EVOLUCIÓN del MODELO ATÓMICO
Conceptos previos importantes
Modelo: Es la representación de una unidad o una estructura basada
en el desarrollo de una investigación científica.
Átomos: Son las partículas más pequeñas que pueden combinarse para
formar moléculas.
Moléculas:
Son las combinaciones de dos o más átomos.
Antes de comenzar a revisar los soportes teóricos de
esta introducción, es conveniente que mires el vídeo del siguiente enlace de los recursos de educ.ar: "Evolución del modelo atómico".
Interpretar la constitución de la materia preocupó
más de 25 siglos y sigue ocupando a los científicos. A partir de conjeturas
teóricas, luego con el avance de los instrumentales y observaciones empíricas
más precisas, el modelo atómico ha ido y seguirá evolucionando en el transcurso
del tiempo.
a) Demócrito (Grecia, siglo V a.C.): Fue el primer científico que sugirió la
existencia de pequeñas partículas y las características físicas de la materia
que formaban diferían por sus cantidades: desde las que supuso suaves,
fluyentes y redondas en el agua hasta punzantes y quemantes las del fuego.
b) Aristóteles (Grecia, siglo IV a.C.): Anunció la Teoría de los cuatro elementos: agua,
aire, tierra y fuego presumiendo que constituían toda la materia del universo.
c) John Dalton (Inglaterra, 1808): Introdujo el
concepto de átomo y postuló la
teoría atómica:
● La
materia está formada por átomos: pequeñas
esferas rígidas, indivisibles e indestructibles.
● Los átomos del
mismo elemento son iguales entre sí, pero resultan diferentes de los átomos de otros elementos químicos.
● Los átomos de distintos elementos forman átomos
compuestos al combinarse.
Ubicándonos temporalmente, fue entre las invasiones inglesas al Río de la Plata y nuestra declaración de la libertad de España.
d) Antoine Becquerel (Francia, 1896): Descubrió la
radiactividad al observar que, además de fluorescencia, el Uranio emitía otras
radiaciones invisibles, deduciendo que los átomos pueden dividirse y que los
átomos de elementos químicos diferentes están formados de manera semejante.
e) Joseph Thomson (Inglaterra, 1897): Agregó la idea de
que los rayos catódicos son chorros de partículas con masa y cargadas
negativamente a las que denominó electrones.
Supuso que los electrones se encontraban incrustados en el átomo como las pasas
de uva en un budín rígido con carga considerada positiva. Es llamado modelo del budín o pastel.
En 1912 descubrió el protón (núcleo de Hidrógeno). Además
determinó la relación entre carga y masa de
los electrones postulando que son
pura energía con masa despreciable.
f) Ernest Rutherford (Nueva Zelanda, 1903): Postuló
que:
●
Prácticamente toda la masa del átomo está concentrada en la zona central, denominada
núcleo, de carga positiva.
●
Las partículas negativas (electrones) se mueven a su alrededor en órbitas
circulares y en una zona que llamó corteza.
●
Existe un gran espacio vacío entre el núcleo y la corteza, por lo que la mayor
parte del átomo está vacía.
Por la analogía entre
los electrones girando alrededor del núcleo, como los planetas trasladándose alrededor del Sol, se lo conoce como modelo planetario.
Entre 1909 y 1911, Rutherford contradijo el modelo del pastel o del budín con
pasas de Thomson al observar que, bombardeando con un haz de partículas α (alfa) -positivas- una lámina de oro muy fina, la mayoría de ellas la atravesaban sin desviarse, otras
se refractaban y unos pocos rayos se reflejaban rebotando al chocar
frontalmente contra esos centros de carga positiva.
g) Niels Böhr (Dinamarca, 1913): Descubrió la
existencia de órbitas circulares definidas y determinó que los electrones no
pueden moverse a cualquier distancia del núcleo atómico sino en niveles de energía bien definidos, en
un número limitado de órbitas estables como en cáscaras superpuestas a
distancias determinadas por la atracción del núcleo. Propuso que la cantidad de electrones por nivel aumenta desde
el núcleo hacia afuera.
A esta altura
Thomson ya había descubierto la existencia de los protones aunque todavía se
ignoraban otras partículas existentes en el núcleo, por lo que algunos modelos
adjudicados posteriormente a Böhr no parecen precisos al incluirlas. Recién en 1932 se demostró lo
planteado por Rutherford en 1920: la existencia de partículas neutras (sin
carga eléctrica) ubicadas en los núcleos de los átomos.
Como la energía
necesaria, para que polos con cargas opuestas se mantengan relativamente
estables, aumenta a medida que los electrones están más lejos del núcleo,
cuando un electrón se encuentra girando en una órbita estable no intercambia
energía.
Solamente gana (absorbe) o pierde (emite) energía
cuando “salta” de una órbita a otra para alejarse del núcleo atómico o
acercarse a él. En dicho cambio el electrón emite o absorbe un fotón cuya
energía es la diferencia de energía entre ambos niveles.
h) Erwin Schrödinger (Austria, 1926): Su propuesta es conocida como el modelo
mecánico cuántico del átomo y describe el comportamiento ondulatorio del
electrón. Sus postulados fundamentales
fueron:
● Los electrones se
comportan como ondas estacionarias que se mueven constantemente en el espacio,
es decir, no tienen una posición fija o definida dentro del átomo.
● Este modelo no
predice la ubicación del electrón ni describe la ruta que realiza dentro del
átomo. Sólo establece zonas de movimientos de traslación alrededor del núcleo.
● Los electrones se
desplazan dentro del átomo describiendo orbitales:
zonas en donde la probabilidad de encontrar un electrón es considerablemente
más alta.
● Los orbitales
atómicos tienen niveles y subniveles de
energía que pueden definirse en nubes
de electrones.
●
El
modelo no contempla la estabilidad del núcleo, sólo explica el movimiento de
los electrones dentro del átomo.
i) James Chadwick (Inglaterra, 1932): Logró verificar la presencia de otras
partículas en el núcleo atómico, sin carga eléctrica, a las que
denominó neutrones por su carga neutra. Estableció que tienen
masa y tamaño aproximados a los protones.
Atendiendo
el origen de los investigadores en cada época, en muchos casos pueden
relacionarse con la física y la química de las armas. Por ejemplo, durante la
Segunda Guerra Mundial, Chadwick encabezó la misión británica en el Proyecto
Manhattan, un plan de investigación conjunto entre Estados Unidos, el Reino
Unido y Canadá para desarrollar la primera bomba atómica. Y “los aliados”
consiguieron construirlas y las usaron...
j) Modelo atómico actual:
Basados en todos estos avances y varios conceptos de la Física Cuántica, en el
siglo pasado los científicos acordaron los siguientes postulados:
●
Los electrones no giran en órbitas circulares definidas alrededor del
núcleo, sino en zonas o nubes
llamadas orbitales. Cada orbital puede
albergar hasta dos electrones.
● Los
niveles de energía aumentan la cantidad admisible (aceptable) de electrones -en
orbitales y subniveles- a medida que se alejan del núcleo.
● La energía de los electrones tiene determinado
valor y no otro: el cuanto o quantum de energía, la mínima cantidad de energía que se propaga como radiación
electromagnética.
LA TEORÍA ATÓMICO-MOLECULAR
Hace más de 200 años la teoría
de Dalton resultó trascendente para
iniciar las investigaciones del átomo, pero -menos
mal- las ciencias naturales evolucionan y se recrean constantemente. Aquellos “errores” fueron superados al
enunciarse la Teoría atómico-molecular con
el aporte de diversos científicos. Sus
postulados principales son:
● La
materia es discontinua y está formada por pequeñas partículas: los átomos. El átomo puede considerarse
la parte más pequeña de materia que mantiene la identidad de cada elemento químico que la constituye.
● Los
átomos poseen partículas fundamentales (electrones,
protones y neutrones). Aunque también tienen familias de otras partículas
subatómicas (quarks y leptones,
entre varias más) cuyas características no necesitan conocerse para comprender
sus estructuras y los modos de vincularse con otros átomos.
● Los
átomos se agrupan formando moléculas,
si bien existen sustancias monoatómicas (de un solo átomo).
● La
molécula es la menor porción de una sustancia
que puede existir en forma (relativamente) estable estando aislada y en estado
libre.
DESDE ÁTOMO Y MOLÉCULAS A SUSTANCIAS Y MEZCLAS
SUSTANCIAS PURAS
Son aquellas que incluyen un
solo componente, por lo que no son mezclas. Desde el punto de vista químico
tienen composición fija y presentan propiedades reconocibles y definidas. Las sustancias puras se clasifican en:
● Sustancias puras simples o elementales: Son las
que no pueden descomponerse.
Las moléculas están constituidas por un único
elemento químico -por el mismo tipo de átomos- así sean monoatómicas
como el Helio (He), biatómicas como el oxígeno (O2), triatómicas
como el ozono (O3), etc.
● Sustancias puras compuestas: Son aquellos compuestos químicos que resultan de
combinar dos o más sustancias simples (y/o elementos) que no pueden
separarse por ningún método físico o
mecánico de fraccionamiento, sino solamente mediante reacciones químicas.
Las moléculas están constituidas por más de un elemento químico -por
distintos tipos de átomos- como el agua pura (H2O), el cloruro de sodio o sal de mesa (Cl Na), etc.
MEZCLAS
Tal lo visto en 1er Año al estudiar los sistemas materiales, las mezclas
resultan de la combinación de sustancias puras (simples o compuestas). Las mezclas pueden ser:
● Mezclas homogéneas (Homo: igual. Genos:
género, origen): Son monofásicas
(tienen una sola fase) y presentan propiedades idénticas, uniformes e
invariables en todas sus partes. Por ejemplo: las soluciones.
● Mezclas heterogéneas (Hetero: distinto. Genos: clase): Son polifásicas (tienen más que una
fase) y presentan propiedades diferentes entre sus partes. Por ejemplos: las dispersiones, las suspensiones, las emulsiones y los coloides.
ACTIVIDADES
A modo de revisar los aprendizajes invito a contestar las siguientes proposiciones:
¡Manos a la obra! Es entre y con todos, por y para todos.
