JOSE EMILIO CASTILLO MARROQUIN

HISTORIA DEL ATOMO

PARTICULA SUBATOMICA

EVOLUCION DEL ATOMO

MODELOS ATOMICOS

NUCLEO Y CORTEZA DEL ATOMOORBITALES ATOMICOS

ISOTOPOS

ORIENTACION ESPACIAL DE LOS ORBITALES

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El concepto de átomo existe desde la Antigua Grecia propuesto por los filósofosgriegos Demócrito, Leucipo y Epicuro, sin embargo, no se generó el concepto pormedio de la experimentación sino como una necesidad filosófica que explicara larealidad, ya que, como proponían estos pensadores, la materia no podía dividirseindefinidamente, por lo que debía existir una unidad o bloque indivisible eindestructible que al combinarse de diferentes formas creara todos los cuerposmacroscópicos que nos rodean. El siguiente avance significativo no se realizó hastaque en 1773 el químico francés Antoine-Laurent de Lavoisier postuló su enunciado:«La materia no se crea ni se destruye, simplemente se transforma». La ley deconservación de la masa o ley de conservación de la materia; demostrado más tardepor los experimentos del químico inglés John Dalton quien en 1804, luego de medirla masa de los reactivos y productos de una reacción, y concluyó que las sustanciasestán compuestas de átomos esféricos idénticos para cada elemento, perodiferentes de un elemento a otro.

HISTORIA DEL ATOMO

Luego en 1811, el físico italiano Amedeo Avogadro, postuló que a unatemperatura, presión y volumen dados, un gas contiene siempre el mismo número departículas, sean átomos o moléculas, independientemente de la naturaleza delgas, haciendo al mismo tiempo la hipótesis de que los gases son moléculas poliatómicas con lo que se comenzó a distinguir entre átomos y moléculas.

El químico ruso Dmítri Ivánovich Mendeléyev creó en 1869 una clasificación de loselementos químicos en orden creciente de su masa atómica, remarcando que existíauna periodicidad en las propiedades químicas.

La visión moderna de su estructura interna tuvo que esperar hasta el experimento deRutherford en 1911 y el modelo atómico de Bohr. Posteriores descubrimientoscientíficos, como la teoría cuántica, y avances tecnológicos, como el microscopioelectrónico, han permitido conocer con mayor detalle las propiedades físicas yquímicas de los átomos.

Una partícula subatómica es una partícula más pequeña que el átomo. Puede seruna partícula elemental o una compuesta, a su vez, por otras partículassubatómicas, como son los quarks, que componen los protones y neutrones. Noobstante, existen otras partículas subatómicas, tanto compuestas comoelementales, que no son parte del átomo, como es el caso de los neutrinosy bosones.

La mayoría de las partículas elementales que se han descubierto y estudiado nopueden encontrarse en condiciones normales en la Tierra, generalmente porque soninestables (se descomponen en partículas ya conocidas), o bien, son difíciles deproducir de todas maneras. Estas partículas, tanto estables como inestables, seproducen al azar por la acción de los rayos cósmicos al chocar con átomos dela atmósfera, y en los procesos que se dan en los aceleradores de partículas, loscuales imitan un proceso similar al primero, pero en condiciones controladas.

PARTICULA SUBATOMICA

Como partículas subatómicas, se clasifican también las partículas virtuales, que sonpartículas que representan un paso intermedio en la desintegración de una partículainestable, y por tanto, duran muy poco tiempo.

El estudio de estas partículas subatómicas, de su estructura y de susinteracciones, incluye materias como la mecánica cuántica y la física de partículas.

Por su parte el tratamiento que la teoría cuántica de campos (TCC) hace de laspartículas difiere de la mecánica cuántica en un punto importante. En TCC laspartículas no son entidades básicas, sino que sólo existen campos y posibles estadosdel espacio-tiempo (el que sean perceptibles un cierto número de partículas es unapropiedad del estado cuántico del espacio tiempo).

MODELO DE DALTON

Fue el primer modelo atómico con bases científicas, fue formulado en 1803 por JohnDalton, quien imaginaba a los átomos como diminutas esferas. Este primer modeloatómico postulaba:

La materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas átomos, que sonindivisibles y no se pueden destruir.

Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí, tienen su propio peso y cualidadespropias. Los átomos de los diferentes elementos tienen pesos diferentes.

Los átomos permanecen sin división, aun cuando se combinen en las reacciones químicas.

Los átomos, al combinarse para formar compuestos guardan relaciones simples.

Los átomos de elementos diferentes se pueden combinar en proporciones distintas yformar más de un compuesto.

Los compuestos químicos se forman al unirse átomos de dos o más elementos distintos.

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

EVOLUCION DEL ATOMO

MODELO DE THOMSON

Luego del descubrimiento del electrón en 1897 por Joseph John Thomson, sedeterminó que la materia se componía de dos partes, una negativa y una positiva. Laparte negativa estaba constituida por electrones, los cuales se encontraban segúneste modelo inmersos en una masa de carga positiva a manera de pasas en un pastel(de la analogía del inglés plum-pudding model) o uvas en gelatina. PosteriormenteJean Perrin propuso un modelo modificado a partir del de Thomson donde las «pasas»(electrones) se situaban en la parte exterior del «pastel» (la carga positiva).

Para explicar la formación de iones, positivos y negativos, y la presencia de loselectrones dentro de la estructura atómica, Thomson ideó un átomo parecido a unpastel de frutas. Una nube positiva que contenía las pequeñas partículas negativas(los electrones) suspendidos en ella.

MODELO DE RUTHERFORD

Este modelo fue desarrollado por el físico Ernest Rutherford a partir de los resultadosobtenidos en lo que hoy se conoce como el experimento de Rutherford en 1911.Representa un avance sobre el modelo de Thomson, ya que mantiene que el átomo secompone de una parte positiva y una negativa, sin embargo, a diferencia delanterior, postula que la parte positiva se concentra en un núcleo, el cual tambiéncontiene virtualmente toda la masa del átomo, mientras que los electrones se ubicanen una corteza orbitando al núcleo en órbitas circulares o elípticas con un espaciovacío entre ellos. A pesar de ser un modelo obsoleto, es la percepción más común delátomo del público no científico.

Rutherford predijo la existencia del neutrón en el año 1920, por esa razón en elmodelo anterior (Thomson), no se habla de éste.

Por desgracia, el modelo atómico de Rutherford presentaba varias incongruencias:

No explicaba los espectros atómicos.

MODELO DE BOHR

Este modelo es estrictamente un modelo del átomo de hidrógeno tomando comopunto de partida el modelo de Rutherford, Niels Bohr trata de incorporar losfenómenos de absorción y emisión de los gases, así como la nueva teoría de lacuantización de la energía desarrollada por Max Planck y el fenómeno del efectofotoeléctrico observado por Albert Einstein.

Cada órbita tiene una energía asociada. La más externa es la de mayor energía.

Los electrones no radian energía (luz) mientras permanezcan en órbitas estables.

El mayor éxito de Bohr fue dar la explicación al espectro de emisión del hidrógeno.Pero solo la luz de este elemento. Proporciona una base para el carácter cuántico dela luz, el fotón es emitido cuando un electrón cae de una órbita a otra, siendo unpulso de energía radiada.

Bohr no pudo explicar la existencia de órbitas estables y para la condición decuantización.

Bohr encontró que el momento angular del electrón es h/2π por un método que nopuede justificar.

Modelo de Schrödinger

Después de que Louis-Victor de Broglie propuso la naturaleza ondulatoria de lamateria en 1924, la cual fue generalizada por Erwin Schrödinger en 1926, seactualizó nuevamente el modelo del átomo.

En el modelo de Schrödinger se abandona la concepción de los electrones comoesferas diminutas con carga que giran en torno al núcleo, que es una extrapolaciónde la experiencia a nivel macroscópico hacia las diminutas dimensiones del átomo.En vez de esto, Schrödinger describe a los electrones por medio de una función deonda, el cuadrado de la cual representa la probabilidad de presenciaen una regióndelimitada del espacio. Esta zona de probabilidad se conoce como orbital. Lagráfica siguiente muestra los orbitales para los primeros niveles de energíadisponibles en el átomo de hidrógeno.

MODELO DE DIRAC

El modelo de Dirac usa supuestos muy similaresal modelo de Schrödinger aunque su punto de partidaes una ecuación relativista para la función de onda,la ecuación de Dirac. El modelo de Dirac permiteincorporar de manera más natural el espín delelectrón. Predice niveles energéticos similares almodelo de Schrödinger proporcionando lascorrecciones relativistas adecuadas.

MODELOS ATOMICOS

NUCLEO

El núcleo atómico es la parte central de un átomo, tiene carga positiva, y concentra más del99,9% de la masa total del átomo.

Está formado por protones y neutrones (denominados nucleones) que se mantienen unidospor medio de la interacción nuclear fuerte, la cual permite que el núcleo sea estable, a pesarde que los protones se repelen entre sí (como los polos iguales de dos imanes). La cantidadde protones en el núcleo (número atómico),.

La existencia del núcleo atómico fue deducida del experimento de Rutherford, donde sebombardeó una lámina fina de oro con partículas alfa, que son núcleos atómicosde helio emitidos por rocas radiactivas.

NUCLEO Y CORTEZA DEL ATOMO

CORTEZA ATOMICA

Se denomina así a la parte externa de un átomo que rodea al núcleo y donde orbitan los electrones. Posee un tamaño unas 50.000 veces superior al del núcleo pero sin embargo apenas posee masa.

Un orbital atómico es una determinada función de onda, espacial e independientedel tiempo a la ecuación de Schrödinger para el caso de un electrón sometido aun potencial coulombiano. La elección de tres números cuánticos en la solucióngeneral señala unívocamente a un estado mono electrónico posible.

El nombre de orbital también atiende a la función de onda en representación deposición independiente del tiempo de un electrón en una molécula. En este caso seutiliza el nombre orbital molecular.

La combinación de todos los orbitales atómicos dan lugar a la cortezaelectrónica representado por el modelo de capas electrónico. Este último se ajustaa los elementos según la configuración electrónica correspondiente.

ORBITALES ATOMICOS

Se denomina isótopos a los átomos de un mismo elemento, cuyos núcleos tienen una cantidad diferente de neutrones, y por lo tanto, difieren en masa atómica.

La palabra isótopo, (del griego: ἴσος isos 'igual, mismo'; τόπος tópos 'lugar', "en mismo sitio") se usa para indicar que todos los tipos de átomos de un mismo elemento químico (isótopos) se encuentran en el mismo sitio de la tabla periódica. Los átomos que son isótopos entre sí son los que tienen igual número atómico (número de protones en el núcleo), pero diferente número másico (suma del número de neutrones y el de protones en el núcleo).

Otros elementos tienen isótopos naturales, pero inestables, como el uranio, cuyos isótopos pueden transformarse o decaer en otros isótopos más estables, emitiendo en el proceso radiación, por lo que decimos que son radiactivos.

ISOTOPOS

Los isótopos inestables son útiles para estimar la edad de variedad de muestrasnaturales, como rocas y materia orgánica. Esto es posible, siempre y cuando, seconozca el ritmo promedio de desintegración de determinado isótopo, en relacióna los que ya han decaído. Gracias a este método de datación, se conoce la edad dela Tierra. Los rayos cósmicos hacen inestables a isótopos estables de carbono queposteriormente se integran en el material biológico, permitiendo así estimar laedad aproximada de huesos, telas, maderas, cabello, etc.

ORBITAL S

El orbital s tiene simetría esférica alrededor del núcleo atómico. En la figurasiguiente se muestran dos formas alternativas para representar la nube electrónicade un orbital s: en la primera, la probabilidad de encontrar al electrón(representada por la densidad de puntos) disminuye a medida que nos alejamosdel centro; en la segunda, se representa el volumen esférico en que el electrónpasa la mayor parte del tiempo y por último se observa el electrón.

ORBITALES P

La forma geométrica de los orbitales p es la de dos esferas achatadas hacia elpunto de contacto (el núcleo atómico) y orientadas según los ejes de coordenadas.En función de los valores que puede tomar el tercer número cuántico ml (-1, 0 y 1)se obtienen los tres orbitales p simétricos respecto a los ejes x, z e y.

ORIENTACION ESPACIAL DE LOS ORBITALES

ORBITALES DLos orbitales D tienen formas más diversas. Cuatro de ellos tienen forma de 4lóbulos de signos alternados (dos planos nodales, en diferentes orientacionesdel espacio), y el último es un doble lóbulo rodeado por un anillo (un doble cononodal). Siguiendo la misma tendencia, presentan n-3 nodos radiales. Este tiene5 orbitales y corresponde al número cuántico l (azimutal).

ORBITALES FLos orbitales f tienen formas aún más exóticas, que se pueden derivar de añadirun plano nodal a las formas de los orbitales d. Presentan n-4 nodos radiales.