domingo, 4 de septiembre de 2011

EXPLICACION MODELOS ATOMICOS

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MODELOS ATOMICOS ACTUALES


 JHON DALTON (1808)
En el inicio del siglo XIX, algunas preguntas sobre el comportamiento de la materia aún no encontraban sus respuestas, por ejemplo:
  • ¿Por qué hay pocos elementos diferentes y millares de compuestos?
  • ¿Por qué un compuesto se descompone en substancias mas simples (elementos) y los elementos no sufren descomposición produciendo nuevas especies de materias?
  • ¿Por qué en una transformación química, en ambiente cerrado, no ocurre variación de masa?
  • Porque un compuesto presenta siempre la misma composición independientemente de su origen?
Los científicos de aquella época, tenían en las manos datos experimentales observados en nivel macroscópico, esto es, siendo conocido el comportamiento de atmósferas suficientemente grandes, que pudiesen ser vistas, tocadas, manipuladas, pesadas, o sea, observar ciertas propiedades a través de experiencias (punto de fusión, punto de ebullición, densidad, etc.).
Faltaba, con todo, un análisis a nivel microscópico que pudiese describir el comportamiento de una atmósfera de tamaño insignificante de materia, sin poder verla, tocarla y que pudiese justificar, en ese nivel, el comportamiento macroscópico, observado por los científicos en la época.
Para responder esas preguntas y explicarlas, surgió en el año de 1808, una teoría propuesta por John Dalton, denominada “Teoría Atómica de Dalton”, que enunciaba:
  • Cualquier especie de materia es formada de átomos. Los átomos son minúsculas partículas que no pueden ser subdivididas ni transformadas en otros átomos.
  • Todos los átomos de un mismo elemento son iguales en masa, tamaño y en todas sus propiedades, o sea, poseen las misma identidad química. Por ejemplo; el elemento hierro está constituido por átomos de hierro que poseen la misma masa, el mismo tamaño y las mismas propiedades.
  • Átomos de elementos diferentes poseen propiedades químicas y físicas diferentes. Por ejemplo; la identidad química de un átomo de hierro es completamente diferente a la de un átomo de magnesio. Estos tienen masas y tamaños diferentes.
  • Un compuesto es constituido por la combinación de átomos de dos o más elementos que se unen entre si en varias proporciones simples. En esas combinaciones cada átomo guarda su identidad química.
MODELO ATOMICO DE THOMPSON


Los experimentos de Thomson sobre los rayos catódicos en campos magnéticos y eléctricos dieron pie al descubrimiento del electrón he hizo posible medir la relación entre su carga y su masa; el experimento de gota de aceite de Millikan proporcionó la masa del electrón; el descubrimiento de la radioactividad (la emisión espontánea de radiación por átomos) fue una prueba adicional de que el átomo tiene una subestructura.


Una vez considerado el electrón como una partícula fundamental de la materia existente en todos los átomos, los físicos atómicos empezaron a especular sobre cómo estaban incorporadas estas partículas dentro de los átomos.


El modelo comúnmente aceptado era el que a principios del siglo XX propuso Joseph John Thomson, quién pensó que la carga positiva necesaria para contrarrestar la carga negativa de los electrones en un átomo neutro estaba en forma de nube difusa, de manera que el átomo consistía en una esfera de carga eléctrica positiva, en la cual estaban embebidos los electrones en número suficiente para neutralizar la carga positiva.

MODELO ATOMICO DE RUTHERFORD
Para Ernest Rutherford, el átomo era un sistema planetario de electrones girando alrededor de un núcleo atómico pesado y con carga eléctrica positiva.
El módelo atómico de Rutherford puede resumirse de la siguiente manera:
El átomo posee un núcleo central pequeño, con carga eléctrica positiva, que contiene casi toda la masa del átomo.
Los electrones giran a grandes distancias alrededor del núcleo en órbitas circulares.
La suma de las cargas eléctricas negativas de los electrones debe ser igual a la carga positiva del núcleo, ya que el átomo es eléctricamente neutro.
Rutherford no solo dio una idea de cómo estaba organizado un átomo, sino que también calculó cuidadosamente su tamaño (un diámetro del orden de 10-10 m) y el de su núcleo (un diámetro del orden de 10-14m). El hecho de que el núcleo tenga un diámetro unas diez mil veces menor que el átomo supone una gran cantidad de espacio vacío en la organización atómica de la materia.
Para analizar cual era la estructura del átomo, Rutherford diseñó un experimento:
El experimento consistía en bombardear una fina lámina de oro con partículas alfa (núcleos de helio). De ser correcto el modelo atómico de Thomson, el haz de partículas debería atravesar la lámina sin sufrir desviaciones significativas a su trayectoria. Rutherford observó que un alto porcentaje de partículas atravesaban la lámina sin sufrir una desviación apreciable, pero un cierto número de ellas era desviado significativamente, a veces bajo ángulos de difusión mayores de 90 grados. Tales desviaciones no podrían ocurrir si el modelo de Thomson fuese correcto.  
MODELO ATOMICO DE BOHR



Niels Bohr se basó en el átomo de hidrógeno para realizar 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 sea la órbita más cercana al núcleo posible. 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.
Bohr supuso además que el momento angular de cada electrón estaba cuantizado y sólo podía variar en fracciones enteras de la constante de Planck. De acuerdo al número cuántico principal calculó las distancias a las cuales se hallaba del núcleo cada una de las órbitas permitidas en el átomo de hidrógeno.
Estos niveles en un principio estaban clasificados por letras que empezaban en la "K" y terminaban en la "Q". Posteriormente los niveles electrónicos se ordenaron por números. Cada órbita tiene electrones con distintos niveles de energía obtenida que después se tiene que liberar y por esa razón el electrón va saltando de una órbita a otra hasta llegar a una que tenga el espacio y nivel adecuado, dependiendo de la energía que posea, para liberarse sin problema y de nuevo volver a su órbita de origen.
El modelo atómico de Bohr constituyó una de las bases fundamentales de la mecánica cuántica. Explicaba la estabilidad de la materia y las características principales del espectro de emisión del hidrógeno. Sin embargo no explicaba el espectro de estructura fina que podría ser explicado algunos años más tarde gracias al modelo atómico de Sommerfeld. Históricamente el desarrollo del modelo atómico de Bohr junto con la dualidad onda-corpúsculo permitiría a Erwin Schrödinger descubrir la ecuación fundamental de la mecánica cuántica.

MODELO ATOMICO DE SCHRODINGER

El modelo atómico de Schrödinger 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 el electrón se contemplaba originalmente como una onda estacionaria de materia cuya amplitud decaía rápidamente al sobrepasar el radio atómico.
Los átomos hidrogenoides son átomos formados por un núcleo y un solo electrón. Se llaman así porque son isoelectrónicos con el átomo de hidrógeno y, por tanto, tendrán un comportamiento químico similar. 
CARACTERISTICA
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
ADECUACION EMPÍRICA 
El modelo atómico de Schrödinger predice adecuadamente las líneas de emisión espectrales, tanto de átomos neutros como de átomos ionizados. El modelo también predice adecuadamente la modificación de los niveles energéticos cuando existe un campo magnético o eléctrico (efecto Zeeman y efecto Stark respectivamente). Además, con ciertas modificaciones semiheurísticas el modelo explica el enlace químico y la estabilidad de las moléculas. Cuando se necesita una alta precisión en los niveles energéticos puede emplearse un modelo similar al de Schrödinger, pero donde el electrón es descrito mediante la ecuación relativista de Dirac en lugar de mediante la ecuación de Schrödinger. El átomo reside en su propio eje.



MODELOS ATOMICOS ANTIGUOS


La concepción del átomo a cambiado a través del tiempo, lo anterior, de acuerdo a las herramientas e instrumentos con los que cuentan los científicos.. Los siguientes son los principales modelos propuestos a lo largo de la historia.
Modelo GriegoLa mayoría de los filósofos griegos de la antigüedad, incluso Aristóteles (384-322 a.C.) creían que la materia era continua y podía dividirse interminablemente en porciones más pequeñas. Por ejemplo, pensaban que las gotas de agua podían dividirse indefinidamente en gotitas cada vez más pequeñas. Un griego de nombre Leucipo, basado solamente en su intuición, concluyó que tendría que haber unas últimas partículas que ya no pudiesen subdividirse más. Su discípulo Demócrito (alrededor de 470-380 a.C.) dio nombre a estas últimas partículas, las llamó átomos (del griego a, "no", y tomos, "cortar"), que significa "indivisible". Es desde este momento que se origina la palabra átomo. Para Leucipo y Demócrito el átomo era indivisible e invisible.

La filosofía atomista de Leucipo y Demócrito podía resumirse en:

1.- Los átomos son eternos, indivisibles, homogéneos e invisibles.

2.- Los átomos se diferencian en su forma y tamaño.

3.- Las propiedades de la materia varían según el agrupamiento de los átomos.