EL ÁTOMO

UN POCO DE HISTORIA...

Quizá muchos hayáis estudiado en clase de química de qué están hechas las cosas. Decimos que algo es de madera, metal, plástico, etc., pero en realidad sabemos que todo esto no es más que la combinación de distintos elementos, los cuales están recogidos en la Tabla Periódica. A su vez, esos elementos están formados por unas partículas diminutas llamadas átomos. Cuando en clase nos explican la configuración electrónica de los elementos, es fácil que nos hablen de la teoría de Dalton, el modelo atómico de Rutherford o el de Böhr. Sin embargo, los primeros que hablaron de átomos fueron, como en tantas otras cosas, los griegos. Incluso inventaron la palabra "átomo" que significa indivisible. ¿Sabemos algo de los creadores de la teoría atomista?

Tradicionalmente se afirma que el fundador de la escuela atomista fue el filósofo Leucipo. Sabemos muy poco de su vida, tan poco que se ha llegado a afirmar que quizá nunca existió. Sea como fuere, quien verdaderamente dio cuerpo a la teoría atomista fue Demócrito. ¿Cómo surgió la teoría?

Mucho antes del nacimiento de Cristo, 2 mil 300 años, el concepto de átomo, palabra que quiere decir “indivisible”, fue utilizado por los filósofos griegos Demócrito y Leucipo que usaron esa palabra para describir las partículas minúsculas e invisibles cuyas organización daba a la materia sus diferentes propiedades.

Durante los siglos VI a IV antes de Cristo, en las ciudades griegas surgió una nueva mentalidad, una nueva forma de ver el mundo no como algo controlado por los dioses y manejado a su capricho, sino como una inmensa máquina gobernada por una leyes fijas e inmutables que el hombre podía llegar a comprender. Fue esta corriente de pensamiento la que puso las bases de la matemática y las ciencias experimentales.

Demócrito, uno de estos pensadores griegos, en al siglo IV antes de Cristo, se interrogó sobre la divisibilidad de la materia. A simple vista las sustancias son continuas y se pueden dividir. ¿Es posible dividir una sustancia indefinidamente? Demócrito pensaba que no, que llegaba un momento en que se obtenían unas partículas que no podían ser divididas más; a esas partículas las denominó átomos, que en griego significa indivisible. Cada elemento tenía un átomo con unas propiedades y forma específicas, distintas de las de los átomos de los otros elementos.

Las ideas de Demócrito, sin estar olvidadas completamente, cayeron en desuso durante más de dos mil años.

Mientras tanto, se desarrolló la química, se descubrieron nuevos elementos y se descubrieron las leyes que gobiernan las transformaciones químicas. 

Precisamente para explicar algunas de estas leyes, las leyes ponderales, Dalton, en 1808 propuso una nueva teoría atómica. Según esta teoría, los elementos estaban formados por átomos, indivisibles e indestructibles, todos iguales entre sí, pero distintos de los átomos de los otros elementos. la unión de los átomos daba lugar a la variedad de sustancias conocidas y la ruptura de las uniones entre los átomos para formar nuevas uniones era el origen de las transformaciones químicas.

Cuando en 1800 el italiano Volta descubrió la pila eléctrica, los quimicos tuvieron una fuente continua de electricidad y se descubrieron muchos nuevos elementos gracias a ella. También se descubrió que algunas sustancias, como la sal, al disolverse en agua, podían transmitir la electricidad, mientras que otras, como el azúcar, no lo hacían.

El físico y químico inglés Faraday, en la primera mitad del siglo XIX, estableció las leyes de la electroquímica, poniendo en relación cuantitativa algunas transformaciones químicas y la electricidad e intentó hacer pasar electricidad a través del vacío (lo que demostraría la existencia de partículas de electricidad), fracasando al no lograr un vacío lo bastante perfecto.

A finales del siglo XIX Crookes obtuvo un vacío suficiente, observó que al someter en el vacío unas placas metálicas a una gran diferencia de potencial, unas partículas, con carga negativa, que se llamaron electrones, abandonaban la placa cargada negativamente y se movían hacia la que tenía carga positiva. Esas mismas partículas aparecían si se iluminaba un metal con luz ultravioleta. Estaba claro que sólo podían proceder de los átomos del metal, así que el átomo no era indivisible, estaba formado por partículas.

pero su propio discípulo Rutherford, descubrió que no podía ser así, que  toda la la carga positiva del átomo y casi toda su masa se encontraba en un reducido espacio, el núcleo atómico, mientras que su carga negativa de electrones estaban muy lejos de él, girando a su alrededor, de forma que la mayor parte del átomo estaba vacío (a escala, si el átomo tuviera el tamaño de una plaza de toros, el núcleo tendría el tamaño de un grano de arena). Posteriores investigaciones determinaron que el núcleo atómico estaba formado por dos tipos de partículas, los protones, de carga positiva, y los neutrones, sin carga eléctrica.

 

El modelo del átomo de RUTHERFORD se parecía a un sistema solar en miniatura, con los protones en el núcleo y los electrones girando alrededor.

 

 

 

El físico inglés Thompson creyó que el átomo estaba formado por una esfera de carga positiva en la que se engastaban, como pasas en un pastel, los electrones. 

Cuando Thomson propuso su modelo atómico se sabía que los átomos eran neutros. Teniendo en cuenta lo que se sabía del átomo, y luego de los experimentos mencionados, Thomson propuso el siguiente modelo:

El átomo se encuentra formado por una esfera de carga positiva en la cual se encuentran incrustadas las cargas negativas (electrones) de forma similar a como se encuentran las pasas de uva en un pastel. Además, como el átomo es neutro la cantidad de cargas positivas es igual a la cantidad de cargas negativas. (Fig. del modelo de Thomsom a la izquierda)

En 1860, los físicos alemanes Bunsen y Kirchhoff descubrieron que cada átomo, sin importar su estado, al ser calentado emite una luz de colores característica, los espectros atómicos. Gracias a su invención, se descubrió el elemento Helio, que se emplea en los globos, en el Sol, antes de sospecharse su existencia en la Tierra.

El físico danés Bohr, en 1913, explicó la existencia de los espectros atómicos suponiendo que los electrones no giran en torno al núcleo atómico en cualquier forma, sino que las órbitas de los electrones están cuantizadas mediante 3 números: 

el número cuántico principal, n, que determina la distancia al núcleo, el radio de la órbita; el número cuántico azimutal, l, que determina la excentricidad de la órbita; y el número cuántico magnético, m, que determina su orientación en el espacio. Con posterioridad se añadió un cuarto número cuántico, el número cuántico de spín, s, que indica la rotación del electrón sobre si mismo.

Para realizar su modelo atómico utilizó el átomo de hidrógeno.

Describió el átomo de hidrógeno con un protón en el núcleo, y girando a su alrededor un electrón.

En éste modelo los electrones giran en órbitas circulares alrededor del núcleo; ocupando la órbita de menor energía posible, o sea la órbita más cercana al núcleo posible.

Un átomo emitía o absorbía luz cuando un electrón pasaba de una órbita a otra Y no podían existir dos electrones en el mismo átomo, con los cuatro números cuánticos iguales.

Ya en la década de 1920 se propuso, gracias a los esfuerzos de Schrödinger, Heisenberg y el propio Bohr, la teoría de la mecánica cuántica, que da explicación del comportamiento de los electrones y átomos individualmente, en compuestos y en las transformaciones químicas... 

MODIFICACION AL MODELO ATOMICO DE BOHR

 El modelo de Bohr funcionaba muy bien para el átomo de hidrógeno. En los espectros realizados para otros átomos se observaba que electrones de un mismo nivel energético tenían distinta energía. Algo andaba mal. La conclusión fue que dentro de un mismo nivel energético existían SUBNIVELES.

 

 

En 1916, Arnold Sommerfeld modifica el modelo atómico de Bohr, en el cual los electrones sólo   giraban   en órbitas circulares, al decir que también podían girar en ORBITAS ELÍPTICAS.

 

 Esto dio lugar a un nuevo número cuántico: "El Número Cuántico Azimutal", que determina la forma de los orbitales, se lo representa con la letra "l" y toma valores que van desde 0 hasta n-1.

Valor Subnivel Significado
0 s sharp
1 p principal
2 d diffuse
3 f fundamental

MODELO ATOMICO ACTUAL

En 1923 Louis De Broglie, fue quien sugirió que los electrones tenían tanto propiedades de ondas, como propiedades de partículas, esta propuesta constituyó la base de la  "MECÁNICA CUÁNTICA"

A consecuencia de este comportamiento dual de los electrones (como onda y como partícula), surgió el principio enunciado por WERNER HEISENBERG, conocido también como "PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE", que dice:

"es imposible determinar simultáneamente y con exactitud, la posición y la velocidad del electrón"

Pero, ¿por qué?

Si queremos observar la posición de un electrón deberíamos usar una luz que posee mucha energía, con lo cual la velocidad del electrón cambiaría mucho.

En cambio, si la luz utilizada no posee la energía citada en el caso anterior, la velocidad del electrón no cambaría mucho, y podría medirse, pero no podríamos observar la posición del electrón.

Para solucionar este problema surge un nuevo concepto,

"ORBITAL ATÓMICO"

ORBITAL ATÓMICO: es la región del espacio en la cual existe mayor probabilidad de encontrar al electrón.

Representación mediante orbitales.  En ellos existe un 90-99% de probabilidad de encontrar al electrón.  En la figura representación de un ORBITAL "s" (Modelo atómico actual)