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Modelo Atómico de Bohr
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Universidad Católica de El Salvador
UNICAES
Tema
Avance de Reporte “Modelo Atómico de Bohr”
Asignatura
Química General
Catedrático
Licenciado William Miranda Martínez
Integrantes
Sonia Guadalupe Agreda Grijalva.
Diego Alberto palacios Díaz.
Erick Alexander Martínez,
Jessica Jazmín Ramos Rodríguez
Jessica Maricela Morán Martínez
José David Méndez Jordán
Jacqueline Abigail Figueroa Hernández
David Portillo
Sección
“C”
Fecha de Entrega
13 de Febrero de 2015
Santa Ana, 10 de Febrero de 2015
Modelo Atómico de Bohr
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Introducción
Profundizar en el conocimiento de cómo está constituida la materia ha sido
siempre uno de los grandes objetivos del pensamiento humano. La idea de que
toda la materia que forma el mundo físico está formada por partículas muy
pequeñas, separadas por espacios vacíos data ya de los filósofos griegos,
especialmente de Demócrito, que vivieron en el siglo V a. C.
Los pensadores helenos se plantearon la siguiente pregunta: si tomamos un
trozo de hierro, por ejemplo, y lo cortamos en partes más pequeñas, ¿se podrá
seguir cortando indefinidamente o bien llegará un momento en que
encontremos una partícula de hierro que sea indivisible y no pueda cortarse
más? El filósofo Demócrito opinó que debía existir una última partícula que ya
no podía ser dividida en otras más pequeñas y la denominó átomo (en griego
átomo quiere decir indivisible).
Si se partiera la materia en pedazos cada vez más pequeños llegaríamos
finalmente al átomo, la partícula más pequeña posible de cualquier sustancia.
Los átomos son tan diminutos, que unos seis millones de ellos cabrían en el
punto que concluye esta frase. Alguna vez se pensó que eran las unidades
últimas e inseparables que formaban el universo.
Actualmente se define un átomo como la unidad más pequeña que compone
un elemento químico el cual está constituido por un núcleo y por un número
finito de electrones que lo rodean.
Desde el concepto del átomo desarrollado por primera vez en la antigua Grecia
hasta los últimos descubrimientos desarrollados en los aceleradores de
partículas de última tecnología, el concepto y definición de átomo ha cambiado
de manera extraordinaria.
Los antiguos filósofos griegos Leucipo y Demócrito fueron los primeros en
describir el átomo como la unidad mínima e indivisible de la que está
compuesta toda la materia, esta definición fue toda una revolución en la época
puesto que se afirmaba que todo lo que nos rodea estaba formado por una
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única partícula llamada átomo.
La tabla periódica recoge y clasifica todos los elementos conocidos en base a
su número atómico o lo que es lo mismo la cantidad de protones que contiene
un átomo, por lo que se convierte en la unidad básica de la tabla periódica. Los
átomos se unen entre sí mediante los enlaces químicos con el objeto de crear
elementos más complejos como moléculas, células, tejidos, órganos... así que
en parte los antiguos griegos tienen razón describiendo al átomo como una
unidad por la cual está compuesto toda la materia que nos rodea.
Posteriormente diferentes científicos divulgaron diversas teorías dando lugar a
los diferentes modelos atómicos los cuales tratan de explicar las propiedades y
composición del átomo, ejemplos como los modelos de Dalton, Thomson,
Rutherford y Bohr son utilizados hoy en dia para comprender los elementos y
partículas que forman parte del átomo.
Hoy en día sabemos que los átomos no son indivisibles, de hecho sabemos
que están compuestos por electrones que giran y se mueven alrededor de su
núcleo, a su vez el núcleo está formado por neutrones y protones, los cuales
están formados por partículas más pequeñas llamadas quarks.
Pero estos grandes avances se los debemos a los estudios de muchos
científicos que diseñaron desde un punto científico muy revolucionario para su
época, distintos modelos atómicos, entre los cuales destaca el modelo atómico
de Bohr, del cual hablaremos a lo largo de nuestro trabajo.
Modelo Atómico de Bohr
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Modelo Atómico de Bohr
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¿Qué es un átomo?
Los átomos (fig. 1), son la unidad básica de toda la materia, la estructura que
define a todos los elementos y tiene propiedades químicas bien definidas.
Todos los elementos químicos de la tabla periódica están compuestos por
átomos con exáctamente la misma estructura y a su vez, éstos se componen
de tres tipos de partículas, como los protones, los neutrones y los electrones.
La composición de los átomos:
Núcleo
Es el centro del átomo, es la parte más pequeña del átomo y allí se conservan
todas sus propiedades químicas. Casi que toda la masa del átomo reside en el
núcleo.
Protones
Son uno de los tipos de partículas que se encuentran en el núcleo de un átomo
y tienen carga positiva (masa = 1.673 x 10-24 gramos). Fueron descubiertos
por Ernest Rutherford entre 1911 y 1919. Como hemos visto en nuestro
sección de química, al analizar cada uno de los elementos de la tabla periódica,
el número de protones de cada átomo define qué elemento químico es, ésto se
conoce como “peso atómico”. Los protones están compuestos de partículas
aún más diminutas conocidas como quarks o cuarks.
Electrones
Éstas son las partículas que orbitan alrededor del núcleo de un átomo, tienen
carga negativa y son atraídos eléctricamente a los protones de carga positiva
(masa = 9.10 x 10-28 gramos).
Neutrones
Los neutrones son partículas ubicadas en el núcleo y tienen una carga neutra
(masa = 1.675 x 10-24 gramos). La masa de un neutrón es ligeramente más
grande que la de un protón y al igual que éstos, los neutrones también se
componen de quarks.
Modelo Atómico
Un modelo atómico (fig. 3), por lo tanto, consiste en representar, de manera
gráfica, la materia en su dimensión atómica. El objetivo de estos modelos es
que el estudio de este nivel material resulte más sencillo gracias a abstraer la
lógica del átomo y trasladarla a un esquema.
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Biografía de Bohr
Niels Bohr (fig. 4)
Físico danés, galardonado con el premio Nobel
Nació el 7 de octubre de 1885 en Copenhague. Hijo de un profesor de
fisiología.
Cursó estudios en la universidad de su ciudad natal, doctorándose en 1911. En
ese mismo año viaja para estudiar en la Universidad de Cambridge (Inglaterra)
con la intención de estudiar Física Nuclear con Joseph John Thomson, aunque
pronto se trasladó a la Universidad de Manchester para trabajar con Ernest
Rutherford.
Su teoría de la estructura atómica, que le valió el Premio Nobel de Física en
1922, se publicó en una memoria entre 1913 y 1915. Su trabajo giró sobre el
modelo nuclear del átomo de Rutherford, en el que el átomo se ve como un
núcleo compacto rodeado por un enjambre de electrones más ligeros. Su
modelo establece que un átomo emite radiación electromagnética sólo cuando
un electrón del átomo salta de un nivel cuántico a otro.
En el año 1916, regresa a la Universidad de Copenhague para impartir clases
de física, y en 1920 es nombrado director del Instituto de Física Teórica de esa
universidad. Allí, elaboró una teoría que relaciona los números cuánticos de los
átomos con los grandes sistemas que siguen las leyes clásicas. Hizo muchas
otras importantes contribuciones a la física nuclear teórica, incluyendo el
desarrollo del modelo de la gota líquida del núcleo y trabajo en fisión nuclear.
Demostró que el uranio 235 es el isótopo del uranio que experimenta la fisión
nuclear.
Regresó a Dinamarca, donde fue obligado a permanecer después de la
ocupación alemana del país en 1940. Sin embargo, consiguió escapar a Suecia
con gran peligro. Desde allí, viajó a Inglaterra y por último a los Estados
Unidos, donde se incorporó al equipo que trabajaba en la construcción de la
primera bomba atómica en Los Álamos (Nuevo México), hasta su explosión en
1945. Se opuso a que el proyecto se llevara a cabo en secreto porque temía
las consecuencias de este nuevo invento.
En 1945, vuelve a la Universidad de Copenhague donde inmediatamente
comenzó a desarrollar usos pacifistas para la energía atómica. Organizó la
primera conferencia 'Átomos para la paz' en Ginebra, celebrada en 1955, y dos
años más tarde recibió el primer premio 'Átomos para la paz'.
Niels Bohr falleció el 18 de diciembre de 1962 en Copenhague.
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Obras destacadas:
Teoría de los espectros y constitución atómica (1922)
Luz y vida (1933)
Teoría atómica y descripción de la naturaleza (1934) El mecanismo de la fisión nuclear (1939) Física atómica y conocimiento humano (1958)
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En el inicio del siglo, Rutherford mostró que un átomo está formado de un
núcleo pequeño y denso (Fig. 5), donde residen los protones (cargas positivas) e
igual número de electrones (cargas negativas), habitando la periferia. De allí
viene la costumbre de dibujar un átomo como una pequeña bola cercada de
puntos que orbitan a su alrededor.
A pesar de intuitivo y simpático, todo el mundo ya sabía que ese modelo no era
del todo confiable. Un átomo así no tendría larga vida, pues los electrones
estarían irradiando energía en forma de ondas electromagnéticas, como manda
la teoría clásica.
En un instante, los electrones colapsarían sobre el núcleo y el átomo estaría
aniquilado. Como esto felizmente no sucede (si sucediese no estaríamos aquí
discutiendo sobre átomos), quedó claro que “había algo extraño en el reino de
Dinamarca”. Y es que fue desde allí que vino el salvador de la patria, Niels
Bohr, que inventó un nuevo modelo para el átomo de hidrógeno (Fig. 6), que
podemos llamar como Hidrógeno 1.0.
El hidrógeno (Fig. 7), es el átomo más simple que existe: su núcleo tiene apenas
un protón y solo hay un electrón orbitando en torno de este núcleo. Para
explicar la evidente estabilidad del átomo de hidrógeno y, ya de pasada, la
apariencia de las series de líneas espectrales de ese elemento, Bohr propuso
algunas hipótesis. Las hipótesis significan pedir que la gente aceptase como
verdad algunas afirmativas que no se demuestran pero que si fuesen
verdaderas, explicaban todo el misterio del Hidrógeno.
Lo original de la teoría de Bohr es que afirma:
a) Que los electrones solamente pueden estar en órbitas fijas muy
determinadas, negando todas las demás.
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b) Que en cada una de estas órbitas, los electrones tienen asociada una
determinada energía, que es mayor en las órbitas más externas.
c) Que los electrones no irradian energía al girar en torno al núcleo.
d) Que el átomo emite o absorbe energía solamente cuando un electrón
salta de una órbita a otra.
e) Que estos saltos de órbita se producen de forma espontánea.
f) Que en el salto de una órbita a otra, el electrón no pasa por ninguna
órbita intermedia.
Los postulados del modelo atómico de Bohr o de la teoría atómica de Bohr son
esencialmente tres:
Primer Postulado:
Los electrones giran alrededor del núcleo en órbitas estacionarias sin emitir energía. (Fig.8).
Segundo Postulado:
Los electrones solo pueden girar alrededor del núcleo en aquellas órbitas para las
cuales el momento angular del electrón es un múltiplo entero de h/2p, (Fig. 9).
Siendo "h" la constante de Planck, m la masa del electrón, v su velocidad, r el
radio de la órbita y n un número entero (n=1, 2, 3, ...) llamado número cuántico
principal, que vale 1 para la primera órbita, 2 para la segunda, etc.
Tercer postulado:
Cuando un electrón pasa de una órbita externa a una más interna, la diferencia de
energía entre ambas órbitas se emite en forma de radiación electromagnética.
Mientras el electrón se mueve en cualquiera de esas órbitas no radia energía,
sólo lo hace cuando cambia de órbita. Si pasa de una órbita externa (de mayor
energía) a otra más interna (de menor energía) emite energía, y la absorbe
cuando pasa de una órbita interna a otra más externa. Por tanto, la energía
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absorbida o emitida será:
En resumen podemos decir que los electrones se disponen en diversas órbitas
circulares que determinan diferentes niveles de energía.
Contradicciones de los postulados de Bohr con las leyes de la
física
Los cálculos basados en los postulados de Bohr daban excelentes resultados a
la hora de interpretar el espectro del átomo de hidrógeno, pero hay que tener
en cuenta que contradecían algunas de las leyes más asentadas de la Física:
1) El primer postulado iba en contra de la teoría electromagnética de Maxwell,
ya que según esta teoría cualquier carga eléctrica acelerada debería de
emitir energía en forma de radiación electromagnética.
2) El segundo postulado era aún más sorprendente. En la física clásica era
inaceptable suponer que el electrón no pudiera orbitar a determinadas
distancias del núcleo, o que no pudiera tener determinados valores de
energía. La afirmación era equivalente a suponer que un objeto que
describe circunferencias atado a una cuerda, no puede describir aquellas
cuyo radio no sea un número entero (por ejemplo).
3) El tercer postulado afirmaba que la luz se emitía en forma de pequeños
paquetes o cuantos, lo cual (a pesar de que ya había sido propuesto por
Planck en 1900) no dejaba de sorprender en una época en la que la idea de
que la luz era una onda estaba firmemente arraigada.
4) El átomo de Bohr era, simplemente, un síntoma de que la física clásica, que
tanto éxito había tenido en la explicación del mundo macroscópico, no
servía para describir el mundo de lo muy pequeño, el dominio de los
átomos.
Posteriormente, en la década de 1920, una nueva generación de físicos
(Schrödinger, Heisenberg, Dirac…) elaborarán una nueva física, la Física
Cuántica, destinada a la descripción de los átomos, que supuso una ruptura
con la física existente hasta entonces.
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Características
El modelo atómico de Bohr presenta las siguientes características:
Los electrones no son atraídos por el núcleo, sino que se mueven
alrededor del él describiendo órbitas circulares.
Los electrones adquieren energía, se excitan, por efecto del calor o la
electricidad. Al adquirir mayor energía pasan de una órbita interior a otra
exterior de mayor energía. De esta manera se vuelven inestables.
Entonces, para recuperar su estabilidad regresan a la órbita interior,
perdiendo la energía adquirida.
El nivel energético de los electrones depende de la órbita en que se
encuentren.
El átomo de hidrógeno según el modelo atómico de Bohr
El átomo de hidrógeno tiene un núcleo con un protón.
El átomo de hidrógeno tiene un electrón que está girando en la primera
órbita alrededor del núcleo. Esta órbita es la de menor energía.
Si se le comunica energía a este electrón, saltará desde la primera órbita
a otra de mayor energía. cuando regrese a la primera órbita emitirá
energía en forma de radiación luminosa.
Insuficiencias del modelo de Bohr.
El modelo de Bohr permitió explicar adecuadamente el espectro del
átomo de hidrógeno, pero fallaba al intentar aplicarlo a átomos
polielectrónicos y al intentar justificar el enlace químico.
Además, los postulados de Bohr suponían una mezcla un tanto confusa
de mecánica clásica y mecánica cuántica.
El modelo no consigue explicar cómo los átomos individuales obran
recíprocamente con otros átomos para formar los agregados de la
sustancia que observamos.
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Anexos
Fig. 1, Figura idealizada de un átomo Fig. 2, Orden de los elementos según su número de protones y
electrones
Fig. 3, Esquema de los distintos modelos atómicos planteados durante la historia.
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Fig. 4. Niels Bohr Fig. 5, Modelo atómico planteado por Rutherford
Fig. 6. Átomo de Hidrogeno planteado por
Bohr
Fig. 7. Modelo Cuántico del átomo de
Hidrogeno Fig.8. Representación gráfica del primer postulado
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Conclusión El hombre siempre se ha caracterizado por su eterna curiosidad, curiosidad
que le ha llevado a obtener grandes resultados en el campo del mundo
científico, encontrando fructíferas respuestas a las grandes interrogantes que
giran en torno a la composición de nosotros mismos y el mundo que los rodea.
La evolución de los modelos físicos del átomo se vio impulsada por los datos
experimentales, que para la época de inicio de su estudio marco una gran
revolución entre la sociedad. El modelo de Rutherford, en el que los electrones
se mueven alrededor de un núcleo positivo muy denso, explicaba los
resultados de experimentos de dispersión, pero no el motivo de que los átomos
sólo emitan luz de determinadas longitudes de onda (emisión discreta).
Bohr partió del modelo de Rutherford pero postuló además que los electrones
sólo pueden moverse en determinadas órbitas; su modelo explicaba ciertas
características de la emisión discreta del átomo de hidrógeno, pero fallaba en
otros elementos.
Para mayor entendimiento del lector, a continuación se adjunta una lista de las
conclusiones que llegaron los científicos que plantearon los modelos atómicos
más trascendentales de la historia:
Joseph Thompson
1) El átomo se forma de una esfera de carga positiva donde se encontraba
la mayor parte del átomo.
2) En dicha esfera se encuentran distribuidas e incrustados las cargas
negativas de los electrones. Como las pasas en pudin. Su modelo se
llamo el Modelo del Pudin de Pasas
Ernest Rutherford
1) El átomo tiene un núcleo en el que está concentrada la masa y la carga
positiva.
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2) El radio del núcleo es 1 ,00x 10 a la -14m
3) El radio del átomo es 1,00 x10 a la -10m
4) Los electrones en número igual a las cargas positivas en el núcleo,
están distribuidas en un espacio muy amplio fuera del núcleo.
5) El volumen ocupado por un átomo es esencialmente espacio vació.
Niels Bohr
Basa sus estudios en el átomo de hidrógeno. Obtuvo las siguientes
conclusiones:
1) El electrón del átomo de hidrógeno presenta únicamente ciertos estados
estacionarios (órbitas fijas en que se mueve el electrón). de movimiento
definido. que le son permitidos. 2- Cada uno de estos estados tiene una
energía fija y definida.
2) Cuando el electrón se encuentra en uno de esos estados estacionarios
no irradia, pero al cambiar de un estado de alta energía a otro de menor
energía (HV) es igual a la diferencia de energía entre los dos estados.
E1-2 = E2 - E1 = hv
3) En cualquiera de los estados estacionarios en electrón se mueve
siguiendo una órbita circular alrededor del núcleo.
4) Los estados de movimiento electrónico permitidos son aquellos en los
cuales el momento angular del electrón (MVR) es un múltiplos entero de
h / 2 pi . Únicamente son posible aquellas órbitas en las que la cantidad
MVR, referida al electrón, posee valores de h / 2 pi, 2h / 2 pi, 3h / 2 pi , 4
h / 2 pi etc.
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Bibliografía
Qué es un átomo, Ojo curiosos. http://curiosidades.batanga.com/4442/que-es-
un-atomo
Modelos Atómicos, Concurso Ciencia.
http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso
/materiales/atomo/modelos.htm
Modelos Atómicos, Física.
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/movimiento/bohr/bohr.htm
Átomo de Hidrogeno de Bohr, Química.
http://quimica.laguia2000.com/ecuaciones-quimicas/el-espectro-del-hidrogeno-
el-atomo-de-bohr-hidrogeno-1-0
Biografía de Bohr, Busca Biografías.
http://www.buscabiografias.com/biografia/verDetalle/2081/Niels%20Bohr
