¿Alguna vez te has preguntado de qué están hechas las cosas que te rodean? Simplemente diga que mira una mesa, podría llamar una mesa de madera. Aun así, cuando te mires al espejo, dirás que está hecho de vidrio. Básicamente, estos dos materiales tienen características diferentes, pero ¿sabías que ambos están compuestos por la misma materia? Su nombre es átomo.
Los átomos son las partículas más pequeñas de un elemento que participan en reacciones químicas. Su tamaño extremadamente pequeño hace que no se puedan ver ni siquiera con los microscopios de luz más potentes. De estos, el más pequeño es el átomo de hidrógeno.
Modelos Atom
Los científicos han estudiado estas partículas más diminutas durante siglos, pero no han podido determinar su apariencia. No fue hasta 1808 que Dalton publicó su teoría sobre la estructura del átomo. Desde entonces, los modelos atómicos han evolucionado junto con los últimos descubrimientos. En esta ocasión, discutiremos varios modelos atómicos propuestos por científicos.
Teoría de Dalton
John Dalton es un químico, físico y meteorólogo británico que publicó por primera vez una investigación sobre la existencia de átomos. Dalton explicó que la materia consta de partículas indivisibles llamadas átomos.
Desafortunadamente, investigaciones posteriores demostraron que el átomo en sí es divisible y está formado por partículas subatómicas. Las partículas subatómicas consisten en electrones, protones y neutrones. Desde entonces, los científicos han intentado proponer diferentes modelos considerando la posición de estas partículas subatómicas, incluidos JJ Thomson y Rutherford.
El modelo atómico muestra la estructura atómica y la disposición de las partículas subatómicas dentro de un átomo. El descubrimiento de protones y electrones llevó a los científicos a argumentar que los átomos están formados por protones y electrones que equilibran sus cargas. Descubrieron que los protones estaban en el interior del átomo, mientras que los electrones estaban en el exterior y se desprendían fácilmente.
Hay 4 modelos atómicos propuestos por los científicos, a saber, el modelo propuesto por Thomson, Rutherford, Bohr y el modelo mecánico cuántico.
Modelo de Thomson del átomo
Joseph John Thomson fue el físico británico ganador del Premio Nobel que propuso por primera vez el modelo atómico. De hecho, los publicó antes del descubrimiento del protón y el núcleo atómico. En su teoría, Thomson consideraba que los átomos eran como el pan de pasas o el modelo de pudín de ciruela porque los electrones en la esfera de carga positiva parecían frutos secos en el pudín de Navidad.
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Este modelo asume que un átomo consiste en una bola cargada positivamente con electrones incrustados en ella. Un átomo puede tener una carga neutra porque tiene las mismas cargas negativas y positivas.
Modelo de Rutherford del átomo nuclear
Ernest Rutherford es un físico y químico nacido en Nueva Zelanda que vive en Inglaterra. Propuso un modelo atómico después de realizar un experimento conocido como el experimento de dispersión de Rutherford. Él y dos de sus estudiantes realizaron experimentos de dispersión de rayos alfa en una fina placa de oro.
Rutherford consideró que la carga positiva general de un átomo se concentra en una región muy pequeña conocida como núcleo. Los electrones giran alrededor del núcleo atómico a alta velocidad en trayectorias circulares llamadas órbitas. La atracción electrostática entre el núcleo y los electrones mantiene a los electrones en su trayectoria.
El modelo de Rutherford también reveló que el número de protones es igual al número de electrones y se conoce como número atómico. Mientras tanto, si se combinan el número de protones y el número de neutrones, el valor es el mismo que el número de masa atómica.
Desafortunadamente, el modelo de átomo de Rutherford no pudo explicar la estabilidad del átomo. Según la teoría electromagnética, las partículas cargadas pierden energía durante la aceleración. La pérdida de energía puede ralentizar la velocidad de los electrones y, finalmente, los electrones serán atraídos hacia el núcleo y los átomos se destruirán. Aparte de eso, el modelo de átomo de Rutherford tampoco explicaba nada sobre la distribución de electrones y energías electrónicas. Además, este modelo atómico tampoco es capaz de explicar el espectro de líneas proporcionado por cada elemento.
Modelo de átomo de Bohr
Para responder a las deficiencias del modelo atómico de Rutherford, especialmente en lo que respecta al espectro de líneas y la estabilidad atómica, Niels Bohr luego publicó su propio modelo atómico. Dijo que los electrones giran alrededor del núcleo del átomo en ciertas órbitas circulares llamadas capas de energía o niveles de energía. Los electrones que giran en la capa de energía están asociados con una cantidad fija de energía. Estas capas de energía se numeran 1, 2, 3, etc. desde el núcleo atómico o se especifican como capas k, l, m, etc.
La disposición de los electrones en un átomo se conoce como configuración electrónica. La configuración electrónica puede ayudar a explicar cómo se unen los átomos. El llenado de electrones en las capas atómicas comienza a partir de llenar la capa más interna o la que tiene la energía más baja. El número máximo de electrones que pueden ocupar la capa es 2n2.
Mecánica Cuántica Teoría Atómica
Desafortunadamente, el modelo atómico propuesto por Bohr no fue capaz de explicar el espectro de átomos de hidrógeno en campos eléctricos y magnéticos. El físico austriaco Erwin Schrödinger trató de responder. Desarrolló una teoría atómica basada en los principios de la mecánica cuántica. El modelo propuesto por Schrödinger no es muy diferente al de Bohr, en que el átomo tiene un núcleo cargado positivamente y está rodeado por electrones cargados negativamente. La diferencia está en la posición de los electrones que rodean el núcleo atómico.
En su teoría, Bohr argumentó que los electrones rodean el núcleo atómico en órbitas con una cierta distancia del núcleo atómico que se llama radio atómico. Pero en la teoría de la mecánica cuántica, la posición de los electrones que rodean el núcleo atómico no se puede conocer con certeza, según el principio de incertidumbre de Heisenberg. Por lo tanto, la mayor probabilidad de que la posición de un electrón esté en esa órbita. Es decir, se puede decir que la región de mayor probabilidad de encontrar electrones en los átomos está en los orbitales.
El modelo de la mecánica cuántica también establece que el movimiento de los electrones alrededor del núcleo atómico tiene la propiedad del dualismo, como propone de Broglie. Dado que el movimiento de los electrones alrededor del núcleo tiene una naturaleza ondulatoria, la ecuación para el movimiento de los electrones alrededor del núcleo debe estar relacionada con la función de onda.
Schrödinger complementó su teoría con una ecuación que establece que el movimiento de los electrones alrededor del núcleo atómico asociado con la naturaleza dualista de la materia puede expresarse en términos de coordenadas cartesianas. Esta ecuación se conoció como la ecuación de Schrödinger.
A partir de esta ecuación, Schrödinger produjo tres números cuánticos, a saber, el cuanto principal (n), el cuanto azimutal (A) y el cuanto magnético (m). Estos tres números cuánticos son números enteros simples que indican la probabilidad de que haya electrones alrededor del núcleo atómico. La solución a la ecuación de Schrödinger produce tres números cuánticos. El orbital se deriva de la ecuación de Schrödinger, por lo que existe una relación entre el orbital y los tres números.
