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• Breve reseña de algunos de los modelos atómicos más representativos y los principales avances tecnológicos que permitieron la evolución de estos.

Modelos Atómicos

• 1803: Modelo de Dalton
• 1902-1916: Modelo cúbico
• 1903: Modelo saturnino
• 1904: Modelo pudín de pasas
• 1907: Modelo planetario
• 1911: Modelo de Rutherford
• 1913: Modelo de Böhr
• 1916: Modelo de Sommerfeld
• 1926: Modelo cuántico ondulatorio
• Actual: Modelo mecánico cuántico

Modelo de Dalton

• Dalton trabajó sobre la concepción de la idea de átomos formulada en la Antigua Grecia
• La palabra "átomo" procede del griego "atomos", que significa indivisible.
• La teoría de Dalton sostuvo que los átomos son indivisibles, que los átomos de un mismo elemento son idénticos y que los compuestos son combinaciones de diferentes tipos de átomos.
• Errores de la teoría de Dalton:
  • Los átomos no son indivisibles, existen partículas más pequeñas que conforman el átomo
  • No todos los átomos de un mismo elemento son idénticos, ya que existen isótopos que son átomos de un mismo elemento que tienen diferente masa.
• John Dalton, 1803

Modelo de Thomson

• Thomson descubrió el electrón en 1897, lo que le valió un Premio Nobel
• Se utilizó un tubo de rayos catódicos, precursor de los utilizados en los televisores CRT
• El tubo consta de un tubo de vidrio del que se ha evacuado casi todo el aire
• Si se colocan dos placas metálicas y se conectan a una fuente de alto voltaje, la placa con carga negativa emite un rayo invisible.
• Este rayo catódico se dirige hacia la placa con carga positiva que pasa por una perforación y continúa su trayectoria hasta el otro extremo del tubo
• Los rayos se repelían desde la placa negativa y eran atraídos hacia la positiva, lo que llevó a la conclusión de que los rayos estaban compuestos de partículas con carga negativa
• El modelo de pudín de pasas muestra que el átomo está compuesto de electrones dispersos alrededor de una nube de carga positiva, de forma parecida a las pasas en un pastel.
• J.J. Thomson, 1904

Modelo de Rutherford

• Rutherford descubrió el núcleo mediante un experimento en el que disparó partículas alfa, cargadas positivamente, hacia una lámina extremadamente delgada de oro
• Las partículas lograron atravesar la lámina con muy poca desviación, pero otras se desviaron en ángulos grandes y algunas regresaron en una dirección casi inversa hacia la fuente de emisión
• Esto solo puede explicarse si el átomo está compuesto mayoritariamente de espacio vacío con la carga concentrada en el centro. El modelo nuclear muestra que la carga positiva está localizada en el núcleo de un átomo.
• Rutherford y su equipo descubrieron el protón en 1917
• Representación gráfica del experimento de Thomson: tubo de rayos catódicos
• Representación gráfica experimento Rutherford: partículas alfa hacia película gold
• Ernest Rutherford, 1911

Modelo de Böhr

• Bohr modificó el modelo atómico de Rutherford estableciendo que los electrones se mueven alrededor del núcleo en órbitas de energías y tamaños fijos
• La energía de los electrones está cuantizada
• Los electrones no pueden ocupar valores de energía que estén entre los niveles fijos de energía.
• La idea de que la energía debía estar cuantificada o "empaquetada" puede parecer extraña, pero el concepto cuántico tiene muchas analogías
• Por ejemplo, nuestro sistema monetario se basa en un "cuanto" de valor, el centavo de dólar
• Incluso los procesos que suceden en los organismos vivos están cuantificados
• Representación gráfica del modelo Bóhr
• Niels Böhr, 1913

Modelo de Schrödinger

• Schrödinger estableció que los electrones no se mueven en caminos establecidos y fijos alrededor del núcleo, sino describiendo ondas
• Es imposible conocer la ubicación exacta del electrón
• Existen "nubes de probabilidad" llamados orbitales, que son las regiones que tienen mayor probabilidad de encontrar un electrón en su interior
• Este es el modelo atómico más aceptado actualmente
• Schrödinger formuló una ecuación que describe el comportamiento y la energía de las partículas subatómicas en general; esta ecuación es análoga a las leyes del movimiento de Newton
• Representación gráfica Modelo Cuántico
• Erwin Schrödinger, 1926

Partículas Subatómicas

• Rutherford y otros investigadores habían sugerido que debería existir otro tipo de partícula subatómica en el núcleo, hecho que el físico inglés James Chadwick probó en 1932
• Cuando Chadwick bombardeó una delgada lámina de berilio con partículas alfa, el metal emitió una radiación de muy alta energía, similar a los rayos gamma.
• Experimentos posteriores demostraron que esos rayos en realidad constan de un tercer partículas subatómicas, que Chadwick llamó neutrones, debido a que se demostró que eran partículas eléctricamente neutras con una masa ligeramente mayor que la masa de los protones.
• En el núcleo del átomo están confinados los neutrones y protones; y alrededor una zona (nube) de probabilidad de encontrar al electrón donde se encuentran los electrones de un átomo
• En un átomo se muestra la localización de las partículas elementales (protones, neutrones y electrones)
• El electrón, el protón y el neutrón son los tres componentes fundamentales del átomo que son importantes para la química.
• En rojo los protones, en verde los neutrones y en gris la nube que representa los electrones

Valores de carga y masa de estas tres partículas fundamentales

• Electrón:
  • Masa aproximada: Insignificante
  • Carga relativa: -1
• Protón:
  • Masa aproximada: 1 uma
  • Carga relativa: +1
• Neutrón:
  • Masa aproximada: 1 uma
  • Carga relativa: 0

Aspectos fundamentales de la teoría cuántica

• Las energías de los electrones están cuantizadas
  • La cantidad de energía que un electrón puede emitir o absorber son múltiplos de una cantidad establecida.
• Los electrones se ubican en el átomo según niveles de energía cuantificados, donde la energía aumenta a medida que aumenta la distancia del electrón con respecto al núcleo.
• Los electrones se encuentran en nubes de probabilidad llamadas orbitales.
• Los electrones no tienen órbitas fijas y no es posible definir con exactitud la posición de estos, por eso indicamos nubes donde la probabilidad de encontrarlos es mayor.
• Las partículas como los electrones poseen propiedades ondulatorias.