Números cuánticos: modelos atomicos

Los modelos atómicos

Los Modelos Atómicos son representaciones del átomo para intentar dar una explicación de su estructura. De un modelo planteado, se deducen sus propiedades, que luego deberán corroborarse experimentalmente. La materia está compuesta por partículas muy pequeñas a las que llamamos átomos. Los átomos tienen características y propiedades determinadas

Al tratarse de partículas tan pequeñas, hace muchos años, era muy difícil poder explicar cómo estaban formados los átomos, sin embargo gracias a los avances tecnológicos hemos avanzado en el conocimiento del átomo y que lo conforma; a lo largo de nuestra historia se han elaborado diferentes Modelos Atómicos que tienen el nombre del científico que lo ideó. Estos Modelos Atómicos se fueron descartando, mejorando y planteando nuevos, hasta llegar al Modelo Atómico actual. Aquí te explicare la evolución histórica de los Modelos Atómicos.

Modelo Atómico de Demócrito

Demócrito, un filósofo griego, aproximadamente en el 450 a.C., desarrolló la “teoría atómica del universo”, que fue concebida por su mentor, el filósofo Leucipo.

Esta teoría, no se apoya en resultados experimentales sino que se desarrolla mediante razonamientos lógicos, por ser una teoría filosófica. Puede enunciarse de la siguiente manera:

Los átomos se diferencian solo en forma y tamaño, pero no por cualidades internas.

Las propiedades de la materia varían según el agrupamiento de los átomos.

Además, afirma que toda la materia es una mezcla de elementos originarios que poseen las características de inmutabilidad y eternidad, concebidos como entidades infinitamente pequeñas y, por tanto, imperceptibles para los sentidos, a las que Demócrito llamó átomos, que en griego significa “indivisible”.

Modelo Atómico de Dalton

Fue desarrollado a principios de 1800 (se estima, entre 1803 y 1807) por el científico británico John Dalton. Fue el primer modelo atómico con bases científicas.

Su modelo atómico (Dalton lo llamó “Teoría Atómica”) consta de los siguientes enunciados:

La materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas átomos, que son indivisibles y no se pueden destruir.
Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí, tienen la misma masa e iguales propiedades. Los átomos de diferentes elementos tienen masa diferente. Comparando la masa de los elementos con los del hidrógeno tomado como la unidad, propuso el concepto de peso atómico relativo.
Los átomos permanecen sin división, aun cuando se combinen en las reacciones químicas.
Los átomos, al combinarse para formar compuestos, guardan relaciones simples de números enteros y pequeños.
Los átomos de elementos diferentes se pueden combinar en proporciones distintas y formar más de un compuesto.
Los compuestos químicos se forman al unirse átomos de dos o más elementos.
Más adelante se encontraron insuficiencias al modelo atómico de Dalton:
Los átomos están formados por partículas subatómicas y son divisibles.
Existen átomos del mismo elemento con diferente masa (Isótopos).
Existen moléculas formadas por 2 o más átomos del mismo elemento (Por ejemplo O2; H2, etc.).

Modelo Atómico de Lewis: Modelo atómico cúbico

Esta teoría se desarrolló en 1902 por G. Lewis, pero fue publicada en 1916 en el artículo “The Atom and the Molecule” (El átomo y la molécula).

El modelo atómico de Lewis representa al átomo como un cubo, donde los electrones estaban colocados en cada uno de los 8 vértices de ese cubo.

El Modelo Atómico Cúbico representó un paso importante hacia el entendimiento del enlace químico, ya que introdujo el concepto de “valencia de un átomo”, es decir, la cantidad de electrones en el último nivel de energía del átomo que se pondrán en juego en un enlace químico. El artículo de 1916 de Lewis también introdujo el concepto del par de electrones en el enlace covalente, la regla del octeto, y la ahora llamada estructura de Lewis.

El modelo del átomo cúbico se abandonó pronto y es, por tanto, sólo de interés histórico.

Modelo Atómico de Thomson (o Pudín de Pasas)

Fue desarrollado en 1906 por el científico británico Joseph John “J.J.” Thomson, quien unos años antes había descubierto el electrón.

En este modelo, el átomo está compuesto por electrones de carga negativa en un átomo de carga positiva. Los electrones se hallan incrustados en este al igual que las pasas de un pudín (o budín). Por esta analogía también se lo denomina “Modelo del pudín de pasas”. Los electrones se distribuyen uniformemente en el interior del átomo, suspendidos en una nube de carga positiva. El átomo se considera como una esfera con carga positiva con electrones repartidos como pequeños gránulos.

La herramienta principal con la que contó Thomson para su modelo atómico fue la electricidad.

Modelo atómico de Rutherford (o Modelo Planetario)

Este modelo fue propuesto en 1911 por el químico y físico británico-neozelandés Ernest Rutherford. Este científico había desarrollado un experimento denominado “experimento de la lámina de oro” el cual le permitió enunciar el modelo atómico. Fue el primer modelo en separar al átomo en dos zonas: núcleo y corteza. A partir de aquí, se empezaron a estudiar por separado.

Según este modelo:

El átomo consta de un núcleo central donde se concentra la carga positiva y casi toda la masa. Este núcleo es muy pequeño comparado con el tamaño total.

El átomo posee electrones, de carga negativa que se sitúan en la corteza, describiendo órbitas circulares y girando a gran velocidad, como un sistema planetario.

La suma de las cargas negativas de los electrones debe ser igual a la carga positiva del núcleo, siempre que el átomo sea neutro.

Modelo atómico de Bohr

Fue postulado en 1913 por el físico danés Niels Bohr. Puede considerarse transicional ya que se ubica entre la mecánica clásica y la cuántica. Incorpora ideas tomadas del efecto fotoeléctrico, explicado por Einstein. A partir de la idea de que en un átomo los electrones giran alrededor del núcleo, Bohr propuso 5 postulados:

El electrón sólo puede moverse a cierta distancia (radio) del núcleo, lo que determina una órbita o nivel de energía (también se lo llama capa). Una órbita es una trayectoria circular bien definida alrededor del núcleo.

Mientras se encuentre en una órbita, el electrón no libera ni absorbe energía; por esto se conoce a las órbitas como estacionarias (o permitidas). En una órbita, la energía permanece constante.

Cuando se le entrega energía a un átomo, el electrón puede absorberla y pasar a una órbita de mayor radio y mayor energía. En este caso, se dice que el electrón está en estado excitado. Cuando los electrones de un átomo no están excitados, el átomo se encuentra en estado fundamental.

Cuando un electrón pasa de una órbita más alejada del núcleo a otra más cercana entonces libera o emite energía en forma de fotón (una cantidad pequeña y determinada de energía).

Para pasar de una órbita a otra, el electrón debe absorber o emitir una cantidad de energía igual a la diferencia de energía entre un nivel y el otro (esto es porque la energía no se destruye, sino que se transforma). Si pasa de un nivel inicial (con una cantidad de energía Ei) a otro final (con otra cantidad de energía Ef.). A las órbitas se las designa con el número cuántico n, que toma los valores: 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7. Cuanto más alejada del núcleo, más energía tiene la órbita.

Modelo atómico de Sommerfeld

Fue desarrollado en 1916 por el físico alemán Arnold Sommerfeld, basándose en la teoría de la relatividad de Albert Einstein, por lo que se dice que es un modelo atómico relativista.

Hizo modificaciones al modelo de Bohr. Aun así, sigue siendo válido para el átomo de Hidrógeno, pero al tratar de explicar el comportamiento de átomos de otros elementos, presenta insuficiencias.

El modelo atómico de Sommerfeld postula que:

Los electrones se mueven alrededor del núcleo, en órbitas circulares o elípticas.

A partir del segundo nivel energético existen dos o más subniveles en el mismo nivel

El electrón es una corriente eléctrica minúscula.

El núcleo atómico, al igual que los electrones, se mueven alrededor de un centro de masas del sistema.

Ese centro de masa estará muy cercano al núcleo ya que su masa es muy superior a la masa de los electrones

Esta modificación la introdujo para justificar los valores de frecuencias halladas experimentalmente (en relación a las calculadas teóricamente).

Modelo atómico de Schrödinger

Fue desarrollado en 1926 por el físico y filósofo austríaco Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger. Es un modelo cuántico no relativista.

Tiene las siguientes características:

Describe el movimiento de los electrones como ondas estacionarias.

Postula que los electrones se mueven constantemente, es decir, no tienen una posición fija o definida dentro del átomo.

Establece una zona de probabilidad para ubicar al electrón, no predice la ubicación del electrón.

Las áreas de probabilidad donde se hallaría el electrón se denominan orbitales atómicos. Los orbitales describen un movimiento de traslación alrededor del núcleo del átomo.

Estos orbitales atómicos tienen diferentes niveles y subniveles de energía, y pueden definirse entre nubes de electrones.

El modelo no contempla la estabilidad del núcleo, sólo se remite a explicar la mecánica cuántica asociada al movimiento de los electrones dentro del átomo.

Modelo atómico Actual o Modelo Orbital

Este modelo atómico se desarrolló en la década de 1920, como resultado del aporte de conocimientos de muchos científicos, entre ellos Broglie, Einstein, Bohr, Schrödinger, Heisenberg.

Está basado en la mecánica cuántica ondulatoria, la cual está fundamentada en los números cuánticos.

Los números cuánticos son 4: n, l, m, s. Sirven para describir cada uno de los electrones de un átomo. Cabe destacar que, para los electrones de un mismo átomo, la combinación de estos 4 números nunca es la misma.

En esta teoría se afirma que:

En los átomos, los electrones están distribuidos en niveles de energía estacionaria o fija.

Los electrones se mueven alrededor del núcleo sin perder ni ganar energía y sólo lo hacen cuando pasan de un nivel a otro.

Un nivel de energía está formado por igual número de subniveles.

Un subnivel de energía consta de uno o más orbitales o nubes electrónicas.

Un orbital o nube electrónica se llena con dos electrones con rotación contraria, es decir, distinto número de spin (número cuántico s).

Gracias a estos autores ahora actualmente conocemos a mayor medid el modelo atómico junto a eso que serian los átomos neutrones y protones que a gran tamaños nos están ayudando a comprender mayormente la formación de moléculas y a entender con facilidad curas, m o bien enfermedades que en un principio eran imposibles de resolver.

Estos serian los modelos atómicos que actualmente se conocen, muchas gracias si es que te quedaste a leer todo espero y sea un tema que te allá parecido muy interesante, al igual que te ayude con investigaciones o bien te de un mejor panorama de los modelos atómicos.

A continuación te dejare un vídeo, para el mayo entendimiento del tema y sea un poco más didáctico aprender sobre los modelos atómicos: