Evolución del modelo atómico

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 1^er 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.