lunes, 26 de julio de 2010

MODELOS ATOMICOS

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 Griego
La 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.

Modelo de Dalton
John Dalton, propuso un modelo muy completo para explicar los datos experimentales que se acumulaban en relación con la naturaleza de la materia hasta entonces. Dalton asentó en 1803 los detalles de su teoría, que ofrecía una explicación lógica de las leyes químicas como la ley de proporciones definidas o fenómenos como la combustión.
Las ideas principales de la teoría atómica de Dalton son las siguientes:
1. Todos los elementos se componen de diminutas partículas indivisibles llamadas átomos. No se crean ni se destruyen átomos durante las reacciones químicas.
2. Todos los átomos de un elemento dado son iguales, pero los átomos de un elemento difieren de los átomos de todos los demás elementos.
3. Se forman compuestos cuando átomos de elementos diferentes se combinan en proporciones fijas y pequeñas de números enteros.

4. Cuando dos elementos se combinan para formar más de un compuesto, cada compuesto tiene una proporción de átomos diferente, pero definida, de números enteros.
5. Cuando se lleva a cabo una reacción química, los átomos de las sustancias iniciales reaccionan unos con otros para formar sustancias nuevas y diferentes, con combinaciones de átomos distintas, pero no se crean ni se destruyen átomos.
La teoría atómica de Dalton era un modelo que efectivamente ayudaba a explicar cómo ajustaban entre sí los datos disponibles en ese momento. Para Dalton el átomo era esférico e indivisible.

Modelo de Thomson.
El modelo atómico de Thomson, también conocido como el budín de pasas, es una teoría sobre la estructura atómica propuesta en 1904 por Joseph John Thomson, descubridor del electrón, en 1897.
Los postulados de Thomson son:

1. La materia se presenta normalmente neutra; lo que supone que, junto a los electrones (carga negativa), los átomos contienen materia cargada positivamente.
2. Los electrones pueden ser extraídos de los átomos de cualquier sustancia, pero no ocurre igual con la carga positiva.
Thomson propuso entonces una explicación, que se conoce el modelo del "pudín de pasas" del átomo.
Thomson Imaginó un átomo con cargas negativas (electrones) dispersas entre un número igual de cargas positivas (protones).
El modelo de Thomson resultó ser incorrecto, pero ofrecía una explicación de los hechos conocidos hasta entonces.

Modelo de Rutherford
Antes de la propuesta de Rutherford,los físicos aceptaban que las cargas eléctricas en el átomo tenían una distribución más o menos uniforme. En estos momentos otros descubrimientos respecto a los átomos estaban teniendo lugar con rapidez, como lo son el descubrimiento de los rayos x y la radiactividad.

Experimento de Rutherford
Rutherford trató de ver cómo era la dispersión de partículas alfa por parte de los átomos de una lámina de oro muy delgada. Los ángulos deflactados por las partículas supuestamente aportarían información sobre cómo era la distribución de carga en los átomos. En concreto, era de esperar que si las cargas estaban distribuidas acordemente al modelo de Thomson la mayoría de las partículas atravesarían la delgada lámina sufriendo sólo ligerísimas deflaciones en su trayectoria aproximadamente recta. Aunque esto era cierto para la mayoría de partículas alfa, un número importante de estas sufrían deflexiones de cerca de 180º, es decir, prácticamente salían rebotadas en dirección opuesta a la incidente.
El experimento consistió en mandar con un haz de partículas alfa una fina lámina de oro y observar cómo las láminas de diferentes metales afectaban a la trayectoria de dichos rayos.
Las partículas alfa se obtenían de la desintegración de una sustancia radiactiva, el polonio. Para obtener un fino haz se colocó el polonio en una caja de plomo, el plomo detiene todas las partículas, menos las que salen por un pequeño orificio practicado en la caja. Perpendicular a la trayectoria del haz se interponía la lámina de metal. Y, para la detección de trayectoria de las partículas, se empleó una pantalla con sulfuro de zinc que produce pequeños destellos cada vez que una partícula alfa choca con él.
Según el modelo de Thomson, las partículas alfa atravesarían la lámina metálica sin desviarse demasiado de su trayectoria.
Pero se observó que un pequeño porcentaje de partículas se desviaban hacia la fuente de polonio, aproximadamente una de cada 8.000 partícula al utilizar una finísima lámina de oro con unos 200 átomos de espesor. En palabras de Rutherford ese resultado era "tan sorprendente como si le disparases balas de cañón a una hoja de papel y rebotasen hacia ti".




Rutherford concluyó que el hecho de que la mayoría de las partículas atravesaran la hoja metálica, indica que gran parte del átomo está vacío, que la desviación de las partículas alfa indica que el deflector y las partículas poseen carga positiva, pues la desviación siempre es dispersa. Y el rebote de las partículas alfa indica un encuentro directo con una zona fuertemente positiva del átomo y a la vez muy densa.
El modelo atómico de Rutherford mantenía el planteamiento de Thomson, de que los átomos poseen electrones, pero su explicación sostenía que todo átomo estaba formado por un núcleo y una corteza. El núcleo debía tener carga positiva, un radio muy pequeño y en él se concentraba casi toda la masa del átomo. La corteza estaría formada por una nube de electrones que orbitan alrededor del núcleo.
Según Rutherford, las órbitas de los electrones no estaban muy bien definidas y formaban una estructura compleja alrededor del núcleo, dándole un tamaño y forma indefinida. También calculó que el radio del átomo, según los resultados del experimento, era diez mil veces mayor que el núcleo mismo, lo que implicaba un gran espacio vacío en el átomo.
Fue hasta 1911, casi dos años después de los descubrimientos de la radiactividad y los rayos x, que Rutherford dedujo cómo era el átomo.
Para él, el átomo cumplía con las siguientes características:
1. Toda la carga positiva, y prácticamente toda la masa del átomo, está concentrada en un núcleo central, extremadamente pequeño.
2. Los electrones giran alrededor del núcleo en número igual a la carga nuclear.
3. Los átomos en su mayor parte son espacio vacío.

Modelo de Bohr
En 1913, Niels Bohr modifica el modelo de átomo de Rutherford, de tal manera que diera respuestas a los hechos experimentales más recientes.
Bohr hizo la revolucionaria sugerencia de que los electrones de los átomos existen en niveles de energía específicos.
Los electrones se pueden mover de un nivel a otro, al hacerlo, la energía potencial (la energía debida a la posición) cambia en cantidades definidas, o cuantos.
De acuerdo con el modelo atómico de Bohr, los electrones se mueven en órbitas alrededor del núcleo, de manera semejante al movimiento de los planetas en sus órbitas alrededor del Sol.
Los valores energéticos de las órbitas aumentan a medida que se alejan del núcleo, y se representan por la letra n. Se distinguen siete niveles de energía: 1, 2, 3, 4, 5, 6, y 7, las cuales también se representan por las letras K, L, M, N, O, P y Q, respectivamente.
En el modelo de Bohr un electrón puede abandonar el átomo si recibe la suficiente energía. La energía necesaria para que esto ocurra se conoce como energía de ionización.
Cuando un átomo pierde un electrón, la partícula con carga que queda recibe el nombre de ion.
El salto de un electrón de un nivel cuántico a otro implica la emisión o absorción de un único cuanto de luz (fotón) cuya energía corresponde a la diferencia de energía entre ambas órbitas.



Modelo Actual del Átomo
El modelo atómico actual fue desarrollado durante la década de 1920, sobre todo por Schrödinger y Heisenberg.
Es un modelo de gran complejidad matemática, tanta que usándolo sólo se puede resolver con exactitud el átomo de hidrógeno. Para resolver átomos distintos al de hidrógeno se recurre a métodos aproximados.
De cualquier modo, el modelo atómico mecano-cuántico encaja muy bien con las observaciones experimentales.
De este modelo sólo diremos que no se habla de órbitas, sino de orbitales. Un orbital es una región del espacio en la que la probabilidad de encontrar al electrón es máxima.Los orbitales atómicos tienen distintas formas geométricas.