EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LOS MODELOS ATÓMICOS

 
 

¿CÓMO SÓN LOS ÁTOMOS?

La evolución histórica de los modelos atómicos es un ejemplo excelente del modo en que la ciencia crece. En ella vemos que, en diferentes momentos históricos, los científicos, con el conocimiento disponible, aceptaron como válidas aproximaciones que descubrimientos posteriores modificaron. In cluso llegaron a encrucijadas en las que los datos experimentales y el modelo científico aceptado entraban en absoluta contradicción. A principio del siglo XX se desarrolló una etapa de ciencia revolucionaria que cambió los principios de la Física.

 

Dalton, Thomson y Rutherford

El átomo-bola de Daton tuvo vigencia durante todo el siglo XIX, ayudando a asentar la Química como ciencia y como industria. Fue la época dorada de la Química. El descubrimiento del electrón en 1897 permitió que en 1904 JJ Thomson planteara el existencia del átom-pudding, bola de materia cargada positivamente que contenía electrones en su interior. Este modelo fue sustituido por el átomo nuclear de Rutherford en 1911. El descubriento del núcleo atómico fue un hito importantísimo, pero, al mismo tiempo, el movimiento de los electrones en torno a un centro con carga positiva introducía un problema irresoluble para la Física clásica: el átomo con núcleo no puede existir, es inestable, después de 0,00000001 s debería destruirse. Sin embargo, la experiencia nos demuestra que los átomos son estables y que la existencia del núcleo es irrefutable. Se había llegado al límite de la Física clásica. En 1911 todos los físicos sabían que era necesario inventar una nueva física que explicara los fenómenos que ocurren en el interior del átomo: la Física Cuántica.

Bohr y Schrödinger

En 1913 Bohr consiguió introducir la cuantización de la energía (principio básico de la Física Cuántica) en el átomo. La idea era sencilla: los electrones no podían estar a cualquier distancia del núcleo, solo podían ocupar capas situadas a ciertas distancias permitidas, el tamaño de las órbitas electrónicas estaba cuantizado. En este modelo las innovaciones cuánticas cohabitaban con la Física clásica, pero la mezcla funcionaba: por primera vez se podía explicar el espectro discontinuo de la luz emitida por el hidrógeno.

La introducción de la Física Cuántica en el átomo era imparable, y después de varios modelos intermedios (p.e. el de las órbitas electrónicas elípticas de De Broglie), en 1927 Schrödinger propone un modelo atómico completamente cuántico en el comportamiento del electrón estaba descrito por su función de onda. En este modelo los efectos cuánticos observados experimentalmente (p.e. cuantización de la energía) no surgían de exigencias exóticas como las introducidas por Bohr sino de la propia naturaleza del sistema atómico. La idea feliz de Schrödinger era simple: el electrón en el átomo se comporta como una onda material que, al estar confinada, solo puede vibrar de determinadas maneras. Cada uno de esos estados de vibración fueron denominados orbitales. ¡¡Un átomo era más parecido a una cuerda vibrante que a un sistema planetario!!

La evolución de desde Bohr hasta Schrödinger se debió a grandes avances experimentados por la Física (teórica y experimental) en el primer cuarto de siglo XX. Entre ellos cabe citar el Principio de Incertidumbre de Heisenberg, la dualidad onda-corpúsculo de De Broglie y la comprobación de la difracción electrónica por parte de Davisson y Germer.

 

Heisenberg, De Broglie, Davisson y Germer

En paralelo a los estudios sobre la cubierta electrónica, los físicos avanzaban en el conocimiento del núcleo. En 1920 se descubren los protones (Rutherford) y en 1932 s demuestra la existencia de los neutrones (Chadwick).

INDICE

- Evolución histórica de los modelos atómicos

- Núcleo y corteza (RUTHERFORD)

- Propiedades de la luz

- El origen de la Espectrocopía

- Modelos atómicos basados en la Física Clásica

- ¿Qué es un elemento (versión Thomson)?

- Modelo de Bohr. Primer modelo cuántico

- Origen de la Física Cuántica

- Los grandes principios de la Física Cuántica

- Modelo de Schrodinger. Modelo mecanocuántico

 

 

 

 

 

 

COMPARACIÓN DE LOS MODELOS ATÓMICOS

A modo de resumen, el siguiente vídeo le proporciona una visión gobal de la evolución de los modelos atómicos a lo largo de los siglos XIX y XX

CAMPOS DE LA FÍSICA QUE CONTRIBUYERON AL DESCUBRIMIENTO DE LA ESTRUCTURA ATÓMICA

ELECTROLISIS

La electrolisis demuestra que la materia tiene naturaleza eléctrica. Las partículas que forman la materia tienen carga eléctrica.

DESCARGAS ELÉCTRICA EN GASES A BAJA PRESIÓN

El estudio de los rayos catódicos (CROOKES y THOMSON) demuestra la existencia de partículas cargadas negativamente que son más pequeñas que el propio átomo: los electrones.

W Crookes y JJ Thomson

RADIACTIVIDAD

Hay núcleos atómicos que son inestables y emiten diversos tipos de radiación. Esta línea de investigación fue creada por Henri Becquerel cuando en 1896 demostró que el uranio emitía, sin necesidad de excitación externa, una radiación desconocida por entonces. Los estudios posteriores de Pierre y Marie Curie permitieron descubrir nuevos elementos radiactivos (polonio y radio) en 1898. En ese mismo año, Rutherford demostró la existencia de las radiaciones alfa y beta en las emanaciones del uranio. El propio Rutherford utilizó la radiación alfa para demostrar la existencia del núcleo en 1911.

Becquerel y el matrimonio Curie

Rutherford

ESPECTROSCOPÍA

La espectroscopía es la rama de la Física que estudia la interacción de la luz y la materia. En su desarrollo a lo largo del siglo XIX, fueron especialmente importantes los estudios de los espectros de la luz emitida por los elementos químicos al ser excitados. Cuando esa luz se descompone con ayuda de un espectroscopio se observa un patrón de líneas que es único para cada elemento. Durante el siglo XIX nadie supo explicar el origen de esas líneas (ese honor lo tuvo Bohr en 1913) pero sí fueron utilizadas para identificar elementos químicos (p.e. el helio se descubrió en el Sol). Fraunhofer fue el inventor del espectroscopio.

Fraunhofer