Modelos Atmicos

[Escriba la direccin de la compaa]2015Modelos AtmicosJorge Meja Andrade Ciencias 2Luis Haggeo Astorga Leal 2BEscuela Secundaria Tcnica 57

DemcritoDemcrito desarroll la teora atmica del universo, concebida por su mentor, el filsofo Leucipo. Esta teora, al igual que todas las teoras filosficas griegas, no apoya sus postulados mediante experimentos, sino que se explica mediante razonamientos lgicos. La teora atomista de Demcrito y Leucipo se puede esquematizar as:Los tomos son eternos, indivisibles, homogneos, incompresibles e invisibles. Los tomos se diferencian solo en forma y tamao, pero no por cualidades internas. Las propiedades de la materia varan segn el agrupamiento de los tomos. Defiende que toda la materia no es ms que una mezcla de elementos originarios que poseen las caractersticas de inmutabilidad y eternidad, concebidos como entidades infinitamente pequeas y, por tanto, imperceptibles para los sentidos, a las que Demcrito llam tomos (), trmino griego que significa tanto "que no puede cortarse" como "indivisible". Epicuro, filsofo posterior que retom esta teora, modifica la filosofa de Demcrito al no aceptar el determinismo que el atomismo conllevaba en su forma original. Por ello, introduce un elemento de azar en el movimiento de los tomos, una desviacin ('clinamen') de la cadena de las causas y efectos, con lo que la libertad queda asegurada. Los atomistas pensaban distinto a los eleatas, pues mientras los eleatas no aceptaban el movimiento como realidad, sino como fenmeno, Leucipo y Demcrito parten de que el movimiento existe en s. Habla por primera vez de la fuerza de la inercia. Demcrito pone como realidades primordiales a los tomos y al vaco, o, como diran los eleatas, al ser y al no ser. Para Demcrito, la realidad est compuesta por dos causas (o elementos): (lo que es), representado por los tomos homogneos e indivisibles, y (lo que no es), representado por el vaco. Este ltimo es un no-ser no-absoluto, aquello que no es tomo, el elemento que permite la pluralidad de partculas diferenciadas y el espacio en el cual se mueven. Demcrito pensaba y postulaba que los tomos son indivisibles, y se distinguen por forma, tamao, orden y posicin. Se cree que la distincin por peso, fue introducida por Epicuro aos ms tarde o que Demcrito mencion esta cualidad sin desarrollarla demasiado. Gracias a la forma que tiene cada tomo es que pueden ensamblarse aunque nunca fusionarse (siempre subsiste una cantidad mnima de vaco entre ellos que permite su diferenciacin) y formar cuerpos, que volvern a separarse, quedando libres los tomos de nuevo hasta que se junten con otros. Los tomos de un cuerpo se separan cuando colisionan con otro conjunto de tomos; los tomos que quedan libres chocan con otros y se ensamblan o siguen desplazndose hasta volver a encontrar otro cuerpo. Los tomos estuvieron y estarn siempre en movimiento y son eternos. El movimiento de los tomos en el vaco es un rasgo inherente a ellos, un hecho irreductible a su existencia, infinito, eterno e indestructible. Al formar los tomos, por necesidad, un vrtice o remolino, 12 (dine) sus colisiones, uniones y separaciones forman los diferentes objetos y seres y la realidad con toda su diversidad. Cada objeto que surge en el universo y cada suceso que se produce, sera el resultado de colisiones o reacciones entre tomos. Aunque la cita "todo cuanto existe es fruto del azar y la necesidad" se atribuye a Demcrito, sus escritos enfatizan en la necesidad, 12 13 al contrario de Epicuro que enfatiz en el azar.14 El modelo atomista constituye un claro ejemplo de modelo materialista, dado que el azar y las reacciones en cadena son las nicas formas de interpretarlo. Generalmente, una propuesta, antes de adquirir la condicin de ley, parte de ser una mera generalizacin emprica que aspira a alcanzar un requisito crucial: ser explicada. Una vez hecho esto, la estadstica inductiva concreta su idea. Sus premisas dejan de albergar la posibilidad de que la conclusin no se cumpla, y de este modo se constituye la ley. Pues bien, en el caso de Demcrito el desarrollo se invirti. Demcrito comenz ofreciendo una explicacin a una parcela de la realidad la cual no tuvo la oportunidad de observar, ni, en consecuencia, falsar si hubiese cabido; y verificar como cupo en su momento. El verificacionismo no poda ser un requisito esencial a la hora de dar credibilidad a su explicacin y confeccionarla como ley, y Demcrito era consciente de ello. "La mente del hombre estara formada por tomos esfricos livianos, suaves, refinados11 y el cuerpo, por tomos ms pesados. Las percepciones sensibles, tales como la audicin o la visin, son explicables por la interaccin entre los tomos de los efluvios que parten de la cosa percibida y los tomos del receptor. Esto ltimo justifica la relatividad de las sensaciones. "El conocimiento verdadero y profundo es el de los tomos y el vaco, pues son ellos los que generan las apariencias, lo que percibimos, lo superficial. Las deducciones de Demcrito y los otros filsofos se realizaban desde la lgica, el pensamiento racional, relegaba la relevancia del empirismo a un ltimo plano, y depositaba escasa fe en la experiencia sensorial, es decir la que apreciaba por los sentidos. En su teora del atomismo, explica muy bien el por qu: en el atomismo Demcrito defenda que la materia est compuesta por dos elementos: lo que es, representado por los tomos homogneos e indivisibles; y lo que no es, el vaco, lo que permite que esos tomos adquieran formas, tamaos, rdenes y posiciones, y constituyan as la totalidad de la physis. Demcrito explicaba las percepciones sensibles tales como la audicin o la visin, con la interaccin entre los tomos que emanan desde el objeto percibido hasta los organismos receptores. Esto ltimo es lo que prueba con fuerza la relatividad de las sensaciones.

Modelo atmico de DaltonEl modelo atmico de Dalton surgido en el contexto de la qumica, fue el primer modelo atmico con bases cientficas, formulado entre 1803 y 1807 por John Dalton.El modelo permiti aclarar por primera vez por qu las sustancias qumicas reaccionaban en proporciones estequiometrias fijas (Ley de las proporciones constantes), y por qu cuando dos sustancias reaccionan para formar dos o ms compuestos diferentes, entonces las proporciones de estas relaciones son nmeros enteros (Ley de las proporciones mltiples). Por ejemplo 12 g de carbono (C), pueden reaccionar con 16 g de oxgeno (O2) para formar monxido de carbono (CO) o pueden reaccionar con 32 g de oxgeno para formar dixido de carbono (CO2). Adems el modelo aclaraba que an existiendo una gran variedad de sustancias diferentes, estas podan ser explicadas en trminos de una cantidad ms bien pequea de constituyentes elementales o elementos. En esencia, el modelo explicaba la mayor parte de la qumica de fines del siglo XVIII y principios del siglo XIX, reduciendo una serie de hechos complejos a una teora combinatoria realmente simple

Modelo atmico de ThompsonEl modelo atmico de Thomson es una teora sobre la estructura atmica propuesta en 1904 por Joseph John Thomson, quien descubri el electrn1 en 1898, mucho antes del descubrimiento del protn y del neutrn. En dicho modelo, el tomo est compuesto por electrones de carga negativa en un tomo positivo, embebidos en ste al igual que las pasas de un budn. A partir de esta comparacin, fue que el supuesto se denomin "Modelo del pudin de pasas".2 3 Postulaba que los electrones se distribuan uniformemente en el interior del tomo suspendidos en una nube de carga positiva. El tomo se consideraba como una esfera con carga positiva con electrones repartidos como pequeos grnulos. La herramienta principal con la que cont Thomson para su modelo atmico fue la electricidad.

Modelo cubico atmicoEl modelo del tomo cbico fue de los primeros modelos atmicos, en el que los electrones del tomo estaban situados en los ocho vrtices de un cubo. Esta teora la desarroll en 1902 Gilbert N. Lewis, que la public en 1916 en el artculo The Atom and the Molecule (El tomo y la molcula); sirvi para dar cuenta del fenmeno de la valencia. Se basa en la regla de Abegg. Fue desarrollada posteriormente por Irving Langmuir en 1919, como el tomo del octeto cbico. La figura a continuacin muestra las estructuras de los elementos de la segunda fila de la tabla peridica.

Cubical atom 1.svgAunque el modelo del tomo cbico se abandon pronto en favor del modelo mecnico cuntico basado en la ecuacin de Schrdinger, y es por tanto slo de inters histrico, represent un paso importante hacia el entendimiento del enlace qumico. El artculo de 1916 de Lewis tambin introdujo el concepto del par de electrones en el enlace covalente, la regla del octeto, y la ahora llamada estructura de Lewis.

Modelo atmico de RutherfordEl modelo atmico de Rutherford es un modelo atmico o teora sobre la estructura interna del tomo propuesto por el qumico y fsico britnico-neozelands Ernest Rutherford para explicar los resultados de su "experimento de la lmina de oro", realizado en 1911. El modelo de Rutherford fue el primer modelo atmico que consider al tomo formado por dos partes: la "corteza" (luego denominada periferia), constituida por todos sus electrones, girando a gran velocidad alrededor de un "ncleo" muy pequeo; que concentra toda la carga elctrica positiva y casi toda la masa del tomo. Rutherford lleg a la conclusin de que la masa del tomo se concentraba en una regin pequea de cargas positivas que impedan el paso de las partculas alfa. Sugiri un nuevo modelo en el cual el tomo posea un ncleo o centro en el cual se concentra la masa y la carga positiva, y que en la zona extra nuclear se encuentran los electrones de carga negativa.

Modelo atmico de Bohr

El modelo atmico de Bohr o de Bohr-Rutherford es un modelo clsico del tomo, pero fue el primer modelo atmico en el que se introduce una cuantizacin a partir de ciertos postulados. Fue propuesto en 1913 por el fsico dans Niels Bohr, para explicar cmo los electrones pueden tener rbitas estables alrededor del ncleo y por qu los tomos presentaban espectros de emisin caractersticos (dos problemas que eran ignorados en el modelo previo de Rutherford). Adems el modelo de Bohr incorporaba ideas tomadas del efecto fotoelctrico, explicado por Albert Einstein en 1905. Bohr se bas en el tomo de hidrgeno para hacer el modelo que lleva su nombre. Bohr intentaba realizar un modelo atmico capaz de explicar la estabilidad de la materia y los espectros de emisin y absorcin discretos que se observan en los gases. Describi el tomo de hidrgeno con un protn en el ncleo, y girando a su alrededor un electrn. El modelo atmico de Bohr parta conceptualmente del modelo atmico de Rutherford y de las incipientes ideas sobre cuantizacin que haban surgido unos aos antes con las investigaciones de Max Planck y Albert Einstein. En este modelo los electrones giran en rbitas circulares alrededor del ncleo, ocupando la rbita de menor energa posible, o la rbita ms cercana posible al ncleo. El electromagnetismo clsico predeca que una partcula cargada movindose de forma circular emitira energa por lo que los electrones deberan colapsar sobre el ncleo en breves instantes de tiempo. Para superar este problema Bohr supuso que los electrones solamente se podan mover en rbitas especficas, cada una de las cuales caracterizada por su nivel energtico. Cada rbita puede entonces identificarse mediante un nmero entero n que toma valores desde 1 en adelante. Este nmero "n" recibe el nombre de Nmero Cuntico Principal.

Modelo atmico de SommerfeldEl modelo atmico de Bohr funcionaba muy bien para el tomo de hidrgeno, sin embargo, en los espectros realizados para tomos de otros elementos se observaba que electrones de un mismo nivel energtico tenan distinta energa, mostrando que exista un error en el modelo. Su conclusin fue que dentro de un mismo nivel energtico existan subniveles, es decir, energas ligeramente diferentes. Adems desde el punto de vista terico, Sommerfeld haba encontrado que en ciertos tomos las velocidades de los electrones alcanzaban una fraccin apreciable de la velocidad de la luz. Sommerfeld estudi la cuestin para electrones relativistas.n 1916, Sommerfeld perfeccion el modelo atmico de Bohr intentando paliar los dos principales defectos de ste. Para eso introdujo dos modificaciones bsicas: rbitas casi-elpticas para los electrones y velocidades relativistas. En el modelo de Bohr los electrones slo giraban en rbitas circulares. La excentricidad de la rbita dio lugar a un nuevo nmero cuntico: el nmero cuntico acimutal, que determina la forma de los orbitales, se lo representa con la letra l y toma valores que van desde 0 hasta n-1. Las rbitas son: l = 0 se denominaran posteriormente orbitales s o Sharp l = 1 se denominaran p o principal. l = 2 se denominaran d o diffuse. l = 3 se denominaran f o fundamental.Para hacer coincidir las frecuencias calculadas con las experimentales, Sommerfeld postul que el ncleo del tomo no permanece inmvil, sino que tanto el ncleo como el electrn se mueven alrededor del centro de masas del sistema, que estar situado muy prximo al ncleo al tener este una masa varios miles de veces superior a la masa del electrn.Para explicar el desdoblamiento de las lneas espectrales, observando al emplear espectroscopios de mejor calidad, Sommerfeld supuso que las rbitas del electrn pueden ser circulares y elpticas. Introdujo el nmero cuntico secundario o acimutal, en la actualidad llamado l, que tiene los valores 0, 1, 2, (n-1), e indica el momento angular del electrn en la rbita en unidades de , determinando los subniveles de energa en cada nivel cuntico y la excentricidad de la rbita.

Modelo atmico de SchrdingerEl modelo atmico de Schrdinger (1924) es un modelo cuntico no relativista. Se basa en la solucin de la ecuacin de Schrdinger para un potencial electrosttico con simetra esfrica, llamado tambin tomo hidrogenoide. En este modelo los electrones se contemplaban originalmente como una onda estacionaria de materia cuya amplitud decaa rpidamente al sobrepasar el radio atmico.El modelo de Bohr funcionaba muy bien para el tomo de hidrgeno. En los espectros realizados para otros tomos se observaba que electrones de un mismo nivel energtico tenan energas ligeramente diferentes. Esto no tena explicacin en el modelo de Bohr, y sugera que se necesitaba alguna correccin. La propuesta fue que dentro de un mismo nivel energtico existan subniveles. La forma concreta en que surgieron de manera natural estos subniveles, fue incorporando rbitas elpticas y correcciones relativistas. As, en 1916, Arnold Sommerfeld modific el modelo atmico de Bohr, en el cual los electrones slo giraban en rbitas circulares, al decir que tambin podan girar en rbitas elpticas ms complejas y calcul los efectos relativistas.l modelo atmico de Schrdinger conceba originalmente los electrones como ondas de materia. As la ecuacin se interpretaba como la ecuacin ondulatoria que describa la evolucin en el tiempo y el espacio de dicha onda material. Ms tarde Max Born propuso una interpretacin probabilstica de la funcin de onda de los electrones. Esa nueva interpretacin es compatible con los electrones concebidos como partculas casi puntuales cuya probabilidad de presencia en una determinada regin viene dada por la integral del cuadrado de la funcin de onda en una regin. Es decir, en la interpretacin posterior del modelo, ste era modelo probabilista que permita hacer predicciones empricas, pero en el que la posicin y la cantidad de movimiento no pueden conocerse simultneamente, por el principio de incertidumbre. As mismo el resultado de ciertas mediciones no estn determinadas por el modelo, sino slo el conjunto de resultados posibles y su distribucin de probabilidad.

Modelo atmico actualEl modelo atmico actual fue desarrollado durante la dcada de 1920, sobre todo por Schrodinguer y Heisenberg. Es un modelo de gran complejidad matemtica, tanta que usndolo slo se puede resolver con exactitud el tomo de hidrgeno. Para resolver tomos distintos al de hidrgeno se recurre a mtodos aproximados.De cualquier modo, el modelo atmico mecano-cuntico encaja muy bien con las observaciones experimentales.De este modelo slo diremos que no se habla de rbitas, sino de orbitales. Un orbital es una regin del espacio en la que la probabilidad de encontrar al electrn es mxima.Los orbitales atmicos tienen distintas formas geomtricas.En la simulacin que tienes a la derecha puedes elegir entre distintos tipos de orbitales y observar su forma geomtrica, se simula mediante una nube de puntos, siendo la mxima probabilidad de encontrar al electrn en la zona en que la densidad de la nube electrnica es mxima.