Modelos Atomicos

5/16/2018 Modelos Atomicos - slidepdf.com

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LOS MODELOS ATÓMI COS

EL MODELO ATÓMI CO DE RUTHERFORD

El físico inglés Ernest Rutherford; alumno de J.J. Thomsom, propuso un modelo atómico similar alsistema solar. En el año 1911; en un experimento simple y muy bien acabado, Rutherford

demostró que el átomo debía contener un cúmulo de partículas positivas en un espacio mínimo alque denominó núcleo atómico . En la periferia los electrones se acomodaban girando en formamuy rápida para romper la atracción que el núcleo ejerce sobre ellos.

A la par realizó numerosos trabajos sobre la constitución de la materia, la radiactividad, lastransmutaciones y la ionización de los gases. En 1906 midió el cociente e/m (carga – masa) de laspartículas alfa demostrando que eran muy similares a núcleos de helio.

Recibe el premio Nobel de Física en 1908.

C U R S O: QU Í M I C A COMÚN

MATERI AL QC N° 0 3



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I NTRODUCCI ÓN

Teniendo como base científica la naturaleza eléctrica de la materia, el estudio físico plantea lanecesidad de interpretar un modelo atómico básico y elemental donde confluyan partículas concarga y una interpretación lógica para las emisiones anteriormente descubiertas.

Joseph John Thomsom idea un modelo atómico sencillo, de fácil interpretación pero carente de

sustento físico. El modelo denominado “budín de pasas”, plantea un todo, donde los electrones seencuentran en un ambiente cargado positivamente en un mismo espacio otorgándole laneutralidad eléctrica obviamente asumida, sin embargo, al poco tiempo, sus ideas no lograronconvencer a la comunidad científica y el modelo no tuvo consistencia.

Ernest Rutherford (alumno aventajado de Thomsom) idea un modelo atómico más sensato,valiéndose de un experimento muy simple y de gran precisión.

Sobre láminas muy delgadas de diversos metales hizo incidir un haz de partículas α . El

experimento buscaba demostrar que el átomo se componía de un cúmulo de partículas positivas(protones) confinadas en un espacio mínimo (menos del 1% del volumen total del átomo), todo elresto del espacio era vacío y en él se movían los electrones.

Experimento de Rutherford:

Observaciones:

1. Si el átomo se componía de un núcleo positivo extremadamente diminuto, la probabilidad deque el haz de partículas α (positivas) colisionara con él era baja.

2. Si por el contrario, el átomo era una masa homogénea compacta las partículas α

colisionarían y no podrían atravesar la lámina.

3. Una pantalla de sulfuro de cinc fue ubicada detrás de la lámina usada como blanco, con el finde comprobar si efectivamente las partículas α lograban atravesarla.



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Resu l t ados y conc lus iones:

1. Tal cual lo creía Rutherford, sólo 1 de cada 100.000 partículas no cons igu ió atravesar lalámina. El resto prácticamente no se desvió

2. La masa de l á tom o se concent ra en e l núc leo , puesto que sólo algunas partículas alfason repelidas cuando chocan con algo sólido (núcleo del átomo).

3. El núc leo de l á tomo es pos i t i vo , puesto que algunas partículas alfa experimentandesviación al pasar cerca de él, (cargas de igual signo se repelen).

4. La mayor par te de l á tomo es espac io vac ío , ya que casi la totalidad de las partículasalfa atraviesan la lámina sin experimentar desviación.

5. El tamaño del átomo es aproximadamente 100.000 veces el tamaño del núcleo, esta grandesproporción explica la escasa desviación que experimentan algunas partículas alfa.

6. Los e lect r ones deben es t a r en con t inuo m ov im ien t o , pues no interfieren en el pasode las partículas alfa, tampoco son atrapados por el núcleo.

Además postula que el núcleo debe contener otra partícula, además de los protones, cuyainfluencia nuclear sólo es en la masa, y por lo tanto, no posee carga. Más tarde, en 1932Chadwick , descubre los NEUTRONES. El modelo atómico de Rutherford se denominó "m o d e l op lane t a r io de l á t om o" por su semejanza con el sistema solar.

Er ro res en e l m ode lo P lanetar io

El modelo no aclara qué ocurre con la atracción entre el núcleo y los electrones girando a sualrededor.

Según los físicos de la época la atracción núcleo – electrón, aceleraría a este último y loharía caer inapelablemente al núcleo. De este modo, el modelo carecía de sustento físico.

Con los resultados obtenidos en el experimento de la lámina de oro, Rutherford efectivamentepudo despejar sus dudas respecto a la ubicación de las partículas atómicas, sin embargo, elmodelo no explica el movimiento de los electrones ni sus propiedades. Tiempo más tarde, el granNiels Bohr resuelve el problema y abre el camino a la física relativista.



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MODELO ATÓMI CO DE NI ELS BOHR

Cuando Niels Bohr propone su modelo atómico, predominaban dos concepciones que dividían a lafísica.

Por un lado, la física clásica concebía al universo como una unión entre materia y radiación ysobre la cual calzaban perfectamente los postulados y fórmulas de Newton.

La física de Maxwell en cambio, con su teoría electromagnética, intentaba explicar por ejemplo,que la luz era simplemente una radiación ondulatoria de campos eléctricos y magnéticos.Esta nueva física planteaba que el mundo atómico sólo podía explicarse mediante postuladosnuevos, ya que la física clásica contradecía su teoría con los resultados obtenidos.

El Mode lo de Estad o Estac ionar io de Bohr

En 1900 Max Planck intenta aclarar los errores de Rutherford introduciendo parámetros físicosnuevos, iniciando lo que se conoce como “física cuántica”. Según Planck, un cuerpo absorbe oemite energía en forma discontinua, vale decir, en paquetes de energía o cantidades definidas quedenominó “cuantos”. Duramente criticada en su época, hoy se asume con propiedad la veracidadde esta teoría.

En este escenario Niels Bohr plantea su modelo atómico (hidrogenoide) argumentando losiguiente:

1 . La energ ía de un e lec t rón es tá cuant izada, va le dec i r , só lo puede tener va lo resespecí f icos ( n ive les de ener g ía) .

2 . Los e lec t rones g i ran a l rededor de l núc leo en reg iones b ien de f in idas donde nop ie r den n i ganan ene r g í a ( es t ados es t ac iona r ios ) ; “ no hay em is ión n i abso r c iónde ene r g ía m ien t r as l os elect r on es se m an t engan en e l m ism o n i ve l ” .

3 . Si un e lec t rón rec ibe energ ía puede pasar a o t ro n ive l super io r , s i se devue lve a l

n i ve l de ene r g í a o r i g ina l , em i t e e l exceso en f o r m a de onda e lec t r om agné t i ca( l u z ) .

4 . las o rb i tas donde g i r an los e lect r ones son c i r cu la res .

5 . en es t ado f undam en t a l e l e lect r ón s iem p r e se encon t r a r á m uy ce r cano a l núc leo .

Fa l las en e l m ode lo es tac ionar io de Bohr

• el modelo solo logró explicar satisfactoriamente átomos hidrogenoides. Para aquellos conmás de un electrón sólo pudo predecir el número máximo por nivel (2n2).

• El modelo planteaba que la órbita de los electrones era circular (radio fijo). Con estapresunción fue imposible comprender los distintos estados energéticos de los electrones.

El modelo atómico de Bohr constituye el último intento de un sistema atómico usando la físicaclásica, y su logro parcial se debe a que introduce en el modelo algunas condiciones propias de lafísica cuántica, (aplicada por vez primera a modelos atómicos).



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EL MODELO MECÁNI CO CUÁNTI CO DE ERWI N SCHRÖDI NGER

Pr inci p i o de I nce r t i dum bre de Hei senbe rg

Heisenberg complica aún más los postulados clásicos estableciendo uno de los dogmas másintrigantes de la física. Se da cuenta de que para una partícula analizada bajo la perspectivacuántica, el simple hecho de medir 2 de sus propiedades al mismo tiempo conlleva a errores e

imprecisiones.

Según el principio ciertas parejas de variables físicas como la posición y la cantidad demovimiento de una partícula no pueden calcularse simultáneamente con un 100% de exactitud,los valores obtenidos rondan los valores medios y no exactos.

En 1924 un joven físico francés, Louis De Broglie, sugirió por primera vez que el electrón tienepropiedades del tipo ondulatorio. En otras palabras, de Broglie planteó que un haz de electronesse debería comportar de forma muy parecida a un haz de luz. A partir de entonces lose lec t r ones son t r a t ados com o ondas y su ub icac ión se i nd i ca só lo en t é r m inos dep r obab i l i dades.

La ecuac ión de Schröd in ger

Basándose en las observaciones realizadas por Louis de Broglie, Erwin Schrödinger dedujo unaecuación fundamental, llamada “la ecuación de onda”, que logra descifrar el comportamiento deun electrón alrededor del núcleo atómico.

Si la posición no es exacta, Schrödinger plantea las posibles ubicaciones en términos

probabilísticos, así l as so luc iones a l as ecuaciones de onda se denom inan “ o r b i t a les ” ( 2ψ ) .

Debemos aclarar eso sí, que un “orbital” es una función matemática, no un parámetro físico,tampoco se trata de una órbita ni una trayectoria precisa. Físicamen te cor r esponde a la zonade l espacio donde pos ib lem en t e se encuen t r e e l e lect r ón g i r ando .

Los estados de energía y sus funciones de onda se caracterizan por un conjunto de númeroscuánticos con los que es posible construir un modelo comprensible para el átomo.



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TEST EVALUACI ÓN MÓDULO 0 3

1. Thomsom propuso el primer modelo atómico. Si bien este modelo no tuvo mayor repercusión,pues carecía de sustento físico, su mayor aporte a los modelos siguientes fue

A) ser el primer modelo atómico.B) considerar el interior del átomo como positivo.

C) proponer la neutralidad eléctrica del átomo.D) proponer la existencia de electrones.E) ser un modelo sencillo.

2. De los resultados obtenidos por Rutherford en su experimento, ¿qué idea no se puede concluir?

A) La masa del átomo es uniforme.B) La mayor parte del átomo es espacio vacío.C) Los electrones deben estar en continuo movimiento.D) El núcleo debe contener otra partícula, además de los protones.E) El núcleo del átomo es positivo.

3. El modelo planetario de Rutherford no aclaraba

A) la existencia de un núcleo.B) que la masa del átomo se concentra en el núcleo.C) que el núcleo de un átomo es positivo.D) la existencia de una partícula sin carga.E) la estabilidad del átomo ni la atracción electrón - núcleo.

4. De acuerdo al modelo atómico de Rutherford, quien presenta carga eléctrica positiva,

concentra casi la totalidad de la masa del átomo y su tamaño es unas cien mil veces menorque el átomo, es

A) el protón.B) el electrón.C) el núcleo atómico.D) el neutrón.E) la envoltura.

5. El modelo atómico de Bohr se denominó “estacionario” porque

A) los electrones siempre giran en las mismas regiones y por lo tanto se mantienen

estacionados en ellas.B) los electrones se mueven mientras el núcleo está estacionado.C) al absorber energía un electrón deja de moverse para poder pasar a otro nivel.D) a pesar del movimiento de los electrones los átomos no se mueven.E) mientras los electrones se mantengan en el mismo nivel no ganan ni pierden energía.



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6. Un error en los postulados de Bohr fue asumir que

A) los electrones giran muy rápido en torno al núcleo.B) los electrones giran en orbitas definidas alrededor del núcleo.C) la energía de un electrón está cuantizada.D) en estado fundamental el electrón se encontrará muy cercano al núcleo.E) si un electrón recibe energía puede pasar a un nivel superior.

7. En su modelo atómico Bohr plantea

A) el principio de incertidumbre.B) que todos los átomos son similares al hidrógeno.C) que los electrones se ubican siempre en el nivel más cercano al núcleo.D) que si los electrones permanecen en un mismo nivel su energía es invariable.E) los números cuánticos.

8. El principio de incertidumbre se refiere a que

A) la física clásica y la cuántica no son aplicables al mismo tiempo.B) la física clásica sirve para investigar partículas subatómicas.C) la física cuántica describe perfectamente las variables y propiedades del electrón.D) los últimos modelos atómicos no están corroborados aún.E) para un electrón su posición y cantidad de movimiento está sujeta a errores cuando se

determinan simultáneamente.

9. La ecuación de Schrödinger describe el comportamiento del electrón basado en

A) sus propiedades electromagnéticas basadas en la física clásica.B) su velocidad al girar alrededor del núcleo.

C) su comportamiento como una onda.D) su tamaño con respecto al núcleo.E) la aplicación de la física clásica unida a la cuántica.

10. Una consecuencia de la aplicación del modelo mecánico cuántico es(son)

A) el error al asumir válido el principio de incertidumbre.B) el descubrimiento de los neutrones en el núcleo del átomo.C) los números cuánticos.D) la determinación exacta de la masa del electrón.E) la radiactividad.

DMNQC03

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