vale rocha : TEORÍAS DE: DALTON, THOMPSON, RUTHERFORD Y BOHR

TEORÍA DE DALTON(1803)

En el siglo V A.C el filósofo griego Demócrito expresó la idea de que toda la materia estaba formada por muchas partículas pequeñas e indivisibles que llamó átomos. A pesar de que la idea de Demócrito no fue aceptada por muchos de sus contemporáneos (entre ellos. Platón y Aristóteles), ésta se mantuvo. Las evidencias experimentales de algunas investigaciones científicas apoyaron el concepto del "atomismo", lo que condujo, de manera gradual, a las definiciones modernas de elementos y compuestos. En 1808, un científico inglés, el profesor John Dalton, formulo una definición precisa de las unidades indivisibles con las que está formada la materia y que llamamos átomos. El concepto de Dalton sobre un átomo es mucho más detallado y específico que el concepto de Demócrito.

Tomó como punto de partida una serie de evidencias experimentales conocidas en su época:

-Los elementos están formados por partículas extremadamente pequeñas llamadas átomos. Todos los átomos de un mismo elemento son idénticos, tienen igual tamaño, masa y propiedades químicas. Los átomos de un elemento son diferentes a los átomos de todos los demás elementos.

-Las sustancias elementales no pueden descomponerse.

-Las sustancias, simples o compuestas, tienen siempre las mismas propiedades características.

-Los elementos no desaparecen al formarse un compuesto, pues se pueden recuperar por descomposición de éste.

-La masa se conserva en las reacciones químicas, que provenía de la Ley de conservación de la masa del químico francés Lavoisier.

-La proporción de los elementos que forman un compuesto es constante, que provenía de la Ley de las proporciones definidas del también químico francés Proust.

-Una reacción química implica sólo la separación, combinación o reordenamiento de los átomos: nunca supone la creación o destrucción de los mismos.

PRIMERA HIPÓTESIS

Establece que los átomos de un elemento son diferentes de los átomos de todos los demás elementos. Dalton no intentó describir la estructura o composición de los átomos. Tampoco tenía idea de cómo era un átomo, pero se dio cuenta de que la diferencia en las propiedades mostradas por elementos como el hidrógeno y el oxígeno, sólo se puede explicar a partir de la idea de que Los átomos de hidrógeno son diferentes de los átomos de oxígeno.

SEGUNDA HIPÓTESIS

Confirma otra importante ley. La ley de las proporciones múltiples. Según esta ley, si dos elementos pueden combinarse para formar más de un compuesto, la masa de uno de los elementos que se combina con una masa fija del otro, mantiene una relación de números enteros pequeños. La teoría de Dalton explica la Ley de las proporciones múltiples de una manera muy sencilla: diferentes compuestos formados por los mismos elementos difieren en el número de átomos de cada clase.

TERCERA HIPÓTESIS

Es una forma de enunciar la ley de la conservación de la masa, la cual establece que la materia no se crea ni se destruye. Debido a que la materia esta formada por átomos, que no cambian en una reacción química, se concluye que la masa también se debe conservar. La brillante idea de Dalton sobre la naturaleza de la materia fue el principal estímulo para el rápido progreso de la química durante el siglo XIX.

MODELO ATÓMICO

El modelo atómico de Dalton, fue el primer modelo atómico con bases científicas, formulado en 1808. Para Dalton los átomos eran esferas macizas.

Modelo Atómico de Dalton

Limitaciones del modelo atómico de Dalton:

En un principio, Dalton dijo que la materia estaba formada por átomos, es decir, por partículas indivisibles e inalterables. Pero al descubrirse la existencia de las partículas subatómicas, se comprobó que el átomo no era indivisible. A pesar de que la teoría de Dalton era errónea, significó un avance muy importante en el camino de la comprensión de la materia. Además, la aceptación del modelo de Dalton no fue inmediata, y durante bastantes años muchos científicos se resistieron a reconocer la existencia del átomo.

TEORÍA DE THOMPSON (1904) Cargas Positivas y Negativas

Realizó una serie de experimentos en tubos de rayos catódicos, que le condujeron al descubrimiento de los electrones. Thomson utilizó el tubo de rayos catódicos en tres diferentes experimentos.

En su tercer experimento (1897), Thomson determinó la relación entre la carga y la masa de los rayos catódicos, al medir cuánto se desvían por un campo magnético y la cantidad de energía que llevan. Encontró que la relación carga/masa era más de un millar de veces superior a la del ion Hidrógeno, lo que sugiere que las partículas son muy livianas o muy cargadas.

Las conclusiones de Thomson fueron audaces: los rayos catódicos estaban hechos de partículas que llamó "corpúsculos", y estos corpúsculos procedían de dentro de los átomos de los electrodos, lo que significa que los átomos son, de hecho, divisibles. Thomson imaginó que el átomo se compone de estos corpúsculos en un mar lleno de carga positiva; a este modelo del átomo, atribuido a Thomson, se le llamó el modelo de pudín de pasas.

MODELO ATOMICO

El modelo atómico de Thomson, es una teoría sobre la estructura atómica propuesta en 1904 por Joseph John Thomson, descubridor del electrón en 1897, mucho antes del descubrimiento del protón y del neutrón. En dicho modelo, el átomo está compuesto por electrones de carga negativa en un átomo positivo, como un budín de pasas. Se pensaba que los electrones se distribuían uniformemente alrededor del átomo. En otras ocasiones, en lugar de una sopa de carga negativa se postulaba con una nube de carga positiva.

Dicho modelo fue rebatido tras el experimento de Rutherford, cuando se descubrió el núcleo del átomo.

Partiendo del modelo de Thompson y la identificación de la partícula con carga negativa llamada electrón, fue posible explicar posteriormente cómo se unen los compuestos que hoy se conocen como enlaces, las reacciones de electrólisis con los iones positivos y negativos, entre otras aportaciones; sin embargo, se seguía considerando al átomo continuo pero divisible.

Modelo Atómico de Thompson

Limitaciones del modelo atómico de Thomson:

Según el modelo de Thomson, los átomos están constituidos por una distribución de carga y masa regular, y éstos están unidos unos con otros formando la sustancia. Es decir, la sustancia debería poseer una estructura interna homogénea y, por tanto, las partículas al atravesarla deberían tener un comportamiento uniforme. Tras los experimentos de Rutherford, y tras el descubrimiento de las partículas subatómicas se vio que lo dicho por Thomson no se cumplía.

Por otro lado, aunque Thomson explicó la formación de iones, dejó sin explicación la existencia de las otras reacciones.

TEORÍA DE RUTHERFORD(1911) El Núcleo

Unos 10 años después del descubrimiento de las partículas alfa, beta y gamma (1911), el inglés Rutherford propuso otro modelo atómico como resultado de sus experimentos

POSTULADOS DEL MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD

-Los átomos poseen el mismo número de protones y electrones, por tanto son entidades neutras.

-El núcleo atómico está formado por partículas de carga positiva y gran masa (protones).

-El núcleo, además, debe estar compuesto por otras partículas con carga neutra para explicar la elevada masa del átomo (superior a lo esperado teniendo en cuenta solo el número de protones).

-Los electrones giran sobre el núcleo compensando la atracción electrostática (que produce la diferencia de cargas respecto al núcleo) con su fuerza centrífuga.

Centró sus investigaciones en las características de las radiactividad, diseñando su famosa experiencia de bombardear láminas delgadas de distintas sustancias, utilizando como proyectiles las partículas alfa (α).

Realizó en 1911 una experiencia que supuso en paso adelante muy importante en el conocimiento del átomo. La experiencia de Rutherford consistió en bombardear con partículas alfa una finísima lámina de oro. Las partículas alfa atravesaban la lámina de oro y eran recogidas sobre una pantalla de sulfuro de cinc. Poseía información sobre el tamaño, masa y carga del núcleo, pero no tenía información alguna acerca de la distribución o posición de los electrones.

Esto condujo a Rutherford a formular una nueva teoría sobre la estructura atómica en la cual colocó el núcleo en el centro del átomo y propuso que:

* La masa del átomo está concentrada en un núcleo pequeño situado en el centro.

* El diámetro del núcleo es, aproximadamente,10 a la menos cuatro veces el átomo.

* Los átomos están formados en su mayor parte por espacio vacío.

La masa y la carga positiva del átomo estaban concentradas en un núcleo y los electrones giraban de manera de satélites, describiendo diferentes trayectorias.

MODELO ATÓMICO

El modelo de Rutherford fue el primer modelo atómico que consideró al átomo formado por dos partes: la "corteza", constituida por todos sus electrones, girando a gran velocidad alrededor de un "núcleo", muy pequeño, que concentra toda la carga eléctrica positiva y casi toda la masa del átomo.

Modelo Atómico de Rutherford

Limitaciones del modelo atómico de Rutherford:

Rutherford propuso que los electrones orbitarían en ese espacio vacío alrededor de un minúsculo núcleo atómico, situado en el centro del átomo. Además se abrían varios problemas nuevos que llevarían al descubrimiento de nuevos hechos y teorías al tratar de explicarlos:

Por un lado se planteó el problema de cómo un conjunto de cargas positivas podían mantenerse unidas en un volumen tan pequeño, hecho que llevó posteriormente a la postulación y descubrimiento de la fuerza nuclear fuerte, que es una de las cuatro interacciones fundamentales.

Por otro lado existía otra dificultad proveniente de la electrodinámica clásica que predice que una partícula cargada y acelerada, como sería el caso de los electrones orbitando alrededor del núcleo, produciría radiación electromagnética, perdiendo energía y finalmente cayendo sobre el núcleo. Las leyes de Newton, junto con las ecuaciones de Maxwell del electromagnetismo aplicadas al átomo de Rutherford llevan a que en un tiempo del orden de s, toda la energía del átomo se habría radiado, con la consiguiente caída de los electrones sobre el núcleo. Se trata, por tanto de un modelo físicamente inestable, desde el punto de vista de la física clásica.

TEORÍA DE BOHR (1913) Niveles de Energía

El modelo atómico de Bohr es un modelo clásico del átomo, pero fue el primer modelo atómico en el que se introduce una cuantización a partir de ciertos postulados. Fue propuesto en 1913 por el físico danés Niels Bohr, para explicar cómo los electrones pueden tener órbitas estables alrededor del núcleo y por qué los átomos presentaban espectros de emisión característicos. Además el modelo de Bohr incorporaba ideas tomadas del efecto fotoeléctrico, explicado por Albert Einstein en1905.

Niels Bohr (1885-1962) físico danés, propuso dar una explicación de por qué los elementos presentaban los espectros de emisión y absorción y por qué eran diferentes unos de otros, para ello retomó los trabajos de Max Planck acerca de los cuantos o fotones y de Gustav Kirckhoff quien estudió el color que emitía la flama del mechero cuando quemaba algunas sustancias.

Bohr supuso que los electrones se encuentran y giran en órbitas definidas y que cada una contiene una cantidad de energía, por esta razón los llamó niveles de energía.

Planteó que en estado basal los electrones se encuentran girando en torno a su nivel de energía, pero que éstos pueden pasar de uno a otro, para ello necesitan absorber energía, si el electrón “salta” a un nivel de energía superior adquieren un estado excitado y se produce un espectro de absorción.

Al regresar a su estado basal emiten energía en forma de luz o fotones y producen un espectro de emisión. El éxito del modelo de Bohr consistió en que pudo predecir con precisión basándose en su modelo el espectro del Hidrógeno.

MODELO ATOMICO

Los experimentos de Planck y Kirckhoff junto con la propuesta del modelo de Rutherford, permitieron a Bohr proponer un nuevo modelo compuesto por 3 postulados cuyos principios aplican al átomo de hidrógeno:

-En el átomo de hidrogeno el electrón gira alrededor del núcleo en una órbita circular que tiene una energía fija y definida

-El electrón del átomo de hidrogeno solo puede girar en orbitas cuantizadas (es decir con cierto contenido energético) cuyo radio cumpla con el momento angular

-Cuando un electrón pasa de una órbita externa a una más interna, la diferencia de energía entre ambas órbitas se emite en forma de radiación electromagnética

Modelo Atómico de Bohr

Limitaciones del modelo atómico de Bohr:

No podía justificar el desdoblamiento de niveles como subniveles en el espectro de emisión del Hidrógeno. Sommerfeld, perfeccionó el modelo de Borh, considerando que las órbitas también podían ser circulares, para lo cual necesitó un segundo número cuántico con lo que explico el efecto Zeeman.

Aunque el modelo Bohr-Sommerfeld era bueno para el hidrógeno y demás átomos con un solo electrón (como el He+), no lo era para el resto de elementos, puesto que no justificaba sus espectros atómicos ni sus propiedades atómicas.

El modelo de Bohr, mezcla de mecánica cuántica y mecánica clásica, dio pie a un modelo mucho más sofisticado: el modelo mecánico cuántico.

Videos de los modelos

En este video mencionan los postulados de Dalton; pero también tomando en cuanta que su teoría no fue perfecta y mencionando algunas de sus deficiencias

Aqui se muestran las 4 fases del experimiento que realizo thomson en los rayos catodicos dandose cuenta de que habia cargas negativas y dedujo la existencia de cargas positivas en los atomos; a las cargas negativas les llamo electrones