Modelos atomicos

Modelos atómicos a lo largo de la historia

1. INGENIERÍA QUÍMICA


















NOMBRE DEL ALUMNO: DANIEL HEIR CAYETANO MORALES
PERIODO ESCOLAR SEP-DIC 20 GRUPO 703
NOMBRE DEL DOCENTE
MTRA. SARAI NINTAI OROZCO GRACIA

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL SURES TE DE
VERACRUZ
FÍSICA PARA INGENIERÍA




Resultado de Aprendizaje
MODELOS ATÓMICOS

2. UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL SURESTE DE VERACRUZ pág. 2
ÍNDICE:

INTRODUCCIÓN: .................................................................................... 3
DESARROLLO: ........................................................................................ 4
ÁTOMO: ................................................................................................... 4
ESTRUCTURA DEL ÁTOMO :........................................................................ 4
DESCUBRIMIENTO DEL PR OTÓN:............................................................... 5
DESCUBRIMIENTO DEL NE UTRÓN: ............................................................ 5
MODELO DE DALTON: .............................................................................. 7
MODELO DEL ÁTOMO CÚBICO: .................................................................. 7
MODELO SATURNINO: .............................................................................. 8
MODELO PUDIN DE PASAS: ....................................................................... 9
MODELO PLANETARIO: ........................................................................... 10
MODELO DE RUTHERFORD:.................................................................... 11
MODELO DE BOHR: ................................................................................ 12
MODELO DE SOMMERFELD: ................................................................... 13
MODELO CUÁNTICO ONDUL ATORIO: ....................................................... 13
MODELO MECÁNICO CUÁNT ICO: ............................................................. 15
CONCLUSIÓN: ....................................................................................... 16
BIBLIOGRAFÍA: .................................................................................... 17

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INTRODUCCIÓN:
El átomo es el parte más pequeño en la que se puede obtener materia de forma estable, ya
que las partículas subatómicas que la componen no pueden existir aisladamente salvo en
condiciones especiales.
El propósito de este trabajo es describir a grandes rasgos la historia del átomo y los
componentes de éste, es por ello que como primer instancia he decido plantear una
significativa definición del átomo, para posteriormente analizar su estructuras, siguiendo
este orden encontraremos los principales modelos atómicos que existen tales como, el
Modelo de Dalton, Modelo de Thompson, Modelo de Rutherford, entre otros más, en cada
uno de ellos se resaltan las principales características así como los inconvenientes, de igual
forma para una mejor compresión se ha añadido una representación visual de cada modelo.

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DESARROLLO:
Átomo:
Definimos átomo como la partícula más pequeña en que un elemento puede ser dividido
sin perder sus propiedades químicas.
El origen de la palabra proviene del griego, que significa indivisible. En el momento que se
bautizaron estas partículas se creía que efectivamente no se podían dividir, aunque hoy en
día sabemos que están formados por partículas aún más pequeñas.
Estructura del átomo:
El átomo está compuesto por tres subpartículas:
1. Protones, con carga positiva.
2. Neutrones, sin carga eléctrica (o carga neutra).
3. Electrones, con carga negativa.
A su vez, se divide en dos partes:
1. El núcleo. Formado por neutrones y protones.
2. La corteza. Formada únicamente por electrones.



Los protones, neutrones y electrones son las partículas subatómicas que forman la
estructura atómica. Lo que les diferencia entre ellos es la relación que se establecen entre
ellas.

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Los electrones son las partículas subatómicas más ligeras. Los protones, de carga positiva,
pesan unas 1.836 veces más que los electrones. Los neutrones, los únicos que no tienen
carga eléctrica, pesan aproximadamente lo mismo que los protones.
Los protones y neutrones se encuentran agrupados en el núcleo atómico. Por este motivo
también se les llama nucleones. La energía que mantiene unidos los protones y los
neutrones es la energía nuclear. Por lo tanto, el núcleo atómico, tiene una carga positiva (la
de los protones) en la que se concentra casi toda su masa. Por otra parte, alrededor del
núcleo hay un cierto número de electrones, cargados negativamente. La carga total del
núcleo (positiva) es igual a la carga negativa de los electrones, de modo que la carga
eléctrica total es neutra.
Descubrimiento del protón:
Quien descubrió el protón fue el químico y físico británico Ernest Rutherford (1871-1937).
Después de experimentar con gas nitrógeno y detectar signos de lo que parecían ser
núcleos de hidrógeno, Rutherford concluyó que probablemente esos núcleos se tratasen de
partículas elementales.
Si bien esta idea fue dada por cierta durante buena parte del siglo XX, a partir de los años
setenta la evidencia científica demostró que el protón estaba constituido por otras
partículas más pequeñas llamadas hadrones y mesones, que son, en realidad, las verdaderas
partículas elementales ya que, hasta ahora, no hay evidencia de que puedan dividirse aún
más o que contengan otras estructuras en su interior. Décadas antes del hallazgo de
Rutherford, el físico alemán Eugene Goldstein había propuesto la idea de la existencia de
los protones. Sin embargo, sus ideas no fueron tomadas en cuenta.
Descubrimiento del neutrón:
Ernest Rutherford propuso por primera vez la existencia del neutrón en 1920, para tratar de
explicar que los núcleos no se desintegrasen por la repulsión electromagnética de los
protones.
En el año 1930, en Alemania, Walther Bothe y H. Becker descubrieron que si las partículas
alfa del polonio, dotadas de una gran energía, caían sobre materiales livianos,
específicamente berilio, boro o litio, se producía una radiación particularmente penetrante.
En un primer momento se pensó que eran rayos gamma, aunque estos eran más penetrantes

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que todos los rayos gamma hasta ese entonces conocidos, y los detalles de los resultados
experimentales eran difíciles de interpretar sobre estas bases.
En 1924, el físico Louis de Broglie presentó la existencia de un elemento neutro en la
Academia de Ciencias de París. Ese mismo año, el físico peruano Santiago Antúnez de
Mayolo, durante el III Congreso Científico Panamericano, presenta la ponencia Hipótesis
sobre la constitución de la materia, en la que predijo la existencia de un elemento neutro
dentro del átomo. Cabe resaltar al respecto, que en la actualidad en ninguna obra
especializada sobre el neutrón se menciona la predicción de Antúnez de Mayolo, ni
siquiera en Historia del Neutrón de Donald J. Hughes.

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Modelo de Dalton:
El modelo atómico de Dalton

fue el primer modelo atómico con bases científicas,
propuesto en varios pasos entre 1803 y 1808 por John Dalton, aunque el autor lo denominó
más propiamente "teoría atómica".
El modelo permitió aclarar por qué las sustancias químicas reaccionaban en proporciones
estequiométricas fijas (Ley de las proporciones constantes), y por qué cuando dos
sustancias reaccionan para formar dos o más compuestos diferentes, entonces las
proporciones de estas relaciones son números enteros (Ley de las proporciones múltiples)
Además, el modelo aclaraba que, aun existiendo una gran variedad de sustancias
diferentes, estas podían ser explicadas en términos de una cantidad más bien pequeña de
constituyentes elementales o de elementos.

Modelo del átomo cúbico:
El modelo del átomo cúbico fue de los primeros modelos atómicos, en el que los electrones
del átomo estaban situados en los ocho vértices de un cubo. Esta teoría se desarrolló en
1902 por Gilbert N. Lewis, que la publicó en 1916 en el artículo «The Atom and the
Molecule» (El átomo y la molécula); sirvió para darse cuenta del fenómeno de la valencia.
Se basa en la regla de Abegg. Fue desarrollada posteriormente por Irving Langmuir en
1919, como el átomo del octeto cúbico. La figura a continuación muestra las estructuras de
los elementos de la segunda fila de la tabla periódica.

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Aunque el modelo del átomo cúbico se abandonó pronto en favor del modelo mecánico
cuántico basado en la ecuación de Schrödinger, y es por tanto sólo de interés histórico,
representó un paso importante hacia el entendimiento del enlace químico. El artículo de
1916 de Lewis también introdujo el concepto del par de electrones en el enlace covalente,
la regla del octeto, y la ahora llamada estructura de Lewis.
Modelo saturnino:
El físico japonés Hantaro Nagaoka (1865-1950) propuso en 1903 un modelo atómico con
electrones orbitando en círculos alrededor de una gran masa central positiva. Sus
investigaciones fueron publicadas en inglés en 1904.
Según Nagaoka, el sistema de partículas era similar al sistema de Saturno. Este consistía
en:
● Un gran número de partículas de igual masa dispuestos en círculos que se repelen
entre sí;
● Una masa central cargada positivamente que atrae a las otras partículas cargadas
negativamente, con la consecuente formación de anillos.
Esta configuración podría explicar los fenómenos de radiactividad recientemente
descubiertos, y los espectros de emisión de luz de los elementos.

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Modelo pudin de pasas:
El modelo atómico de Thomson es una teoría sobre la estructura atómica propuesta en
1904 por Thomson, quien descubrió el electrón en 1897, pocos años antes del
descubrimiento del protón y del neutrón. En el modelo, el átomo está compuesto por
electrones de carga negativa en un átomo positivo, incrustados en este al igual que las
pasas de un pudín (o budín). Por esta comparación, fue que el supuesto se denominó
«Modelo del pudín de pasas». Postulaba que los electrones se distribuían uniformemente
en el interior del átomo, suspendidos en una nube de carga positiva. El átomo se
consideraba como una esfera con carga positiva con electrones repartidos como pequeños
gránulos. La herramienta principal con la que contó Thomson para su modelo atómico fue
la electricidad. Este innovador modelo atómico usó la amplia evidencia obtenida gracias al
estudio de los rayos catódicos a lo largo de la segunda mitad del siglo XIX. Si bien el
modelo atómico de Dalton daba debida cuenta de la formación de los procesos químicos,
postulando átomos indivisibles, la evidencia adicional suministrada por los rayos catódicos
sugería que esos átomos contenían partículas eléctricas de carga negativa. El modelo de
Dalton ignoraba la estructura interna, pero el modelo de Thomson agregaba las virtudes del
modelo de Dalton y simultáneamente podía explicar los hechos de los rayos catódicos

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Modelo planetario:
En 1911, el físico británico nacido en Nueva Zelanda Ernest Rutherford estableció la
existencia del núcleo atómico. A partir de los datos experimentales de la dispersión de
partículas alfa por núcleos de átomos de oro, las partículas alfa empleadas por Rutherford,
muy rápidas y con carga positiva, se desviaban con claridad al atravesar una capa muy fina
de materia. Para explicar este efecto era necesario un modelo atómico con un núcleo
central pesado y cargado positivamente que provocara la dispersión de las partículas alfa.
Demostrando que el anterior modelo atómico de Thomson, con partículas positivas y
negativas uniformemente distribuidas, era insostenible. A medida en que los científicos
fueron conociendo la estructura del átomo a través de experimentos, modificaron su
modelo atómico para ajustarlos a los datos experimentales.
El físico británico Joseph Jonh Tomson observó que los átomos tenían cargas positivas y
negativas, presentando su modelo un átomo estático y macizo, las cargas positivas y
negativas estaban en reposo neutralizándose mutuamente, los electrones estaban
incrustados en una masa positiva como las pasas en un pastel de frutas, mientras su
compatriota Ernest Rutherford descubrió que la carga positiva del átomo está concentrada
en su núcleo y dedujo que el átomo debía estar formado por una corteza con los electrones
girando alrededor de un núcleo central cargado positivamente, este modelo era dinámico y
hueco, pero de acuerdo con las leyes de la física clásica, inestable.
El físico danés Niels Bohr propuso un nuevo modelo atómico, según el cual los electrones
giran alrededor del núcleo en unos niveles u orbitas bien definidas y su colega austriaco
Edwin Schödinger descubrió que, de hecho, los electrones de un átomo se comportan más
como ondas que como partículas.

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Modelo de Rutherford:
El modelo atómico de Rutherford es un modelo atómico o teoría sobre la estructura interna
del átomo propuesto por el químico y físico británico-neozelandés Ernest Rutherford en
1911, para explicar los resultados de su «experimento de la lámina de oro».
Rutherford llegó a la conclusión de que la masa del átomo se concentraba en una región
pequeña de cargas positivas que impedían el paso de las partículas alfa. Más tarde propuso
un nuevo modelo atómico que poseía un núcleo o centro en el que se concentra la masa y
la carga positiva, y que en la zona extra nuclear se encuentran los electrones de carga
negativa.
Antes de que Rutherford propusiera su modelo atómico, los físicos aceptaban que las
cargas eléctricas en el átomo tenían una distribución más o menos uniforme. Rutherford
trató de ver cómo era la dispersión de las partículas alfa por parte de los átomos de una
lámina de oro muy delgada. Los ángulos resultantes de la desviación de las partículas
supuestamente aportarían información sobre cómo era la distribución de carga en los
átomos. Era de esperar que, si las cargas estaban distribuidas uniformemente según el
modelo atómico de Thomson, la mayoría de las partículas atravesarían la delgada lámina
sufriendo solo ligeras deflexiones, siguiendo una trayectoria aproximadamente recta.
Aunque esto era cierto para la mayoría de las partículas alfa, un número importante de
estas sufrían deflexiones de cerca de 180º, es decir, prácticamente salían rebotadas en
dirección opuesta al incidente.

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Modelo de Bohr:
El modelo atómico de Bohr es un modelo clásico del átomo, pero fue el primer modelo
atómico en el que se introduce una cuantización a partir de ciertos postulados. Dado que la
cuantización del momento es introducida en forma adecuada (ad hoc), el modelo puede
considerarse transaccional en cuanto a que se ubica entre la mecánica clásica y la cuántica.
Fue propuesto en 1913 por el físico danés Niels Bohr, para explicar cómo los electrones
pueden tener órbitas estables alrededor del núcleo y por qué los átomos presentaban
espectros de emisión característicos (dos problemas que eran ignorados en el modelo
previo de Rutherford). Además el modelo de Bohr incorporaba ideas tomadas del efecto
fotoeléctrico, explicado por Albert Einstein.
En este modelo los electrones giran en órbitas circulares alrededor del núcleo, ocupando la
órbita de menor energía posible, o la órbita más cercana posible al núcleo. El
electromagnetismo clásico predecía que una partícula cargada moviéndose de forma
circular emitiría energía por lo que los electrones deberían colapsar sobre el núcleo en
breves instantes de tiempo. Para superar este problema Bohr supuso que los electrones
solamente se podían mover en órbitas específicas, cada una de las cuales caracterizada por
su nivel energético. Cada órbita puede entonces identificarse mediante un número entero n
que toma valores desde 1 en adelante. Este número "n" recibe el nombre de número
cuántico principal.

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Modelo de Sommerfeld:
El modelo atómico de Sommerfeld es un modelo atómico hecho por el físico alemán
Arnold Sommerfeld (1868-1951). Este modelo es una generalización del modelo atómico
de Bohr desde un punto de vista relativista.
El modelo atómico de Bohr funcionaba muy bien para el átomo de hidrógeno sin fallas, sin
embargo, en los espectros realizados para átomos de otros elementos se observaba que los
electrones de un mismo nivel energético tenían distinta energía, mostrando que existía un
error en el modelo. Su conclusión fue que dentro de un mismo nivel energético existían
subniveles, es decir, energías ligeramente diferentes. Además, desde el punto de vista
teórico, Sommerfeld había encontrado que en ciertos átomos las velocidades de los
electrones alcanzaban una fracción apreciable de la velocidad de la luz. Sommerfeld
estudió la cuestión para electrones relativistas.


Modelo cuántico ondulatorio:
El modelo atómico de Schrödinger (1926) es un modelo cuántico no relativista. En este
modelo los electrones se contemplaban originalmente como una onda estacionaria de
materia cuya amplitud decaía rápidamente al sobrepasar el radio atómico.
El modelo de Bohr funcionaba para el átomo de hidrógeno. En los espectros realizados
para otros átomos se observaba que electrones de un mismo nivel energético tenían
energías ligeramente diferentes. Esto no tenía explicación en el modelo de Bohr, y sugería
que se necesitaba alguna corrección. La propuesta fue que dentro de un mismo nivel
energético existían subniveles. La forma concreta en que surgieron de manera natural estos
subniveles, fue incorporando órbitas elípticas y correcciones relativistas. Así, en 1916,
Arnold Sommerfeld modificó el modelo atómico de Bohr, en el cual los electrones solo

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giraban en órbitas circulares, al decir que también podían girar en órbitas elípticas más
complejas y calculó los efectos relativistas.
El modelo atómico de Schrödinger concebía originalmente los electrones como ondas de
materia. Así la ecuación se integraría como la ecuación ondulatoria que describía la
evolución en el tiempo y el espacio de dicha onda material. Más tarde Max Born propuso
una interpretación probabilística de la di función de onda de los electrones. Esa nueva
interpretación es compatible con los electrones concebidos como partículas cuasi puntuales
cuya probabilidad de presencia en una determinada región viene dada por la integral del
cuadrado de la función de onda en una región. Es decir, en la interpretación posterior del
modelo, este era un modelo probabilista que permitía hacer predicciones empíricas, pero en
el que la posición y la cantidad de movimiento no pueden conocerse simultáneamente, por
el principio de incertidumbre. Así mismo el resultado de ciertas mediciones no están
determinadas por el modelo, sino solo el conjunto de resultados posibles y su distribución
de probabilidad.

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Modelo mecánico cuántico:
Louis de Broglie propuso que todas las partículas podrían ser tratadas como ondas de
materia con una longitud de onda Erwin Schrödinger propuso el modelo mecánico cuántico
del átomo, el cual trata a los electrones como ondas de materia. La ecuación de
Schrödinger, se puede resolver para obtener una serie de funciones de onda, cada una de
las cuales está asociada con una energía de enlace electrónica, el cuadrado de la función de
onda, representa la probabilidad de encontrar un electrón en una región dada dentro del
átomo.
Un orbital atómico está definido como la región dentro de un átomo que encierra donde
posiblemente esté el electrón el 90% del tiempo. El principio de incertidumbre de
Heisenberg afirma que no podemos conocer tanto la energía como la posición de un
electrón. Por lo tanto, a medida que sabemos con mayor precisión la posición del electrón,
sabemos menos sobre su energía, y viceversa. Los electrones tienen una propiedad
intrínseca llamada espín, y un electrón puede tener uno de dos posibles valores de espín:
espín arriba o espín abajo. Cualesquiera dos electrones que ocupan el mismo orbital deben
tener espines opuestos.

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CONCLUSIÓN:
De acuerdo a lo presentado durante este proyecto de investigación podemos analizar y
verificar los datos de los diferentes tipos de modelos atómicos que se han propuesto a lo
largo de la historia desde su descubrimiento, por ello es importante saber analizar las
aportaciones que se hicieron en dichas décadas por cada una de las mentes maestra en
dichos tiempos.
Los modelos atómicos seguirán cambiando al paso de los años pues la ciencia y la
tecnología seguirá avanzando y seguirán descubriendo nuevas cosas.
La teoría atómica de Dalton fue la base para todos los modelos que existieron hasta el más
actual. Todos ayudaron en cierto modo para llegar a una respuesta que tal vez aún no
está concluida. Pero nos ayuda a ir descubriendo y entendiendo que todo lo que vemos,
sentimos y tocamos está formado por ciertas partículas que gracias a todos los modelos
atómicos hemos llegado a comprender.

Todo este descubrimiento ha pasado por muchas etapas que con el tiempo se han ido
estudiando y avanzando siempre con la idea de poder entenderlo y llegar a una respuesta.

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BIBLIOGRAFÍA:
 BOHR, N.1988. La teoría atómica y la descripción de la Naturaleza. Madrid:
Alianza Universidad.
 COSTA I TORRES, J.M.; LLUCH I LÓPEZ, J.M.; PÉREZ I GONZÀLEZ, J.J.
1993. Química. Estructura de la materia. Barcelona: Enciclopedia Catalana.
GARZON RUIPEREZ, L. 1988. De Mendeléiev a los superelementos. Oviedo.
Servicio de Publicaciones de la Universidad de Ovi
• T. Brown,E. Le May & B. E. Burnsted “Química la ciencia central”, Prentice
Hall, 1999
• Casabo I Gispert, Jaume, “Estructura atómica y enlace químico”, Reverte S. A.
• D. Cruz, Chamizo, A. Garritz, “estructura atómica: un enfoque químico”, FEI,
1985
• Eisberg, R. & Resnick,R., “Física cuántica; átomos moléculas, sólidos, núcleos
y partículas”, Limusa, 1994.
• P. A. Cox “Introduction to Quantum Theory and Atomic Structure (Oxford
Chemistry Primers, 37)”, Oxford University Press