2. Muchas veces la ciencia -para facilitar su trabajo-
hace uso de modelos.
Un modelo es una representación creada con el
fin de poder explicar sistemas complejos, escasa
o nulamente perceptibles.
Un modelo físico puede referirse a
una construcción teórica (modelo matemático de
un sistema físico) o a un montaje con objetos reales
que trata de reproducir el comportamiento de
algunos aspectos de un sistema físico o mecánico
más complejo (modelo material o modelo físico
en miniatura/idealizado).
3. El concepto de átomo existe desde la Antigua
Grecia propuesto por los filósofos
griegos Demócrito, Leucipo y Epicuro.
El concepto nació como una necesidad filosófica
más que científica, con el fin de explicar la
realidad, y fundamentar la propuesta de estos
pensadores que consistía en que, la materia no podía
dividirse indefinidamente, por lo que debía existir una
unidad o bloque indivisible e indestructible que al
combinarse de diferentes formas creara todos los
cuerpos macroscópicos que nos rodean.
4. Existen nueve modelos atómicos a través de la historia.
Aunque entre ellos aparecen algunas modificaciones o
“modelos alternativos” que no se incluyen en este trabajo
porque no fueron decisivos a la hora de contribuir con el
desarrollo científico del átomo.
Modelo de Thomson.
Modelo de Rutherford.
Modelo de Bohr.
Modelo de Schrödinger o mecánico cuántico.
5. A partir de esta composición del átomo en dos partes: Thomson propuso un
modelo en el cual los electrones -de carga negativa- estaban inmersos en una
masa de carga, como una especie de pastel de pasas. Posteriormente Jean Perrin
propuso modificaciones a este modelo, donde las "pasas" (electrones) se
situaban en la parte exterior del "pastel" (la carga positiva).
Este modelo puede explicar muy bien la formación de iones positivos y
negativos; y a partir de la formación de iones, se abrieron las puertas para el
estudio y comprensión de la electrostática.
Son dos las consecuencias importantes de este modelo:
La materia es neutra por lo cual debe haber igual cantidad de carga positiva y
negativa.
Los electrones pueden extraerse de los átomos, pero no así las cargas
6. Esquema del modelo atómico de Thomson (izquierda) de electrones
suspendidos en el interior de una masa atómica de carga positiva.
Posteriormente Jean Perrin trabajaría sobre este modelo proponiendo a los
electrones en una posición externa (derecha).
En el caso de que el átomo perdiera un electrón, la estructura quedaría
positiva (ión positivo); y si ganaba, la carga final sería negativa (ión
negativo). De esta forma, explicaba la formación de iones; y explicaba
fenómenos electrostáticos.
Sin embargo eran conocidas otras radiaciones las cuales quedaban “fuera”
del poder explicativo de este modelo.
7. En 1911 a partir de un experimento que lleva su nombre el físico
Ernest Rutherford, presenta un modelo de átomo que se basa
en el preexistente modelo de Thomson, ya que mantiene esa
composición de carga positiva y negativa. Sin embargo, a
diferencia del anterior, postula dos modificaciones esenciales:
La parte positiva se concentra en un núcleo, el cual también
contiene virtualmente toda la masa del átomo.
Los electrones se ubican orbitando al núcleo en órbitas
circulares o elípticas con un espacio vacío entre ellos.
8. Modelo atómico de Rutherford (izquierda), con un núcleo de carga positiva
(que además contiene neutrones que no tienen carga) rodeado de electrones.
Rutherford predijo la existencia del neutrón en el año 1920, por esa razón en
el modelo anterior (Thomson), no se habla de éste. La figura de la derecha
muestra la semejanza con la estructura del sistema solar.
A pesar de ser un modelo obsoleto, es la percepción más común del átomo
del público no científico.
Este modelo presenta dos fallas esenciales.
Contradecía las leyes del electromagnetismo de James Clerk Maxwell.
Según estas leyes una carga eléctrica en movimiento (en este caso el electrón)
debería emitir energía constantemente en forma de radiación y llegaría un
momento en que el electrón caería sobre el núcleo y la materia se destruiría.
Todo ocurriría muy brevemente.
No explicaba los espectros atómicos. Generados estos a partir de la
radiación electromagnética emitida o absorbida por los átomos según el
9. Considerando los trabajos precedentes de Max Planck y Albert Einstein
respecto de la “cuantización” de la energía y el efecto fotoeléctrico; Niels
Bohr desarrolló, en 1913, un modelo atómico, que considera emisión y
absorción de energía causadas por los saltos orbitales de los electrones.
Por lo cual “el átomo era un pequeño sistema solar con un núcleo en el centro y
electrones moviéndose alrededor del núcleo en órbitas bien definidas.” Las
órbitas están cuantizadas o sea que los electrones pueden estar solo en ciertas
órbitas. Los postulados más importantes eran:
Cada órbita tiene una energía asociada. La más externa es la de mayor
energía.
Los electrones no radian energía (luz) mientras permanezcan en órbitas
estables.
Los electrones pueden saltar de una a otra órbita. Si lo hace desde una de
10. El mayor éxito de Bohr fue dar la explicación al espectro de
emisión del hidrógeno. Proporciona una base para el carácter
cuántico de la luz, el fotón es emitido cuando un electrón cae de
una órbita a otra, siendo un pulso de energía radiada.
Sin embargo Bohr no puede explicar la existencia de órbitas
estables y para la condición de cuantización.
Aunque encontró que el momento angular del electrón es h/2π,
no puede justificar el método mediante el cual lo obtuvo.
11. Fue expuesto por primera vez en 1925 por Schrödinger y Heisenberg.
Este modelo deja claro el carácter ondulatorio a partir de la propuesta de modelo
orbital para poder intuir un pequeño sector o región dentro del átomo donde
sea “mas probable” encontrar un electrón.
El modelo mantiene muchas similitudes con el de Bohr como por ejemplo que
la energía debe estar cuantizada. Sin embargo introduce algunos cambios que
lo diferencian sustancialmente del modelo precedente:
Características de los orbitales.
En el modelo de Bohr se determina la posición del electrón exactamente; en
este nuevo modelo -en cambio- se presume una mayor o menor probabilidad
de este en el espacio.
La presencia del electrón ya no es exacta sino que se sostiene que “la
probabilidad de encontrar un electrón es mas alta en la región de mayor
densidad de la nube de carga negativa.
12. Representación del átomo de
Schrödinger.
Esquema de la disposición de los orbitales
propuestos por las ecuaciones de
Schrödinger.
Esquema de
la densidad
en la nube
de carga
negativa
donde es
más
probable
encontrar
un electrón.
Las bases de la teoría fueron sentadas por el físico
alemán Max Planck, que en 1900 postuló que la materia sólo
puede emitir o absorber energía en pequeñas unidades discretas
llamadas cuantos. Otra contribución fundamental al desarrollo de
la teoría fue el principio de incertidumbre, formulado por el físico
alemán Werner Heisenberg en 1927, y que afirma que no es
posible especificar con exactitud simultáneamente la posición y
el momento lineal de una partícula subatómica.
