Evolución de los Modelos Atómicos

Modelo Atómico de Dalton

El Modelo Atómico de Dalton es la primera teoría científica que considera que la materia está dividida en átomos.

Postulados:

• La materia está dividida en unas partículas indivisibles e inalterables llamadas átomos.
• Todos los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí.
• Los átomos de distinto elemento tienen distintas propiedades.
• Los compuestos se forman cuando los átomos se unen entre sí.

Insuficiencias:

• Los átomos sí pueden dividirse y alterarse.
• Las experiencias de Thomson demostraron la existencia de partículas subatómicas.

Modelo Atómico de Thomson

El Modelo Atómico de Thomson propone que el átomo puede dividirse en las llamadas partículas fundamentales:

• Electrones (carga eléctrica negativa)
• Protones (con carga eléctrica positiva)
• Neutrones (sin carga)

Thomson considera el átomo como una gran esfera con carga eléctrica positiva donde los electrones se distribuyen como pequeños granos.

Insuficiencias:

• El átomo no es macizo ni compacto como suponía Thomson, es perfectamente hueco y el núcleo es muy pequeño comparado con el tamaño del átomo, según demostró E. Rutherford en sus experiencias.

Modelo Atómico de Rutherford

El Modelo Atómico de Rutherford sigue el modelo planetario y es el más utilizado hoy en día. El átomo se divide en:

• Un núcleo central que contiene los protones y neutrones.
• Una corteza formada por los electrones que giran alrededor del núcleo en órbitas circulares.

El núcleo es muy pequeño comparado con el tamaño de todo el átomo: el átomo está prácticamente hueco.

Insuficiencias:

• Se contradecía con las leyes del magnetismo de Maxwell que decían que una carga en movimiento (electrón) debería emitir radiación, con lo que en un momento el electrón caería sobre el núcleo y la materia se destruiría.

Modelo Atómico de Bohr

El Modelo Atómico de Bohr introduce los siguientes postulados:

Primer Postulado:

El electrón gira alrededor del núcleo en órbitas circulares sin emitir energía radiante.

Segundo Postulado:

Solo son posibles aquellas órbitas en las que el electrón tiene una determinada energía, así sabemos que no puede estar a cualquier distancia del núcleo sino que solo hay pocas órbitas posibles (números cuánticos).

Tercer Postulado:

La energía liberada al caer el electrón desde una órbita a otra de menor energía se emite en forma de fotón. Así cuando el átomo absorbe o emite una radiación, el electrón pasa a una órbita de mayor o menor energía y la diferencia entre ambas órbitas se corresponderá con una línea del espectro de absorción o emisión.

En el modelo original de Bohr, el número cuántico principal, n, se relaciona con el radio de la órbita circular que el electrón realiza alrededor del núcleo y también con la energía total del electrón. Fue necesario modificar el modelo para adaptarlo a los nuevos datos experimentales, así que se introdujeron otros tres números cuánticos:

• El número cuántico secundario o azimutal, l (describe la forma de las órbitas elípticas).
• El número cuántico magnético, m (describe las diferentes orientaciones de las órbitas cuando el átomo está sometido a un campo magnético externo, lo que explica el efecto Zeeman, que dice que cualquier carga eléctrica en movimiento crea un campo magnético).
• El número cuántico de espín, s (describe el sentido del giro del electrón en torno a su propio eje).

Insuficiencias:

• Mezcla entre mecánica clásica y cuántica.
• No consigue explicar cómo los átomos individuales obran recíprocamente con otros átomos para formar agregados.

Modelo Atómico Mecánico-Cuántico

El modelo atómico de Bohr quedó superado cuando la mecánica cuántica ofreció un modelo mejor. Las ecuaciones básicas del nuevo modelo fueron expuestas por W. Heisenberg y E. Schrödinger. Sus características son:

Dualidad Onda-Partícula:

L. Broglie propuso que toda partícula en movimiento lleva una onda asociada.

Principio de Indeterminación:

Heisenberg dijo que existe un límite en la precisión con que se pueden determinar simultáneamente la posición y la cantidad de movimiento de una partícula.

Las ecuaciones del modelo describen el comportamiento de los electrones dentro del átomo, su carácter ondulatorio y la imposibilidad de predecir sus trayectorias exactas, así establecen el concepto de orbital (superficies imaginarias dentro de las cuales la probabilidad de encontrar al electrón con una determinada energía es muy grande), en contraposición a las órbitas exactas (camino imaginario del electrón, pero está definido) del modelo de Bohr. Los números cuánticos describen el comportamiento de los electrones en el átomo:

• El número cuántico principal, n (indica el nivel de energía).
• El número cuántico del momento angular orbital, l (determina la forma del orbital y la energía de cada subnivel).
• El número cuántico magnético, m_l (describe la orientación del orbital en el espacio y explica el desdoblamiento de líneas espectrales al aplicar un campo magnético externo).
• El número cuántico magnético de espín, m_s (da el valor de una propiedad intrínseca del electrón y otras partículas, el espín).