Conceptos de Física molecular

Los modelos atómicos

Algunos filósofos de la antigua Grecia ya admitieron que cualquier cuestión se compone de diminutas partículas indivisibles: átomos (la palabra átomo en griego significa indivisible).

Sin embargo, no fue hasta 1803 que el científico inglés John Dalton, sobre la base de numerosos experimentos, fue capaz de demostrar científicamente la idea del átomo. Luego vino la teoría atómica de la materia clásica. Según esta teoría, cuando consideramos, por ejemplo, una partícula de hierro, hay que imaginarla como formada por un conjunto de un gran número de átomos. Los principales postulados de la teoría atómica de Dalton son los siguientes:

La materia está formada por pequeñas partículas llamadas átomos.

Los átomos son las bolas grandes, indestructible e intransformables.

Los átomos que tienen las mismas propiedades (tamaño, masa y forma) son elementos químicos.

Los átomos de elementos diferentes tienen propiedades diferentes;

Los átomos pueden unirse para formar «átomos compuestos»;

Una reacción química no es más que la unión y la separación de los átomos.

MODELO ATÓMICO DE THOMSON

En 1903, el científico Inglés Joseph J. Thomson, con base en experimentos con gases demostró que la materia estaba compuesta de cargas eléctricas negativas y positivas. Modificó el modelo atómico de Dalton. Según Thomson, el átomo sería una esfera maciza con cargas positivas y negativas distribuidas al azar en la esfera. La cantidad de cargas positivas y negativas son iguales y por lo tanto el átomo era eléctricamente neutro. El modelo propuesto por Thomson llegó a ser conocido como «budín con pasas».

MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD

En 1911, el científico Ernest Rutherford, estudió la relación entre la estructura atómica y la radiación. Descubrió que el átomo no sería una esfera masiva, pero sí que estuviera formada por una región central llamada núcleo atómico, y una región fuera del núcleo llamada Electrosfera.

Para llegar a estas conclusiones Rutherford y sus colegas bombardearoncon partículas de oro una hoja (dos protones y dos neutrones) usando el aparato esbozado anteriormente.

Rutherford observó que la gran mayoría de las partículas generalmente cruzó el plato de oro que tenía alrededor de 10 -5 cm de espesor. Otras partículas sufrieron desviaciones menores. La trayectoria seguida por las partículas podrían ser detectadas debido a Centelleos S que provocó la pantalla de sulfuro de cinc.

Comparando el número de partículas liberadas con el número de partículas que sufrieron violaciones, Rutherford calculó que el radio del átomo debe ser de 10,000 a 100,000 veces mayor que el radio del núcleo, es decir, el átomo estaría formado por los huecos.

Las desviaciones se han sufrido por las partículas debido a la repulsión eléctrica entre el núcleo (positivo) y las partículas, también positivo, que él conducía. El modelo de Rutherford (ilustración) llegó a ser conocido como «modelo planetario».

MODELO ATÓMICO DE BOHR

En 1913, el físico danés Niels Bohr, estudió los espectros de emisión de ciertas sustancias, modificando de esta manera el modelo de Rutherford. A principios del siglo XX fue un hecho conocido que la luz blanca (luz solar, por ejemplo) podría ser descompuesta en varios colores. Esto se logra haciendo que la luz pase a través de un prisma. En el caso de la descomposición de la luz solar se obtiene una amplia gama de longitudes de onda continua. Este consiste de ondas electromagnéticas, y de infrarrojos visibles e invisibles.

Basándose en estas observaciones experimentales, Bohr desarrolló un nuevo modelo atómico, cuya hipótesis son las siguientes:

Los electrones no están en cualquier posición. Giran alrededor del núcleo en órbitas fijas y establecidas. Los electrones para mover una capa no absorben ni emiten energía de los electrones. Los electrones de un átomo tienden a ocupar la capa electrónica más cerca de la base, es decir, aquellos con menos energía. Es un átomo en su estado fundamental cuando los electrones ocupan menos energía.

MODELO ATÓMICO DE SCHRODINGER

En 1926, el físico austriaco Erwin Schrödinger propuso un nuevo modelo atómico basado en la teoría cuántica. Según Schrödinger, los electrones no giran en órbitas definidas alrededor del núcleo, sino que existen en regiones de espacio llamadas orbitales. En su modelo, los electrones son tratados como ondas y su posición se describe en términos de probabilidades, no de certezas. Este modelo atómico es el que se utiliza en la física y la química modernas.

El modelo atómico de Schrödinger se basa en la ecuación de Schrödinger, una ecuación diferencial que describe cómo cambia el estado cuántico de un sistema físico con el tiempo. Esta ecuación es fundamental para la mecánica cuántica, la rama de la física que trata con las partículas subatómicas.

Según el modelo de Schrödinger, los electrones tienen tanto propiedades de partículas como de ondas. Esta idea, conocida como dualidad onda-partícula, es una de las características más extrañas y fascinantes de la teoría cuántica. La posición de un electrón en un átomo no se puede predecir con certeza, pero se puede calcular la probabilidad de encontrar el electrón en diferentes lugares alrededor del núcleo. Estas regiones de alta probabilidad se llaman orbitales atómicos.

El modelo atómico de Schrödinger también introduce el concepto de números cuánticos, que describen las propiedades de los electrones en un átomo. Hay cuatro números cuánticos: el número cuántico principal (n), el número cuántico azimutal (l), el número cuántico magnético (m) y el número cuántico de spin (s). Estos números cuánticos determinan la energía del electrón, la forma de su orbital y su orientación en el espacio, y la dirección de su spin, respectivamente.