Informe de la teoria atomica.docx

Modelos Atómicos

ÍNDICE

Pág. Introducción

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Objetivos

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Historia del átomo

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Definición de átomo

3

Primeros modelos

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Modelo cinético molecular

5

Exponentes

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Conclusiones

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Bibliografía

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Universidad Politécnica de Ingeniería, Química I

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INTRODUCCIÓN

Actualmente el objetivo de la teoría atómica es cooperar a la interpretación de la composición, propiedades, estructura y transformaciones del universo, pero para hacer todo eso, se empezó desde lo más simple y eso son los átomos, que hoy se conocen gracias a esas teorías enunciadas a lo largo de la historia. Estas teorías que tanto significan para la química se estudiaron con precisión y dejaron un legado. OBJETIVOS    

Conocer la historia del átomo. Entender la teoría atómica de Dalton. Conocer los fenómenos eléctricos. Conocer los modelos atómicos de la materia.

HISTORIA DEL MODELO ATÓMICO

Cinco siglos antes de Cristo, los filósofos griegos se preguntaban si la materia podía ser dividida indefinidamente o si llegaría a un punto, que tales partículas, fueran indivisibles. Es así, como Demócrito formula la teoría de que la materia se compone de partículas indivisibles, a las que llamó átomos. En 1803 el químico inglés John Dalton propone una nueva teoría sobre la constitución de la materia. Según Dalton toda la materia se podía dividir en dos grandes grupos: los elementos y los compuestos. Los elementos estarían constituidos por unidades fundamentales, que en honor a Demócrito, Dalton denominó átomos. Los compuestos se constituirían de moléculas, cuya estructura viene dada por la unión de átomos en proporciones definidas y constantes. Hacia finales del siglo XIX, se descubrió que los átomos no son indivisibles, pues se componen de varios tipos de partículas elementales. La primera en ser descubierta fue el electrón en el año1897 por el investigador Sir Joseph Thomson, Posteriormente, Hantaro Nagaoka (1865-1950) durante sus trabajos realizados en Tokio, propone su teoría según la cual los electrones girarían en órbitas alrededor de un cuerpo central cargado positivamente, al igual que los planetas alrededor del Sol. Hoy día sabemos que la carga positiva del átomo se concentra en un denso núcleo muy pequeño, en cuyo alrededor giran los electrones. El núcleo del átomo se descubre gracias a los trabajos realizados en la Universidad de Manchester, El experimento utilizado consistía en dirigir un haz de partículas de cierta energía contra una plancha metálica delgada, de las probabilidades que tal barrera desviara la trayectoria de las partículas, se dedujo la distribución de la carga eléctrica al interior de los átomos. Universidad Politécnica de Ingeniería, Química I

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ATOMO

El átomo es la unidad de materia más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades, y que no es posible dividir mediante procesos químicos. Está compuesto por un núcleo atómico, en el que se concentra casi toda su masa, rodeado de una nube de electrones. El núcleo está formado por protones, con carga positiva, y neutrones, eléctricamente neutros. Los átomos se clasifican de acuerdo al número de protones y neutrones que contenga su núcleo. El número de protones o número atómico determina su elemento químico, y el número de neutrones determina su isótopo. Un átomo con el mismo número de protones que de electrones es eléctricamente neutro. Si por el contrario posee un exceso de protones o de electrones, su carga neta es positiva o negativa, y se denomina ion. El nombre «átomo» proviene del latín atomum, sin partes; también, se deriva de a (no) y tomo (divisible); no divisible. El concepto de átomo como bloque básico e indivisible que compone la materia del universo fue postulado por la escuela atomista en la Antigua Grecia. Sin embargo, su existencia no quedó demostrada hasta el siglo XIX. Con el desarrollo de la física nuclear en el siglo XX se comprobó que el átomo puede subdividirse en partículas más pequeñas.


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LOS PRIMEROS MODELOS

El pensamiento en la India

Los primeros modelos que trataron de explicar cómo estaba compuesta la materia surgieron en los últimos siglos a. C. en la Antigua India. El primer filósofo que formuló ideas sobre el átomo de una manera sistemática fue Kanada. Pakudha Katyayana, que también vivió en el siglo VI a. C., fue otro filósofo que propuso ideas sobre la constitución atómica del mundo material, los atomistas indios creían que el átomo podría ser uno de hasta seis o siete elementos, y que cada uno de ellos poseía hasta 24 propiedades. Desarrollaron detalladas teorías sobre cómo podrían combinarse los átomos, reaccionar, vibrar, moverse, y realizar otras acciones primordiales. Tenían teorías muy elaboradas sobre cómo se combinaban los átomos, pues decían que estos se unían primero por parejas, pero después se agrupaban en tríos de pares, que son las unidades visibles más pequeñas de la materia (electrón, neutrón y protón). También habían concebido la posibilidad de partir un átomo. Con el tiempo, sus ideas fueron desechadas por algunas personas, pero en cambio en otras, fue una inspiración para continuar con la investigación.

El pensamiento en Grecia

En los griegos, uno de los primeros filósofos en dar respuesta a cómo estaba constituida la materia fue Tales de Mileto. Él propuso que la materia básica o elemento que formaba todas las cosas del universo era el agua, ya que de todas las sustancias es la que parece encontrarse en mayor cantidad. El agua rodea la Tierra, impregna la atmósfera en forma de vapor, corre a través de los continentes, y la vida tal como la conocemos sería imposible sin ella. Anaxímenes (585-524 a. C.), otro filósofo griego de la ciudad de Mileto, propuso que el aire era esa sustancia elemental; Heráclito, de la ciudad de Éfeso, pensaba que lo que caracterizaba todo en el universo era el constante cambio y pensó que la sustancia que mejor se adecuaba y describía esto era el fuego. Empédocles (490-439 a. C.), nacido en Sicilia, pensó que la respuesta a esta pregunta no era un solo elemento, sino todos los que ya se habían propuesto: el agua, el aire, el fuego y agregó un cuarto elemento; la tierra. Aseguraba que cada elemento tenía un lugar en el orden del universo; en la parte superior estaba el fuego, después el aire, el agua y por último la tierra.


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La búsqueda por tratar de definir lo que no se percibía de la materia continuó por Aristóteles, cuyas ideas dominaron el mundo europeo occidental durante más de 2000 años. Él pensaba que los elementos a los que se refería Empédocles eran combinaciones de dos pares de propiedades opuestas: frío y calor; humedad y sequedad. Estas propiedades podían combinarse entre sí excepto con sus opuestos, de tal manera que podían formarse cuatro parejas distintas, cada una de las cuales daba origen a un elemento distinto: calor y sequedad originan el fuego; calor y humedad, el aire; frío sequedad, la tierra; y frío y humedad, el agua, Aristóteles también pensaba que los cielos estaban formados por un quinto elemento, al que llamó éter. Consideró que el éter era perfecto, eterno e inmutable, lo que hacía distinto de los cuatro elementos imperfectos de la Tierra. Sin embargo, Aristóteles no consideraba que cada uno de los elementos propuestos fuera igual a las sustancias que les daban nombre y existían en la realidad. Actualmente se sabe que el agua está formada por átomos de hidrógeno y oxígeno; la tierra es una mezcla de diferentes sustancia de casi todos los elementos químicos conocidos; el aire es una mezcla de diferentes gases de diferentes elementos, y el fuego es una de las manifestaciones de la energía que se genera al producirse una reacción química acompañado de la liberación de luz y calor.

EL MODELO CINÉTICO MOLECULAR

La información que se puede obtener de la materia está limitada a la observación y medición de algunas de sus propiedades como son su volumen, masa, temperatura, color, entre otros. Para explicar las propiedades que se observan de la materia se propuso el modelo cinético molecular o modelo cinético corpuscular, que requirió mucha imaginación, ya que establecía que las partículas que forman la materia son tan pequeñas que eran invisibles para el ojo humano. Este modelo cambió con el tiempo y pretendía explicar tanto las propiedades macroscópicas como las microscópicas de la materia. El modelo cinético de la materia surgió a principios del siglo XVIII, cuando el gran matemático suizo Daniel Bernoulli empleó el modelo de una esfera rígida para representar a las partículas que forman la materia; Sin embargo, esta idea así como la existencia de los átomos y las moléculas no fue aceptada durante mucho tiempo. Años más tarde, en 1811, asumiendo que los gases estaban constituidos por partículas, el italiano Amadeo Avogadro propuso lo que actualmente se conoce como la Ley de Avogadro.


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EXPONENTES DE LA TEORÍA ATÓMICA

1. Demócrito :

Demócrito desarrolló la “teoría atómica del universo”, concebida por su mentor, el filosofo Leucipo; Esta teoría, al igual que todas las teorías filosóficas griegas, no apoya sus postulados mediante experimentos, sino que se explica mediante razonamientos lógicos. La teoría atomista de Demócrito y Leucipo se puede esquematizar así:   

Los átomos son eternos, indivisibles, homogéneos, incompresibles e invisibles. Los átomos se diferencian solo en forma y tamaño, pero no por cualidades internas. Las propiedades de la materia varían según el agrupamiento de los átomos.

Defiende que toda la materia no es más que una mezcla de elementos originarios que poseen las características de inmutabilidad y eternidad, concebidos como entidades infinitamente pequeñas y, por tanto, imperceptibles para los sentidos, a las que Demócrito llamó átomos, término griego que significa "que no puede cortarse". Demócrito pensaba y postulaba que los átomos son indivisibles, y se distinguen por forma, tamaño, orden y posición. Se cree que la distinción por peso, fue introducida por Epicuro años más tarde o que Demócrito mencionó esta cualidad sin desarrollarla demasiado. Gracias a la forma que tiene cada átomo es que pueden ensamblarse aunque nunca fusionarse (siempre subsiste una cantidad mínima de vacío entre ellos que permite su diferenciación) y formar cuerpos, que volverán a separarse, quedando libres los átomos de nuevo hasta que se junten con otros.


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2. Mod elo atómico de Dalton :

El modelo atómico de Dalton surgido en el contexto de la química, fue el primer modelo atómico con bases científicas, formulado en1808 por John Dalton. El siguiente modelo fue el modelo atómico de Thomson. El modelo permitió explicar por primera vez por qué las sustancias químicas reaccionaban en proporciones estequiometrias fijas (Ley de las proporciones múltiples), y por qué cuando dos sustancias reaccionan para formar dos o más compuestos diferentes, entonces las proporciones de estas relaciones son números enteros. Por ejemplo 14 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. Además el modelo aclaraba que aun 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 orgánica del siglo XIX, reduciendo una serie de hechos complejos a una teoría combinatoria realmente simple. Postulados de Dalton: 

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

 



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 su propio peso y cualidades propias. Los átomos de los diferentes elementos tienen pesos diferentes. Los átomos permanecen sin división, aún 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.

El átomo de Dalton


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3. Mo delo d el átom o cúbic o

El modelo del átomo cúbico fue un modelo atómico temprano, en el que los electrones del átomo estaban posicionados siguiendo los ocho vértices de un cubo. Esta teoría fue desarrollada en 1902 por Gilbert N. Lewis y publicada en 1916 en el artículo "The Atom and the Molecule" (El Átomo y la Molécula); sirvió para dar cuenta del fenómeno de la valencia. Se basa en la regla de Abegg. Fue desarrollada posteriormente por Irving Langmuir en 1919, como el átomo del octeto cúbico. La figura a continuación muestra las estructuras de los elementos de la segunda fila de la tabla periódica.

Aunque el modelo del átomo cúbico fue abandonado pronto en favor del modelo mecánico cuántico basado en la ecuación de Schrödinger, y es en consecuencia sólo de interés histórico, representó un paso importante hacia el entendimiento del enlace químico. El artículo de 1916 de Lewis también introdujo el concepto del par de electrones en el enlace covalente, la regla del octeto, y la ahora llamada estructura de Lewis.

Enlaces en el modelo del átomo cúbico: Los enlaces covalentes se forman cuando dos átomos comparten una arista, como en la estructura C que está a continuación. Dicha estructura resulta en la compartición de dos electrones. Los enlaces iónicos se forman por la transferencia de un electrón de un cubo al otro, sin compartir una arista (A). Lewis también postuló un estado intermedio, B, donde sólo se comparte una esquina.

Los enlaces dobles se forman por la compartición de una cara entre dos átomos cúbicos. Esto resulta en la compartición de cuatro electrones:


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4. Modelo atómic o de Thom son

El modelo atómico de Thomson, es una teoría sobre la estructura atómica propuesta en 1904 por Joseph John Thomson, quien descubrió elelectrón 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, como un pudín de pasas. Se pensaba que los electrones se distribuían uniformemente alrededor del átomo. En otras ocasiones, en lugar de una nube de carga negativa se postulaba con una nube de carga positiva. Éxitos del modelo: El nuevo modelo atómico usó la amplia evidencia obtenida del estudio de los rayos catódicos a lo largo de la segunda mitad del siglo XIX. Si bien el modelo atómico de Dalton daba debida cuenta de la formación de los procesos químicos, postulando átomos indivisibles, la evidencia adicional suministrada por los rayos catódicos sugería que esos átomos contenían partículas eléctricas de carga negativa. El modelo de Dalton ignoraba la estructura interna, pero el modelo de Thomson aunaba las virtudes del modelo de Dalton y simultáneamente podía explicar los hechos de los rayos catódicos.

Modelo de Thomson.


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5. Modelo atómic o Eugen Goldstein

El físico alemán E. Goldstein realizó algunos experimentos con un tubo de rayos catódicos con el cátodo perforado. Observó unos rayos que atravesaban al cátodo en sentido contrario a los rayos catódicos. Recibieron el nombre de rayos canales. El estudio de estos rayos determinó que estaban formados por partículas de carga positiva y que tenían una masa distinta según cual fuera el gas que estaba encerrado en el tubo. Esto aclaró que las partículas salían del seno del gas y no del electrodo positivo. Al experimentar con hidrógeno se consiguió aislar la partícula elemental positiva o protón, cuya carga es la misma que la del electrón pero positiva y su masa es 1837 veces mayor.

Modelo atómico Eugen Goldstein


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6. Modelo atómic o James Chadwick

Mediante diversos experimentos se comprobó que la masa de protones y electrones no coincidía con la masa total del átomo; por tanto, el físico E. Rutherford supuso que tenía que haber otro tipo de partícula subatómica en el interior de los átomos. Estas partículas se descubrieron en 1932 por el físico J. Chadwick. Al no tener carga eléctrica recibieron el nombre de neutrones. El hecho de no tener carga eléctrica hizo muy difícil su descubrimiento. Los neutrones son partículas sin carga y de masa algo mayor que la masa de un protón.


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7. Modelo atómic o de J.J. 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, 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. El modelo atómico de Rutherford fue sustituido muy pronto por el de Bohr. Bohr intentó explicar fenomenológicamente que sólo algunas órbitas de los electrones son posibles. Lo cual daría cuenta de los espectros de emisión y absorción de los átomos en forma de bandas discretas. El modelo de Bohr "resolvía" formalmente el problema, proveniente de la electrodinámica, postulando que sencillamente los electrones no radiaban, hecho que fue explicado por la mecánica cuántica según la cual la aceleración promedio del electrón deslocalizado es nula.

Modelo de un átomo de Rutherford.


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8. Modelo atómic o de Boh r

Bohr se basó en el átomo de hidrógeno para hacer 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. 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. El electromagnetismo clásico predecía que una partícula cargada moviéndose de forma circular emitiría energía por lo que los electrones deberían colapsar sobre el núcleo en breves instantes de tiempo. Para superar este problema Bohr supuso que los electrones solamente se podían mover en órbitas específicas, cada una de las cuales caracterizada por su nivel energético. Cada órbita puede entonces identificarse mediante un número entero N que toma valores desde 1 en adelante. Este número "n" recibe el nombre de Número Cuántico Principal. Postulados de Bohr: 





Los electrones describen órbitas circulares en torno al núcleo del átomo sin radiar energía. No todas las órbitas para electrón están permitidas. El electrón solo emite o absorbe energía en los saltos de una órbita permitida a otra.

Se puede demostrar que este conjunto de hipótesis corresponde a la hipótesis de que los electrones estables orbitando un átomo están descritos por funciones de onda estacionarias.

Diagrama del modelo atómico de Bohr. Universidad Politécnica de Ingeniería, Química I

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9. Modelo atómic o de Somm erfeld

El Modelo atómico de Sommerfeld es un modelo atómico hecho por el físico alemán Arnold Sommerfeld (1868-1951) que básicamente es una generalización relativista del modelo atómico de Bohr (1913). En 1916, Sommerfeld perfeccionó el modelo atómico de Bohr intentando paliar los dos principales defectos de éste. Para eso introdujo dos modificaciones básicas: Órbitas cuasielípticas para los electrones y velocidades relativistas. En el modelo de Bohr los electrones sólo giraban en órbitas circulares. 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. Sommerfeld con la ayuda de la relatividad de Albert Einstein, hizo las siguientes modificaciones al modelo de Bohr:   

Los electrones se mueven alrededor del núcleo, en órbitas circulares o elípticas. A partir del segundo nivel energético existen dos o más subniveles en el mismo nivel. El electrón es una corriente eléctrica minúscula.

En consecuencia el modelo atómico de Sommerfeld es una generalización del modelo atómico de Bohr desde el punto de vista relativista, aunque no pudo demostrar las formas de emisión de las órbitas elípticas, solo descartó su forma circular.

Órbitas elípticas en el modelo de Sommerfeld.


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10. Mod elo atómic o de Sc hrödin ger

El modelo atómico de Schrödinger (1924) es un modelo cuántico no relativista. Se basa en la solución de la ecuación de Schrödinger para un potencial electrostático con simetría esférica, llamado también átomo hidrogenoide. En este modelo los electrones se contemplaban originalmente como una onda estacionaria de materia cuya amplitud decaía rápidamente al sobrepasar el radio atómico. El modelo atómico de Schrödinger concebía originalmente los electrones como ondas de materia. Así la ecuación se interpretaba como la ecuación ondulatoria que describía la evolución en el tiempo y el espacio de dicha onda material. Más tarde Max Born propuso una interpretación probabilística de la función de onda de los electrones. Esa nueva interpretación es compatible con los electrones concebidos como partículas cuasi puntuales cuya probabilidad de presencia en una determinada región viene dada por la integral del cuadrado de la función de onda en una región. Es decir, en la interpretación posterior del modelo, éste era modelo probabilista que permitía hacer predicciones empíricas, pero en el que la posición y la cantidad de movimiento no pueden conocerse simultáneamente, por el principio de incertidumbre. Así mismo el resultado de ciertas mediciones no está determinadas por el modelo, sino sólo el conjunto de resultados posibles y su distribución de probabilidad.

Modelo atómico de Schrödinger


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CONCLUSIONES 

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El término "Modelo Atómico" se refiere a cualquier representación de la estructura interna de un Átomo que puede derivar a varios modelos. Los fenómenos eléctricos fueron los que dieron lugar a que se pensara en la posibilidad de un átomo divisible. El átomo es la unidad de materia más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades, y que no es posible dividir mediante procesos químicos.

BIBLIOGRAFÍA      

Enciclopedia Británica. Enciclopedia de la filosofía. Diógenes Lacerío, Vidas y Doctrinas de los Filósofos Ilustres Encyclopedia.com: FREE online dictionary Consultado el 2 de abril de 2010 Pamela Gossin, Encyclopedia of Literature and Science, 2002. George 1977. Los orígenes del materialismo. Bogotá: Editorial Pluma, p.p. 115-126.


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