomamos 2x molculas de CO, entonces:2x molculas CO(g) + x molculas O2(g) x molculas de CO2(g)Comparando estas dos formulas vemos que un volumen de cualquiera de los gases contiene el mismo nmero de molculas, x.* Un mol de una sustancia contiene molculas 6.022x1023 (nmero de Avogadro), segn este principio un mol de un gas debera ocupar el mismo volumen de un mol de otro gas.* El volumen molar de un gas a TPE es 22.414 litros. El peso molar de un gas, por lo tanto, es la masa en gramos, de 22.4 litros de gas a TPE.

Ley de Proust o de las Proporciones definidas.Cuando se producen reacciones no siempre se consumen el total de los reactivos que en estas reacciones intervienen.Joseph Louis Proust (1754 1826) de nacionalidad Francesa al igual que Lavoisier, trabaja comoqumicoen Espaa por un lapso de veinte aos, tras un trabajo muy preciso y minucioso acotando todo tipo de experiencias, logra demostrar la relacin entre sustancias qumicas por que las sustancias reaccionantes era siempre la misma, un aporte que lego, dejo claro la no dependencia del mtodo de trabajo utilizado en los laboratorios que esta relacin no era dependiente de ello.Proust enunci su ley.Los reactivos que intervienen en una reaccin qumica lo hacen siempre en una proporcin determinada.Cuando se combinan dos o ms elementos para dar un determinado compuesto siempre lo hacen en una relacin de masas constantes Lo que esta diciendo es que siempre va a se de un porcentaje igual cada uno de aquellos elementos, sin importar si solo se combinan 10g o 100 g, esta ley es utilizada al encontrarse reactivos de manera ilimitada en la naturaleza.Pongamos un metal a la intemperie (Cu) como cualquier metal se oxidara con la ayuda de nuestro amigoel oxgenoCu + O = Cu2O (100 %)2 g + 0,5 g = 2.5 g (100%)Como vez Cu tiene una proporcin del 80% y el O completa el 100% aportando el 20% restante.Con este conocimiento podemos saber cuando hay otro compuesto aun si no poseemos todos los datos.Un Resumen de la ley de Proust.De los experimentos de electrolisis, se obtuvieron reacciones volumtricas y de masa en el agua formada porH2O.En 1799 Louis Proust estableci que cuando dos o ms elementos se combinan para formar un compuesto, lo hacen en una relacin de masa definida y constante.H2O MH / MO= K = 1 / 8 Esto indica indica que un gramo de hidrogeno necesita 8 gr de oxigeno para formar agua .(Cuando hacemos un ejercicio si nos da como cociente 1/8 es que esta en la proporcin indicada, de lo contrario no cumple la ley de Proust)Contribucin de Robert Millikan a la Teora Atmica.-

En una serie de experimentos llevados a cabo entre 1908 y 1917, R. A. Millikanlogr calcular la masa del electrn con gran precisin.

En su experimento, roci aceiteen la parte superior de un cilindro utilizando un atomizador.

Pequeas gotas de aceite caan por un orificio que estaba en una placa metlica dentro del cilindro.A travs de un telescopio, Millikan logr calcular la masa de una gota de aceite utilizando su velocidad final.

Luego utiliz una fuente de rayos X para ionizar las molculas de aire en la cabina entre las placas superior e inferior.Electrones de este proceso de ionizacin se adhirieron a las gotas de aceite, las cuales ahora cargaban energa negativa.

stas podan ser suspendidas entre las dos placas ajustando el voltaje entre ellas.

Si el voltaje incrementaba, la velocidad de las gotas de aceite disminua. Si el voltaje era incrementado an ms, algunas gotas empezaran a moverse en direccin a la placa superior.

Si el voltaje era controlado justamente, la gota de aceite quedara entonces suspendida entre ambas placas.

Al suceder esto, el peso de la gota de aceite, es decir masa por gravedad (m g), es equilibrado por la fuerza elctrica aplicada, la cual es igual al campo elctrico aplicado (E), multiplicado por la carga en la gota (q), es decir: (q E).

Conociendo la masa de la gota de aceite, la gravedad y el campo elctrico aplicado, Millikan pudo calcular q, que sera la carga en la gota.

Millikan descubri que las gotas tenan diferentes cargas, pero cada una era un nmero entero, mltiplo de una cara ms pequea igual a -1.60 x 10 -19 coulombs. As concluy que sta era la unidad fundamental de carga, la carga de un electrn.Utilizando la carga de un electrn y la relacin de carga a masa del electrn, determinada por Thompson, Millikan logr calcular la masa de un electrn, que sera 9.10 x 10 -28, la cual es una masa extremadamente pequea.

Wilhelm RoentgenWilhelm Roentgen fue un fsico alemn que vivi entre 1845 y 1923. En 1895, descubri los rayos x accidentalmente, cambiando para siempre el campo de la fsica mdica.Los rayos x son un tipo de radiacin capaz de penetrar materiales que la luz no puede. Estos rayos nos permiten "ver" el interior de los objetos (como por ejemplo, el cuerpo humano), sin necesidad de abrirlos. Actualmente los rayos x se usan para ubicar fracturas o fisuras de los huesos, tumores cancerosos y caries dentales.En 1901, producto de su brillante trabajo experimental, Roentgen recibi el primer premio Nobel.Niels BohrNiels Bohr fue un fsico dans que vivi entre 1885 y 1962. Investig la estructura de los tomos, y modific el antiguo modelo del tomo de Rutherford. Bohr tambin estableci que las propiedades qumicas de un tomo son determinadas slo mediante los electrones con las rbitas mayores.Despus de ayudar a construir la primera bomba nuclear, Bohr pas sus ltimos aos de vida aconsejando usos pacficos de la energa atmica.

NIELS

RUTHERFOODThomson

Erwin Schrdinger l fsico E. Schrdinger estableci el modelo mecano-cuntico del tomo, ya que el modelo de Bhr supona que los electrones se encontraban en rbitas concretas a distancias definidas del ncleo; mientras que, el nuevo modelo establece que los electrones se encuentran alrededor del ncleo ocupando posiciones ms o menos probables, pero su posicin no se puede predecir con exactitud.Con estas dos partculas, se intent construir todos los tomos conocidos, pero no pudo ser as porque faltaban unas de las partculas elementales del ncleo que fue descubierto por J. Chadwick en 1932 y que se llam neutrn. Esta partcula era de carga nula y su masa es ligersimamente superior a la del protn (1,6748210-27kg.). Sin negar el considerable avance que supuso la teora atmica de Bohr, sta solo poda aplicarse a tomos muy sencillos, y aunque dedujo el valor de algunas constantes, que prcticamente coincidan con los valores experimentales sencillos, el modelo no fue capaz de explicar los numerosos saltos electrnicos, responsables de las lneas que aparecen en los espectros de los tomos que poseen ms de un electrn. Al modelo de Bohr se le fueron introduciendo mejoras, pero la idea de un tomo compuesto por orbitas alrededor de un ncleo central puede considerarse demasiado sencilla, no fue posible interpretar satisfactoriamente el espectro de otros tomos con ms de un electrn (tomos polielectrnicos) ni mucho menos la capacidad de los tomos para formar enlaces qumicos.

Basndose en la hiptesis de L.De Brogliey considerando que el movimiento del electrn es anlogo a un sistema de ondas estacionarias, el fsico austriacoErwin Schrdingerpropuso una ecuacin de onda aplicable al tomo de hidrgeno, sus resultados se dan en trminos de la probabilidad de encontrar un electrn en vez de localizarlo fijamente en una rbita como hizo Bohr. Este predijo rbitas planetarias, pero Schrdinger predice regiones en las cuales la probabilidad de encontrar un electrn es mayor.Simuladorde onda de De Broglie Planckestablece que la energa que emite o absorbe un tomo est formada por pequeos paquetes o cuantos de energa. La energa de cada uno de los cuantos que emite o absorbe el tomo viene dada por la expresinLa mecnica cuntica se basa en la teora de Planck, y tom como punto de partida la dualidad onda-corpsculo de Louis De Broglie y el principio de incertidumbre de Heisenberg. En 1924Louis De Broglieextendi el carcter dual de la luz a los electrones, protones, neutrones, tomos y molculas, y en general a todas las partculas materiales. Basndose en consideraciones relativistas y en la teora cuntica pens que si la luz se comportaba como onda y como partcula la materia debera poseer este carcter dual.El modelo atmico actual fue desarrollado durante la dcada de 1920, sobre todo por Schrdinger y Heisenberg. Es un modelo de gran complejidad matemtica.De cualquier modo, el modelo atmico mecano-cuntico encaja muy bien con las observaciones experimentales.En este modelo: No se habla de rbitas, sino de orbitales. Los orbitales atmicos tienen distintas formas geomtricas.El tomo est constituido por un ncleo central con casi toda la masa del tomo, que contiene partculas con carga positiva llamadas protones.En la corteza estn los electrones, con una masa despreciable frente a la del ncleo. Giran en rbitas circulares concntricas en torno al ncleo y su carga negativa equilibra a la positiva.El tamao del ncleo es muy pequeo en comparacin con el tamao de todo el tomo, y entre el ncleo y la corteza hay un espacio vaco.La mayora de los ncleos haba otras partculas, sin carga elctrica denominados neutrones. Nmero atmico: representa el nmero de protones que hay en el ncleo. Se representa con la letra Z. Nmero msico: es la suma del nmero de protones y de neutrones del ncleo. Se representa con la letra A.Un elemento puede tener diversos istopos, es decir, tomos con el mismo nmero de protones y distintos de neutrones, su masa atmica es la medida ponderada de todos los istopos, la cual depende de la abundancia relativa de cada uno de ellos. Principio de incertidumbre de HeisenbergPublicada en el 1927. Uno de los aspectos ms importantes de la mecnica cuntica es que no es posible determinar simultneamente, de un modo preciso, la posicin y la cantidad de movimiento de una partcula. Esta limitacin se conoce con el nombre de principio de incertidumbre o de indeterminacin de Heisenberg.El principio de incertidumbre es una consecuencia de la dualidad onda partcula de la radiacin y de la materia. Todos los objetos, independientemente de su tamao, estn regidos por el principio de incertidumbre, lo que significa que su posicin y movimiento se pueden expresar solamente como probabilidades.Principio de exclusin de Pauli:Noes posible encontrar dos electrones de un mismo tomo que tengan los cuatro nmeros cunticos iguales. El principio de Aufbau:en el proceso de construir la estructura electrnica de cualquier tomo supone que los electrones llenan primero los sub-niveles de menor energa. La regla de Hund: establece que los electrones ocuparn el mayor nmero de orbitales disponibles en un sub-nivel.