El atomo y sus teorias atomicas

Introducción

Desde la antigüedad el hombre ha creado ideas y
teorías filosóficas sobre el átomo,
específicamente sobre la composición, estructura,
naturaleza de sus partes y concepto; a tal grado que hoy en
día existen estudios serios y profundos sobre tales temas,
los que a continuación se abordan de forma breve.Este tema
nos da la oportunidad de un estudio oficial, del cual ofrecemos
un resumen del contenido.

Finalmente, recordaremos que el carácter de la
materia le da una significación e importancia especial,
por esta razón la información que se proporciona es
el soporte para conocer globalmente el punto tratado para que
sirva como base importante en la consolidación del sentido
del tema.

Alrededor del 400 antes de C. el filósofo griego
Demócrito sugirió la idea de que toda la
materia está constituida de partículas elementales
minúsculas, discretas e indivisibles denominadas
átomos. La palabra átomo tenía el
significado de no divisible.

Sus ideas fueron rechazadas durante 2000 años
hasta que John Dalton en 1808, estableció su
Teoría Atómica para justificar las leyes de la
combinación química. Sus postulados pueden
resumirse así:

1 Un elemento está formado por partículas
pequeñas e indivisible llamadas átomos.

2 Todos los átomos de un elemento tienen
propiedades idénticas y distintas de los átomos de
otro elemento.

3 Los átomos se combinan entre sí para
formar moléculas de compuestos en proporciones fijas para
cada compuesto.

Resumen

El nombre «átomo» proviene del
latín atomum, y este del griego ?t?µ?? 'sin
porciones, indivisible'; también, se deriva de a-
('no') y tómo (divisible). El concepto de
átomo como bloque básico e indivisible que compone
la materia del universo fue postulado por la escuela atomista en
la Antigua Grecia. Sin embargo, no fueron considerados seriamente
por los científicos hasta el siglo XIX, cuando fueron
introducidos para explicar ciertas leyes químicas. Con el
desarrollo de la física nuclear en el siglo XX se
comprobó que el átomo puede subdividirse en
partículas más pequeñas.

Los átomos son objetos muy pequeños con
masas igualmente minúsculas: su diámetro y masa son
del orden de la billonésima parte de un metro y
cuatrillonésima parte de un gramo. Solo pueden ser
observados mediante instrumentos especiales tales como un
microscopio de efecto túnel. Más de un 99,94% de la
masa del átomo está concentrada en su
núcleo, en general repartida de manera aproximadamente
equitativa entre protones y neutrones. El núcleo de un
átomo puede ser inestable y sufrir una
transmutación mediante desintegración radioactiva.
Los electrones en la nube del átomo están
repartidos en distintos niveles de energía u orbitales, y
determinan las propiedades químicas del mismo. Las
transiciones entre los distintos niveles dan lugar a la
emisión o absorción de radiación
electromagnética en forma de fotones, y son la base de la
espectroscopia.

Teorías
atómicas

El átomo es un constituyente de la materia
ordinaria, con propiedades químicas bien definidas,
formado a su vez por constituyentes más elemental sin
propiedades químicas bien definidas. Cada elemento
químico está formado por átomos del mismo
tipo (con la misma estructura electrónica básica),
y que no es posible dividir mediante procesos
químicos.

Actualmente se conoce que el átomo está
compuesto por un núcleo atómico, en el que se
concentra casi toda su masa, rodeado de una nube de electrones.
Esto fue descubierto a principios del siglo XX, ya que durante el
siglo XIX se había pensado que los átomos eran
indivisibles, de ahí su nombre a-tómo-
'sin división'. Poco después se descubrió
que también el núcleo está formado por
partes, como los protones, con carga positiva, y neutrones,
eléctricamente neutros. Los electrones, cargados
negativamente, permanecen ligados a este mediante la fuerza
electromagnética.

Los átomos se clasifican de acuerdo al
número de protones y neutrones que contenga su
núcleo. El número de protones o número
atómico determina su elemento químico, y el
número de neutrones determina su isótopo. Un
átomo con el mismo número de protones que de
electrones es eléctricamente neutro. Si por el contrario
posee un exceso de protones o de electrones, su carga neta es
positiva o negativa, y se denomina ion.

Por lo que el concepto correcto de átomo
es el siguiente:

Lo de representativa significa que, mientras un
átomo permanezca entero o completo entonces posee las
propiedades químicas y físicas de la sustancia pura
que representa; sobre lo de su tamaño
pequeño, se dice que el átomo es tan
extremadamente pequeño que en un milímetro de papel
hay mil billones de átomos de Hidrogeno, Oxigeno y
Carbono, unidos en moléculas, los cuales pueden verse de
forma borrosa con un microscopio superpotente.

Composición
atómica:

La materia está formada de átomos, y el
átomo ¿de qué esta forma do o compuesto?
Pues bien, se dice que el átomo está formado o lo
componen muchísimas partículas más
pequeñas que él, llamadas partículas
sub-atómicas, como el neutrino, fotón,
neutrón, electrón, protón, quark,
positrón, neutrinos, mesones, muones, antiprotones, etc.;
sin embargo, se acepta mundialmente de que el átomo
está formado principalmente por tres
partículas sub-atómicas: electrón,
protón y neutrón.

Sabemos que la materia contiene energía, una
clase más que otra, y esa energía se localiza
precisamente en las partículas anteriores, excepto el
neutrón; el electrón es la partícula del
átomo que transporta la energía eléctrica
negativa (-), mientras que el protón transporta la
energía eléctrica positiva (+), y el neutrón
no posee carga eléctrica, por lo que es una
partícula neutra.

Todas estas partículas están presentes en
un átomo, menos en el átomo de Hidrogeno llamado
protio, que no contiene neutrones; así mismo, todas ellas
tienen masa, peso, volumen y un símbolo,
así:

Características de las
sub-partículas fundamentales del
átomo.

Todos los átomos de un elemento químico
tienen la misma cantidad de electrones y protones, por ejemplo,
todos los átomos del Oxigeno tienen ocho protones y ocho
electrones. Respecto al tamaño, la partícula
más grande es el neutrón, luego menos grande el
protón y por último el electrón. En lo
referente al peso, el neutrón es la partícula
más pesada, mucho menos el protón y casi nada el
electrón. En la práctica solo se toman en cuenta la
masa del neutrón y la del protón, que juntas forman
la masa atómica, despreciándose la del
electrón, pues su masa pesa 1,836 veces menos que la masa
del protón (como la tierra y el sol).

Estructura
atómica

Conocemos ya que cualquier átomo (excepto el
protio) está formado principalmente por tres
partículas sub-atómicas: protones, electrones y
neutrones. Ahora toca saber cómo estas partículas
están distribuidas dentro del átomo, lo que es
mejor conocido como estructura atómica. La esfera
atómica la podemos dividir en dos zonas o regiones: el
núcleo (esfera interior) y la corteza
(esfera exterior).

Regiones del
átomo

El núcleo
atómico

Los protones y neutrones de un átomo se
encuentran ligados en el núcleo atómico, la parte
central del mismo. El volumen del núcleo es
aproximadamente proporcional al número total de nucleones,
el número másico A, lo cual es mucho menor
que el tamaño del átomo, cuyo radio es del orden de
105 fm o 1 ångström (Å). Los nucleones se
mantienen unidos mediante la fuerza nuclear, que es mucho
más intensa que la fuerza electromagnética a
distancias cortas, lo cual permite vencer la repulsión
eléctrica entre los protones. Los átomos de un
mismo elemento tienen el mismo número de protones, que se
denomina número atómico y se representa por
Z.

El núcleo atómico puede verse alterado por
procesos muy energéticos en comparación con las
reacciones químicas. Los núcleos inestables sufren
desintegraciones que pueden cambiar su número de protones
y neutrones emitiendo radiación. Un núcleo pesado
puede fisionarse en otros más ligeros en una
reacción nuclear o espontáneamente.

En átomos con número atómico bajo,
los núcleos con una cantidad distinta de protones y
neutrones tienden a desintegrarse en núcleos con
proporciones más parejas, más estables. Sin
embargo, para valores mayores del número atómico,
la repulsión mutua de los protones requiere una
proporción mayor de neutrones para estabilizar el
núcleo.

• La corteza

Es la porción de materia de forma esférica
y que se localiza fuera del núcleo, es decir, la corteza
es la esfera externa del átomo que rodea al núcleo.
Los electrones son los que forman la corteza del átomo;
giran velozmente alrededor del núcleo; estos electrones se
encuentran en grupos, que giran velozmente alrededor del
núcleo, a manera de capas esféricas, unas encima de
las otras (superpuestas) llamadas niveles de energía;
además, se dice que la corteza tiene carga
eléctrica negativa, púes allí solo habitan
los electrones, que tienen carga negativa.

En resumen, todas las partículas que forman el
átomo están distribuidas en dos partes llamadas
núcleo y corteza; el núcleo se localiza en la parte
central del átomo y contiene los protones y neutrones, y
la corteza rodea al núcleo y está formada por los
electrones. En un capitulo siguiente se explica detalladamente la
ubicación del electrón en el
átomo.

• Partículas
  subatómicas:

A pesar de que átomo significa
"indivisible", en realidad está formado por varias
partículas subatómicas. El átomo contiene
protones, neutrones y electrones, con la excepción del
hidrógeno-1, que no contiene neutrones, y del
catión hidrógeno o hidrón, que no contiene
electrones. Los protones y neutrones del átomo se
denominan nucleones, por formar parte del núcleo
atómico. El electrón es la partícula
más ligera de cuantas componen el átomo, con una
masa de 9,11 · 10-31 kg. Tiene una carga eléctrica
negativa, cuya magnitud se define como la carga eléctrica
elemental, y se ignora si posee subestructura, por lo que se lo
considera una partícula elemental. Los protones tienen una
masa de 1,67 · 10-27 kg, 1836 veces la del
electrón, y una carga positiva opuesta a la de este. Los
neutrones tienen un masa de 1,69 · 10-27 kg, 1839 veces la
del electrón, y no poseen carga eléctrica. El
protón y el neutrón no son partículas
elementales, sino que constituyen un estado ligado de quarks
u y d, partículas fundamentales
recogidas en el modelo estándar de la física de
partículas, con cargas eléctricas iguales a +2/3 y
-1/3 respectivamente, respecto de la carga elemental. Un
protón contiene dos quarks u y un quark
d, mientras que el neutrón contiene dos
d y un u, en consonancia con la carga de ambos.
Los quarks se mantienen unidos mediante la fuerza nuclear fuerte,
mediada por gluones —del mismo modo que la fuerza
electromagnética está mediada por fotones—.
Además de estas, existen otras partículas
subatómicas en el modelo estándar: más tipos
de quarks, leptones cargados (similares al electrón),
etc.

• Nube de electrones:

Los electrones en el átomo son atraídos
por los protones a través de la fuerza
electromagnética. Esta fuerza los atrapa en un pozo de
potencial electrostático alrededor del núcleo, lo
que hace necesaria una fuente de energía externa para
liberarlos. Cuanto más cerca está un
electrón del núcleo, mayor es la fuerza atractiva,
y mayor por tanto la energía necesaria para que
escape.

Los electrones, como otras partículas, presentan
simultáneamente propiedades de partícula puntual y
de onda, y tienden a formar un cierto tipo de onda estacionaria
alrededor del núcleo, en reposo respecto de este. Cada una
de estas ondas está caracterizada por un orbital
atómico, una función matemática que describe
la probabilidad de encontrar al electrón en cada punto del
espacio. Cada orbital corresponde a un posible valor de
energía para los electrones, que se reparten entre ellos.
El principio de exclusión de Pauli prohíbe que
más de dos electrones se encuentren en el mismo orbital.
Pueden ocurrir transiciones entre los distintos niveles de
energía: si un electrón absorbe un fotón con
energía suficiente, puede saltar a un nivel superior;
también desde un nivel más alto puede acabar en un
nivel inferior, radiando el resto de la energía en un
fotón. Las energías dadas por las diferencias entre
los valores de estos niveles son las que se observan en las
líneas espectrales del átomo.

Propiedades
atómicas

Masa

La mayor parte de la masa del átomo viene de los
nucleones, los protones y neutrones del núcleo.
También contribuyen en una pequeña parte la masa de
los electrones, y la energía de ligadura de los nucleones,
en virtud de la equivalencia entre masa y energía. La
unidad de masa que se utiliza habitualmente para expresarla es la
unidad de masa atómica (u). Esta se define como la doceava
parte de la masa de un átomo neutro de carbono-12 libre,
cuyo núcleo contiene 6 protones y 6 neutrones, y equivale
a 1,66 · 10-27 kg aproximadamente. En comparación
el protón y el neutrón libres tienen una masa de
1,007 y 1,009 u. La masa de un átomo es entonces
aproximadamente igual al número de nucleones en su
núcleo —el número másico—
multiplicado por la unidad de masa atómica. El
átomo estable más pesado es el plomo-208, con una
masa de 207,98 u.

En química se utiliza también el mol como
unidad de masa. Un mol de átomos de cualquier elemento
equivale siempre al mismo número de estos (6,022 ·
1023), lo cual implica que un mol de átomos de un elemento
con masa atómica de 1 u pesa aproximadamente 1 gramo. En
general, un mol de átomos de un cierto elemento pesa de
forma aproximada tantos gramos como la masa atómica de
dicho elemento.

Tamaño

Los átomos no están delimitados por una
frontera clara, por lo que su tamaño se equipara con el de
su nube electrónica. Sin embargo, tampoco puede
establecerse una medida de esta, debido a las propiedades
ondulatorias de los electrones. En la práctica, se define
el radio atómico estimándolo en función de
algún fenómeno físico, como la cantidad y
densidad de átomos en un volumen dado, o la distancia
entre dos núcleos en una molécula.

Los diversos métodos existentes arrojan valores
para el radio atómico de entre 0,5 y 5 Å. Dentro de
la tabla periódica de los elementos, el tamaño de
los átomos tiende a disminuir a lo largo de un periodo
—una fila—, para aumentar súbitamente al
comienzo de uno nuevo, a medida que los electrones ocupan niveles
de energía más altos.

Las dimensiones del átomo son miles de veces
más pequeñas que la longitud de onda de la luz
(400-700 nm) por lo que estos no pueden ser observados utilizando
instrumentos ópticos. En comparación, el grosor de
un cabello humano es equivalente a un millón de
átomos de carbono. Si una manzana fuera del tamaño
de la Tierra, los átomos en ella serían tan grandes
como la manzana original.

Niveles de
energía

Un electrón ligado en el átomo posee una
energía potencial inversamente proporcional a su distancia
al núcleo y de signo negativo, lo que quiere decir que
esta aumenta con la distancia. La magnitud de esta energía
es la cantidad necesaria para desligarlo, y la unidad usada
habitualmente para expresarla es el electronvoltio (eV). En el
modelo mecanocuántico solo hay un conjunto discreto de
estados o niveles en los que un electrón ligado puede
encontrarse —es decir, numerables—, cada uno con un
cierto valor de la energía. El nivel con el valor
más bajo se denomina el estado fundamental, mientras que
el resto se denominan estados excitados.

Cuando un electrón efectúa una
transición entre dos estados distintos, absorbe o emite un
fotón, cuya energía es precisamente la diferencia
entre los dos niveles. La energía de un fotón es
proporcional a su frecuencia, así que cada
transición se corresponde con una banda estrecha del
espectro electromagnético denominada línea
espectral.

Algunas líneas espectrales se presentan muy
juntas entre sí, tanto que llegaron a confundirse con una
sola históricamente, hasta que fue descubierta su
subestructura o estructura fina. La causa de este fenómeno
se encuentra en las diversas correcciones a considerar en la
interacción entre los electrones y el núcleo.
Teniendo en cuenta tan solo la fuerza electrostática,
ocurre que algunas de las configuraciones electrónicas
pueden tener la misma energía aun siendo distintas. El
resto de pequeños efectos y fuerzas en el sistema
electrón-núcleo rompe esta redundancia o
degeneración, dando lugar a la estructura fina. Estos
incluyen las correcciones relativistas al movimiento de
electrón, la interacción de su momento
magnético con el campo eléctrico y con el
núcleo, etc.

Además, en presencia de un campo externo los
niveles de energía se ven modificados por la
interacción del electrón con este, en general
produciendo o aumentando la división entre los niveles de
energía. Este fenómeno se conoce como efecto Stark
en el caso de un campo eléctrico, y efecto Zeeman en el
caso de un campo magnético. Las transiciones de un
electrón a un nivel superior ocurren en presencia de
radiación electromagnética externa, que provoca la
absorción del fotón necesario. Si la frecuencia de
dicha radiación es muy alta, el fotón es muy
energético y el electrón puede liberarse, en el
llamado efecto fotoeléctrico.

Las transiciones a un nivel inferior pueden ocurrir de
manera espontánea, emitiendo la energía mediante un
fotón saliente; o de manera estimulada, de nuevo en
presencia de radiación. En este caso, un fotón
«entrante» apropiado provoca que el electrón
decaiga a un nivel con una diferencia de energía igual a
la del fotón entrante. De este modo, se emite un
fotón saliente cuya onda asociada está sincronizada
con la del primero, y en la misma dirección. Este
fenómeno es la base del láser.

Interacciones eléctricas entre
protones y electrones

Antes del experimento de Rutherford la comunidad
científica aceptaba el modelo atómico de Thomson,
situación que varió después de la
experiencia de Ernest Rutherford. Los modelos posteriores se
basan en una estructura de los átomos con una masa central
cargada positivamente rodeada de una nube de carga
negativa.

Este tipo de estructura del átomo llevó a
Rutherford a proponer su modelo en que los electrones se
moverían alrededor del núcleo en órbitas.
Este modelo tiene una dificultad proveniente del hecho de que una
partícula cargada acelerada, como sería necesario
para mantenerse en órbita, radiaría
radiación electromagnética, perdiendo
energía. Las leyes de Newton, junto con las ecuaciones de
Maxwell del electromagnetismo aplicadas al átomo de
Rutherford llevan a que en un tiempo del orden de 10-10 s, toda
la energía del átomo se habría radiado, con
la consiguiente caída de los electrones sobre el
núcleo.

Evolución del
modelo atómico

La concepción del átomo que se ha tenido a
lo largo de la historia ha variado de acuerdo a los
descubrimientos realizados en el campo de la física y la
química. A continuación se hará una
exposición de los modelos atómicos propuestos por
los científicos de diferentes épocas. Algunos de
ellos son completamente obsoletos para explicar los
fenómenos observados actualmente, pero se incluyen a
manera de reseña histórica.

Un modelo atómico no es más que el
dibujo o esquema de lo que indica su respectiva teoría,
así que cada teoría tiene su propio modelo del
átomo, recibiendo ambos el nombre de la persona que las
propuso. A partir de 1803 se han propuesto diversas
teorías y modelos atómicos, entre las cuales se
destacan las siguientes:

• Teoría y modelo atómico de Dalton
  (John Dalton).

• Teoría y modelo atómico de Thomson
  (Joseph John Thomson).

• Teoría y modelo atómico de Rutherford
  (Ernest Rutherford).

• Teoría y modelo atómico de Bohr (Niels
  Bohr).

• Teoría y modelo atómico de
  Bohr-Sommerfeld (Arnold Sommerfeld).

• Teoría y modelo atómico
  mecánico-quántico (varios
  científicos).

Teoría y
modelo atómico de Dalton

Fue propuesta por el profesor ingles de química
John Dalton, durante el periodo de 1803-1808, la que aún
es válida pero con ciertas modificaciones. Los 5 aspectos
(postulados) que contiene su teoría son más
o menos los siguientes:

• Los elementos químicos están formados
  por átomos.

• Estos átomos son indivisibles e
  indestructibles.

• Los átomos no cambian al unirse o
  combinarse, es decir, cada átomo conserva sus pro
  piedades físicas y químicas a través de
  los cambios.

• Los átomos de un mismo elemento
  químico son iguales en sus propiedades y
  peso.

Esta teoría aborda los puntos de
composición de la materia (formada por átomos), de
una propiedad química del átomo (uniones o enlaces
químicos) y de una propiedad física
(peso).

Para Dalton, el átomo no contiene
partículas más pequeñas que él y por
eso es indivisible y macizo. La teoría tiene algunos
aspectos incorrectos hoy en día, tales como:

• Los átomos si se pueden dividir en
  electrones, protones, etc.(aunque al hacerlo entonces el
  átomo deja de ser representativo del elemento
  químico de donde proviene).

• Los átomos si cambian algunas de sus
  propiedades, púes cuando se unen o combinan ganan,
  pierden o comparten electrones, produciéndose
  así nuevas sustancias.

• Muchos elementos químicos tienen en su
  interior átomos con igual cantidad de electrones y
  protones, pero con distinta cantidad de neutrones. A estos
  átomos diferentes que pertenecen a un mismo elemento
  se les conoce como isótopos, por lo que los
  átomos de un elemento químico pueden ser
  distintos en algunas propiedades.

Según el modelo de Dalton, el átomo
es la mínima cantidad de materia con forma
esférica, solido por dentro, invisible y sin poder
dividirse (que no estaba formado por otras partes más
pequeñas).

Definitivamente, la teoría de Dalton presenta
algunos aspectos válidos, y la misma sirvió de base
o punto de partida para posteriores teorías.

MODELO ATOMICO DE DALTON

Resumen sobre esta teoría:

– Antes de Dalton ya se tenían ideas sobre el
átomo.

– Con Dalton, estas ideas atómicas pasaron a ser
teoría.

– Lo correcto hasta aquí: "el átomo es la
porción más pequeñísima de la
materia, de forma esférica e invisible".

Sin embargo desapareció ante el modelo de Thomson
ya que no explica los rayos catódicos, la radioactividad
ni la presencia de los electrones (e-) o protones
(p+).

Teoría y
modelo atómico de Thomson

Esta segunda teoría fue propuesta por el
físico ingles Joseph John Thomson, en el año de
1905, como cien años después que la de Dalton.
Éste científico descubrió el
electrón, demostrando así que el átomo si es
divisible, o sea que:

• Thomson corrigió lo expresado por Dalton, de
  que el átomo era indivisible.

• Mejoro la teoría y modelo atómico del
  pasado.

Para Thomson, al igual que para Dalton, el átomo
seguía siendo la parte más pequeña de la
materia, con masa y peso, pero formado por dos partes: una sola
masa grande y que contenía la carga eléctrica
positiva (protón), y varias masas pequeñas
incrustadas (metidas) en la masa grande llamadas electrones, que
contenían la carga eléctrica negativa. Así,
esta teoría deja entrever aspectos como:

* Composición de la materia (formada de
átomos).

* El concepto de átomo (es la parte más
pequeña de la materia).

* Composición del átomo (formado por
electrones y protón).

* Estructura del átomo (como están
distribuidas las 2 cargas eléctricas dentro del
átomo).

* La naturaleza del electrón y la carga positiva
(vienen del átomo y contienen electricidad).

* El átomo es eléctricamente neutro, pues
la suma de sus cargas negativas (electrones) es neutralizada por
la carga positiva (masa grande o protón).

Respecto al modelo de Thomson, puede apreciarse
que este también era esférico, sólido y
divisible en dos partes: una masa grande esférica y que
ocupa la mayor parte del volumen o espacio del átomo
(carga positiva), y otras masas menores también
esféricas incrustadas en la masa grande (cargas
negativas), ocupando el resto del espacio del átomo. A
este modelo se le conoció con el sobrenombre (apodo) de
"budín de pasas".

MODELO ATÓMICO DE THOMSON

Indudablemente que esta teoría corrigió y
aumento nuestro conocimiento sobre el átomo, pues para
Dalton el átomo era una sola masa, y para Thomson esta
masa la forman dos clases de partículas, lo que indica que
el átomo puede dividirse. Como observación, Thomson
descubrió el protón (1906), pero un año
más tarde de haber presentado su teoría (1905), por
lo que debemos denominar protón a lo que le llamo
"masa de carga positiva".

Resumen: Con Dalton se concluyó que el
átomo es la porción más
pequeñísima e invisible de la materia. Si a lo
anterior le agregamos lo de Thomson, entonces lo correcto es que
"el átomo es la porción más
pequeñísima de la materia, y dividida en 2
partículas: protón y electrón".

Teoría y
modelo atómico de Rutherford

En 1909, el científico inglés Sir Ernest
Rutherford concluyo que la masa con carga positiva, llamada
protón por Thomson, no estaba dispersa por todo el
átomo sino que estaba localizada en el centro del mismo, a
lo cual llamo núcleo; así mismo, expreso que los
electrones giraban circularmente alrededor de este núcleo
(como los planetas alrededor del sol), en vez de estar
incrustados en todo el átomo, como aseguro Thomson. Estos
descubrimientos indujeron a Rutherford, en 1911, a proponer la
tercera teoría atómica, que supero a las
anteriores.

Hasta aquí ya estaban descubiertos el
electrón y el protón; ahora debemos agregar al
átomo el nuevo término llamado núcleo, el
que no es una subpartícula, sino el espacio ocupado por el
protón, pero que viene a darnos una mejor idea sobre la
estructura del átomo.

Básicamente, la teoría expone lo
siguiente:

– Toda la carga positiva (protón) se localiza en
la parte central del átomo, llamada
núcleo.

– Los electrones (cargas negativas) giran en forma
circular, alrededor del núcleo.

– La cantidad de carga positiva es diferente para cada
elemento químico, pero en todo caso, dicha cantidad
corresponde a la mitad de la masa total del
átomo.

– La cantidad de carga positiva (protón) es igual
a la de las cargas negativas (electrones), lo que hace que un
átomo sea neutro (cargas opuestas se anulan entre
sí).

– La masa del núcleo representa casi el 100% de
la masa total del átomo (la masa de los electrones de un
átomo es insignificante).

La teoría nos explica que el electrón y el
protón provienen (naturaleza) del átomo, y que
ambas partículas están cargadas
eléctricamente, la primera negativa y la segunda positiva;
la masa o peso de los electrones es insignificante, en
comparación con la gran masa del núcleo.

Cuando Rutherford asegura que la cantidad de carga
positiva es igual a la de las cargas negativas (electrones),
podemos pensar que al haber ocho electrones, por ejemplo,
entonces deberían haber ocho protones en el núcleo,
y esto haría que el átomo sea neutro (cargas
contrarias u opuestas se anulan entre sí). Podemos pensar
entonces que dentro del núcleo existen uno o más
protones, dependiendo de la cantidad de electrones que tenga el
átomo.

Rutherford y Thomson coinciden en que el átomo es
eléctricamente neutro; sin embargo, esta teoría fue
descartada porque no explica la manera en que los electrones
giran alrededor del núcleo, es decir, en qué orden
lo hacen o cual es el comportamiento del electrón durante
ese giro. Esto último hace pensar que los electrones
pudiesen chocar entre sí o contra el núcleo,
sabiendo en la actualidad que el electrón tiene un orden
en su giro, lo que se desconocía en ese tiempo.

El modelo atómico de Rutherford nos indica
que el núcleo se localiza en la parte central del
átomo, siendo su volumen muy reducido, y los electrones
están ubicados a su alrededor, ocupando casi la totalidad
del espacio del átomo. Éste modelo se conoce
también con los sobrenombres de "átomo nuclear" y
"sistema planetario".

MODELO ATÓMICO DE
RUTHERFORD

Dos aspectos son válidos en la teoría de
Rutherford: el haber descubierto un núcleo central en el
átomo, donde residen los protones, y el haber indicado que
los electrones giran alrededor de este núcleo,
aunque no supo explicar la forma en que lo
hacían.

Resumen: Para Thomson, el átomo
es "la porción más pequeñísima de la
materia, pero dividida en 2 partículas: protón y
electrón". Si agregamos lo de Rutherford, entonces el
átomo "es la parte más pequeña de la materia
con un núcleo central y electrones girando alrededor de
él". Esto se acerca a la verdad.

Teoría y
modelo atómico de Bohr

Niels Henrik David Bohr fue un físico de
Dinamarca, alumno de Rutherford, que estudio también el
átomo, específicamente el electrón, por lo
que en 1913 propuso la cuarta teoría y modelo
atómico. En forma resumida, sus conclusiones fueron las
siguientes:

• Coincidía con Rutherford en que, el
  átomo contiene un núcleo central formado
  por protones de carga positiva, bastante
  pequeño pero con la mayor parte de la masa del
  átomo.

• Los electrones giran alrededor del
  núcleo en una forma circular, al igual que un sistema
  planetario.

• Los espacios circulares donde giran los electrones
  son orbitas esféricas definidas, a las cuales llamo
  "capas de energía" y les asigno letras
  mayúsculas (K, L, M, N, O, etc.).

• Un átomo puede tener varias capas de
  energía, unas dentro de otras, o sea
  concéntricas, y cada capa contiene un cierto
  número de electrones.

• Los electrones pierden cada vez más
  energía, a medida que se van alejando del
  núcleo.

• Los electrones pueden absorber y perder
  energía, si ascienden o descienden de un nivel a
  otro.

Básicamente, Bohr discutió la
composición y estructura del átomo, pero más
que todo el comportamiento del electrón. El confirmo lo de
Rutherford, de que el átomo contiene un núcleo
central formado por partículas llamadas protones;
también concuerdan en que los electrones giran alrededor
del núcleo en forma circular. Ahora bien, Rutherford no
pudo explicar la manera en que los electrones giran alrededor del
núcleo, lo que sí hizo Bohr, introduciendo el
concepto de "capa de energía", que son los espacios o
regiones donde se encuentran los electrones realizando su
movimiento circular o elíptico alrededor del
núcleo. Esto último hizo que la teoría de
Bohr fuera más completa que la de Rutherford, pero
también fue descartada porque era aplicable solo para los
átomos de Hidrogeno, Helio y Litio, y no los
demás.

Entonces, hasta ahora tenemos un átomo formado
por un núcleo, que contiene los protones, y por los
electrones, que giran en capas de energía alrededor del
núcleo. Con esto, Bohr hizo su siguiente modelo
atómico.

MODELO ATÓMICO DE BOHR

(Átomo de Litio)

La capa de energía cercana al núcleo es la
primera, llamada K, luego hacia afuera sigue la segunda capa,
llamada L, y así sucesivamente; una capa de energía
u orbita se encuentra a una distancia definida de la otra, y a
medida que los electrones se alejan del núcleo luego van
perdiendo más energía. Lo novedoso aquí es
que introduce el concepto de capa o nivel de energía, lo
que es muy importante hoy en día, púes constituye
"el numero quántico principal" en la estructura
electrónica.

Resumen: Bohr está de acuerdo con
Rutherford, en que el átomo es la parte más
pequeña de la materia y que está formado por un
núcleo central y por electrones satélites; pero
agrega que tal núcleo es una masa de protones.

Teoría y modelo atómico de
Bohr-Sommerfeld

Arnold Sommerfeld estudio el modelo de Bohr y lo
modifico en 1915, agregándole lo siguiente:

–El concepto de sub-nivel de energía. Un
nivel o capa de energía (Bohr) está dividido en
sub- niveles, que son las regiones o espacios alrededor del
núcleo en donde se localizan realmente los
electrones. El nivel es un conjunto de sub-niveles, excepto el
primero que solo posee un sub-nivel (s).

–El movimiento de los electrones. Sommerfeld
afirmo que los electrones se movían tanto en forma
elíptica como circular alrededor del
núcleo.

De esta manera, la figura del átomo va
adquiriendo su forma actual, pues ahora el electrón tiene
dos números quánticos: el número
quántico principal o nivel de energía, y el
número quántico orbital o subnivel de
energía. Sin embargo, esta teoría y modelo
atómico eran incompletos pues no explicaban otros aspectos
importantes del electrón; así, varios personajes
continuaron investigando sobre la manera en que el
electrón estaba distribuido alrededor del núcleo,
resultando así la teoría y modelo atómico
actual o contemporáneo.

Así pues, el modelo atómico de
Bohr-Sommerfeld es sencillo pero incompleto, pues el átomo
sigue formado por un núcleo positivo central (aún
no hay neutrón) y por los electrones, que giran alrededor
del núcleo, en forma circular y elíptica. El
número de protones es igual al número de
electrones.

MODELO ATÓMICO DE
BOHR-SOMMERFELD

Teoría y
modelo atómico
mecánico-quántico

Esta teoría fue propuesta en 1928, y es la que se
utiliza en la actualidad; muchos hombres de ciencia contribuyeron
a conformarla, directa o indirectamente, tales como Louis de
Broglie, Dirac, Werner Heisenberg, Bohr, Erwin Schröedinger,
etc.

Esta teoría nos indica en que espacio de
la corteza del átomo podemos encontrar, con muchas
probabilidades (90%), un electrón (estado del
electrón); en otras palabras, es imposible predecir el
punto exacto en donde podemos encontrar un tan solo
electrón en un momento dado, pero si se puede calcular el
espacio o región del átomo en donde se mueve un
electrón, lo que constituye el fundamento de esta
teoría. Para poder establecer tal espacio, denominado
orbital atómico, es necesario conocer cuatro datos de
él, los llamados números quánticos, que son
como su cedula o tarjeta de identidad, los cuales son: n, l, ml y
ms (en este orden).

n llamado numero quántico principal, y es el
primer número quántico de un
electrón.

También se le conoce como nivel de energía
principal o, sencillamente, capa de energía, e indica el
número del nivel en donde se encuentra un electrón,
es decir, la distancia a la que se encuentra el electrón
con respecto al núcleo. En realidad, el nivel indica la
cantidad de energía que posee un electrón, esto es
que, electrones con cantidades distintas de energía
estarán localizados en niveles de energía
diferentes.

Todos los electrones de un átomo están
distribuidos primeramente en niveles de energía, los
cuales están identificados con números (1,2,3,4,5,6
y 7) o letras ( K, L, M, N, O, P y Q); cada nivel de
energía es una gran capa o región alrededor del
núcleo, y en la tabla periódica estos niveles de
energía están representados por las líneas
horizontales llamadas periodos, las que también
están identificadas con estos mismos números (1, 2,
3, 4, 5, 6 y 7) y letras (K, L, M, N, O, P y Q). Para el caso, un
átomo de Hidrogeno solo tienen un nivel de energía
(periodo 1 en la tabla periódica) en el cual habita el
único electrón que tiene este elemento
químico; un átomo de Oxigeno tiene dos niveles de
energía (periodo 2 en la tabla periódica) en los
cuales están distribuidos sus ocho electrones, habiendo
átomos (como el de Plutonio) que poseen hasta siete
niveles de energía, en los cuales están
distribuidos todos sus 94 electrones. Ahora bien, cada nivel
tiene su propia capacidad de albergar electrones, es decir, cada
nivel solo puede contener una cierta cantidad de electrones, y
para poder calcular esta capacidad se emplea la formula 2n2, en
donde n representa número del nivel.

Conclusión

Podemos concluir que el átomo forma una parte
fundamental en la materia y por ende en nuestra vida y
ecosistema, . Gracias a esta partícula obtenemos
beneficios tecnológicos por la investigación y
reacción de éste en sí en la
materia.

Bibliografía

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