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CAMARGO

SANTIAGO

BRIANCARO

ANDRESARENAS

Modelos Atomicos

PRESS START

Modelos Atomicos

450 a.c

Democrito y leucipo

1926

schrödinger

1911

Rutherford

1916

sommerfeld

1913

Bohr

1904

Thomson

1803

Dalton

CRONOLOGÍA

1916

Sommerfeld

Introduccion al modelo de Bohr

Introduccion al modelo de Schrödinger

1926

Schrödinger

1913

Borh

1911

Rutherford

1904

Thomson

1803

CRONOLOGÍA

Dalton

4. Una reacción química es un reordenamiento de átomos.

3. Los compuestos son combinaciones de dos o más tipos de átomos.

2. Todos los átomos de un elemento dado son idénticos en masa y en propiedades.

1. Toda la materia está hecha de átomos.

Podemos resumir el modelo de Dalton, en 4 postulados fundamentales:

Dalton propone su modelo atómico basándose en dos leyes fundamentales: La ley de conservación de la masa y la ley de composición constante.

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¿En qué consiste?

MODELO ATÓMICO de dalton

Este modelo predecesor del de Dalton, se basaba en un átomo con carga positiva, con electrones incrustados de manera uniforme en su interior. Por su parecido, se le conoce como el modelo de budín de pasas.

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Gracias a la experimentación con tubos de rayos catódicos, Thomson descubriría la primera partícula subatómica, los electrones, pequeñas partículas con carga eléctrica negativa. Este descubrimiento lo llevaría a plantear su modelo atómico.

Modelo atómico de Thomson

¿En qué consiste?

Rutherford planteó que en el centro del átomo se encuentra el núcleo, donde se encuentra la carga positiva y prácticamente toda la masa. La carga positiva de los protones es compensada con la carga negativa de los electrones, que se hallan fuera del núcleo.

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Para hablar del modelo atómico de Rutherford, primero tenemos que saber en qué se basó Rutherford para plantear su teoría:

¿En qué consiste?

MODELO ATÓMICO de Rutherford

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El átomo se asemeja a un sol rodeado de planetas (como el de Rutherford). También se puede usar para ilustrar los rayos de luz infrarroja, visible y ultravioleta.

Bohr rediseña el movimiento de los electrones a uno planetario y combina las ideas de Max Planck y Einstein explicando la emisión del átomo de hidrógeno. La energía de los electrones no puede tomar cualquier valor y, el átomo no irradia estando estacionario. Aunque solo explicó el espectro del hidrógeno, generalizó las órbitas, las cuales no pueden ser trayectos fijos y definidos. Este modelo no funcionaba para polielectrónicos.

Modelo atómico de Bohr

¿En qué consiste?

El modelo de Bohr no presentaba fallas si tomábamos en cuenta solo los átomos de hidrógeno; sin embargo, se observó que, para átomos de otros elementos, los electrones en un mismo nivel energético tenían distinta energía. Gracias a estas observaciones, Sommerfeld concluyó que existían distintos subniveles de energía en los niveles energéticos.

El modelo atómico de Sommerfeld surge para corregir ciertas inconsistencias del modelo de Bohr.

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¿En que consiste?

MODELO ATOMICO de sommerfeld

Louis de Broglie

El gran Louis de Broglie, fue quien propuso lo que conocemos como la dualidad del electrón. Más específicamente, propuso que la materia y la radiación tienen propiedades tanto de onda como de partícula, y esto no solo lo pensó, sino que lo comprobó gracias a cálculos. El séptimo duque de Broglie ganó su nobel en 1929 gracias a este descubrimiento.

Ya comentamos cómo Bohr en el desarrollo de su modelo se centró en el estudio del espectro de emisión que se produce cuando los electrones pierden o ganan electrones. Sin embargo, quedó la duda en el aire, acerca de ¿qué relación tenían los fotones con los electrones?

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DUALIDAD DEL ELECTRON

Antes de abordar el modelo de Schrödinger, es importante reconocer el trabajo de genios clave en su desarrollo.

Introducción al modelo mecánico cuántico

Werner Heisenberg

Su famoso principio de incertidumbre nos deja claro algo, no podemos calcular la ubicación precisa y el momento del electrón (producto entre su masa y la velocidad) a la vez. Si conocemos bien la posición del electrón, ósea, la incertidumbre en su ubicación es pequeña, no sabemos nada acerca de su momento, por lo cual la incertidumbre del momento es muy grande, y viceversa.

PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE

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Si de mecánica cuántica hablamos, no podemos olvidar el nombre de Werner Heisenberg, físico alemán también ganador del Nobel y sin duda pieza fundamental para el desarrollo del modelo de Schrödinger.

Introducción al modelo mecánico cuántico

Orbital atomico

Schrödinger concibe a los electrones como ondas de materia, guiándose de los postulados de Broglie. Él sugirió que el movimiento de los electrones alrededor del electrón correspondía a la dualidad onda-partícula, por lo cual los electrones pueden moverse como ondas estacionarias alrededor del núcleo.

¿En que consiste?

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Los avances en el estudio del átomo, como los niveles de energía de Bohr, los subniveles de Sommerfeld, la dualidad del electrón de De Broglie y el principio de incertidumbre de Heisenberg, condujeron al modelo mecánico cuántico.

MODELO ATOMICO DE Schrödinger

Ecuacion independiente del tiempo

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Ecuacion dependiente del tiempo

Partiendo de fundamentos matemáticos, Schrödinger desarrolló un modelo matemático para así determinar la probabilidad de encontrar un electrón dentro de un átomo. Acá es importante destacar a Max Born, que propuso una interpretación probabilística de la difusión de onda de los electrones, la cual es la magnitud para poder calcular la probabilidad de encontrar una partícula en el espacio o su cantidad de movimiento. Recordemos que no se pueden conocer ambas, a la vez, por el principio de incertidumbre de Heisenberg. Existen dos formas de la ecuación de Schrödinger: la ecuación dependiente del tiempo, que es la forma más general, y la independiente del tiempo.

Ecuacion de Schrödinger

ESPERAMOS HAYA APRENDIDO ALGO NUEVO :D

FIN DE LA PRESENTACIÓN

GRACIAS

Lo que dice basicamente es que el producto de la incertidumbre en la posición de una partícula y la incertidumbre en su momento nunca puede ser inferior a la mitad de la constante de Planck reducida

Donde la es la constante de Planck (para simplificar, suele escribirse como )

Esta relación expresa el principio de incertidumbre de Heisenberg:

Enunciado matematico

Erwin Schrödinger

Seguro has oído hablar de él por un gato, pero hay mucho más para hablar de Schrödinger, considerado uno de los padres de la mecánica cuántica. Erwin Schrödinger (12 de agosto de 1887 – 4 de enero de 1961) fue un físico y filósofo austriaco, que aportó grandes contribuciones tanto en la mecánica cuántica, como en la termodinámica, y que además en 1933 ganó el nobel por haber desarrollado su famosa ecuación que lleva su apellido como nombre. En esta presentación hablaremos de su modelo atómico, considerado el modelo actual.

El fenómeno fotoeléctrico

Esta ecuación se fundamenta en que las funciones de onda se pueden comportar como ondas estacionarias, denominados estados estacionarios (también llamados orbitales). Esto implica que ciertos puntos, denominados nodos, permanecen quietos, y funcionan como soporte para que el resto de la estructura se mueva a su alrededor. En resumen, esta ecuación independiente del tiempo describe los estados estacionarios.

: Operador Hamiltoniano.

: Función de onda del sistema cuántico.

: Constante de proporcionalidad.

Tenemos que:

Ecuacion independiente del tiempo

John Dalton

Nació y falleció en el Reino Unido. Fue naturalista, químico, matemático y meteorólogo británico y es reconocido en mayor medida por establecer el primer modelo atómico aceptado en la comunidad científica, por lo cual es considerado el padre de la teoría atómica moderna. Además de establecer su modelo atómico, Dalton también es reconocido por su tabla de pesos relativos, como por su simbología para representar átomos, entre más cosas que ayudaron a sentar las bases de la química moderna.

Número cuántico secundario

El modelo de Sommerfeld dio lugar a un nuevo número cuántico, llamado número cuántico azimutal o de momento angular, y es el que determina tanto la forma como el subnivel de energía. Este se denota con L y toma valores que van desde 0 hasta n-1, siendo n el valor del número cuántico principal. Como dato de importancia, cada orbital puede albergar máximo dos electrones.

  • Millikan: Desarrolló los rayos x y, mediante la subida de la carga, caían más lento las gotas. Con cierto nivel de carga, se igualaban las fuerzas eléctricas y gravitacionales. Con la medición del voltaje y la masa de la gota, se conoce la carga del electrón, siendo esta de 1,758*10^11 C/kg.

Descubrimientos importantes

  • Becquerel y los esposos Curie: Encuentran y exponen nuevos elementos químicos y fenómenos radiactivos en estos.
  • Planck: Compartió la cuantización de la energía que dictamina solo la absorción o emisión de energía en cantidades “cuantos” describiendo el comportamiento de la energía en los ambientes atómicos
  • Einstein: Investigación del fenómeno fotoeléctrico y la emisión de electrones.

¿Que postulo somemerfeld?

Sommerfeld se ayudó bastante con los postulados relativistas de Einstein y además descubrió que ciertos electrones se movían a una velocidad muy parecida a la de la luz, por lo que realizó los cálculos para átomos relativistas. Podemos decir que es una version relativista del modelo de Bohr.La novedades mas importantes del modelo de Sommerfeld:

• Los electrones se mueven alrededor del núcleo, en órbitas tanto circulares como elípticas.• A partir del segundo nivel energético existen uno a varios subniveles, en el mismo nivel.• El electrón es una corriente eléctrica minúscula.

En la actualidad se sabe que varios de estos postulados sufren inconsistencias o son erróneos, pero es importante tener en cuenta, todas las limitaciones que tenía Dalton en su época. Los errores que se encuentran son:

  • Dalton sostenía que los átomos eran partículas indivisibles, pero hoy se sabe de sobra que se componen de electrones, protones y neutrones.
  • Dalton decía que todos los átomos del mismo elemento tenían la misma masa y realmente puede variar por la presencia de isótopos con el mismo número atómico pero distinto número másico.

Errores en los postulados

Experimento de la lámina de oro

Rutherford realizó una serie de experimentos donde dirigió un haz de partículas alfa hacia una lámina de oro. Según el modelo del budín de pasas de Thomson esas partículas al chocar con la lámina deberían atravesarla; sin embargo, Rutherford descubrió algo que revolucionaria los modelos atómicos anteriores. Rutherford vio que las partículas atravesaban, pero también se dio cuenta de que algunas rebotaban hacia distintos lados. Este fue el gran descubrimiento donde Rutherford dio a conocer el núcleo del átomo.

Niels Bohr fue un físico danés que trabajó en la comprensión del átomo y la mecánica cuántica.Bohr, en su modelo atómico, rediseña el movimiento de los electrones a uno planetario, combina las ideas de Max Planck y Einstein explicando la emisión del átomo de hidrógeno. Propone que la energía de los electrones no puede tomar cualquier valor y el átomo no irradia estando estacionario. Aunque solo explicó el espectro del hidrógeno, generalizó las órbitas, las cuales no pueden ser trayectos fijos y definidos. En 1922 Bohr fue galardonado con el Nobel de física.

Niels Bohr

El tubo de rayos catódicos (TRC)

Modelo de Bohr

Max Born, físico y matemático alemán, ganador del Nobel en 1954.

Subnivel d

Cuenta con 5 orbitales, con formas más complejas y de variadas orientaciones. Todos cuentan con cuatro lóbulos, a excepción del último que destaca por un anillo que rodea a dos lóbulos. En total albergan 10 electrones.

Subnivel f

Este último cuenta con 7 orbitales con formas aún más complejas y de las cuales pasamos de describir (observar imagen de referencia). Estos pueden contener máximo 14 electrones.

Subnivel p

Cuenta con 3 orbitales, orientados según los ejes de coordenadas. Su forma se asemeja a la de dos lóbulos con punto de contacto en el núcleo. En total albergan 6 electrones.

Subnivel S

Este subnivel solo cuenta con un orbital, el cual solo puede albergar como máximo dos electrones. Tiene una forma esférica alrededor del núcleo del átomo.

Siguiendo con el principio de incertidumbre, se establece el concepto de orbital atómico, el cual se define como la región que hay dentro de un átomo, donde hay un 90% de posibilidades de que se encuentre el electrón.

Orbital atomico

Thomson sabía que la materia y, por lo tanto, los átomos son por defecto eléctricamente neutros, por lo cual intuyó, que debía existir una masa con carga positiva al interior del átomo que pudiera contrarrestar la carga negativa de los electrones. Es por esto que describió a los átomos como un conjunto de electrones dispersos en una nube cargada positivamente.

Neutralidad eléctrica de la materia

Arnold Sommerfeld

Arnold Sommerfeld fue un físico alemán, nacido en Königsberg, y es reconocido por sus aportaciones a la física atómica y cuántica, como también por su labor de docente, siendo director de tesis doctorales de futuros ganadores del Nobel.En 1916, Sommerfeld propone su modelo atómico, que es considerado como una versión relativista del modelo de Rutherford-Bohr, por lo tanto, buscaba corregir las deficiencias de este.

LOUIS DE BROGLIEFísico francés, ganador del Nobel en 1929.

Ernest Rutherford

Ernest Rutherford fue un físico neozelandés, el cual ganó el premio nobel de química en 1908 gracias a sus investigaciones en radiación. Gracias a sus estudios, logró clasificar las partículas radioactivas en alfa, beta y gamma. Su famoso experimento en donde disparaba partículas alfa hacia una lámina de oro concedió un gran descubrimiento, el cual era que la mayor parte del átomo estaba vacío y había una zona de carga positiva que llamó «núcleo». Gracias a este descubrimiento propone su modelo atómico.

Donde es la constante de Planck y es el momento lineal de la partícula de materia.

Entremos a tecnicismos, Broglie definió la longitud de onda λ (denotada con la letra griega lambda) de la onda asociada a la materia era:

Formula de la longitud de onda

Ley de la composición constante

Establece que un compuesto puro siempre tendrá la misma proporción de los mismos elementos. Por ejemplo, la molécula de agua que siempre tiene la misma proporción de átomos de hidrógeno y oxígeno.

Ley de la conservación de masa

Establece que en un sistema cerrado la materia no se crea ni se destruye, es decir, que en una reacción química, la masa total del sistema permanece constante.

J.J Thomson

Joseph John Thomson también fue un científico británico, muy destacado por sus grandes aportes a la teoría atómica. En 1897, a través de una serie de experimentos con tubos de rayos catódicos, Thomson descubre la primera partícula subatómica, el electrón. Este descubrimiento lo llevó a proponer su modelo atómico, reconocido como el modelo del budín de pasas. Además, en 1906 recibió su Nobel de física.

Democrito

Demócrito fue un filósofo, discípulo de Leucipo, el cual planteó su idea sobre la teoría atómica con base en lo planteado por su maestro. Él afirmó que los átomos no eran invisibles, sino que eran partículas muy pequeñas e indestructibles.

Leucipo

Nos encontramos en la antigua Grecia, donde un filósofo llamado Leucipo planteaba el inicio de una de las ideas más trascendentes para el mundo de la ciencia. Leucipo planteó que todo está compuesto por partículas invisibles llamadas «átomos».

WERNER HEISENBERGFísico Alemán, ganador del Nobel en 1932.

Si queremos conocer la trayectoria de un electrón, observamos cómo cambia su función de onda en el tiempo, ya que esta contiene toda la información necesaria para conocer el estado del electrón. Para ello, usamos esta complicada ecuación que tiene como objetivo explicarnos cómo evoluciona la función de onda de un sistema con el tiempo, a partir de la energía de este y de las condiciones externas que lo rodean. Como las funciones de onda se rigen en base al principio de incertidumbre, como ya mencionamos varias veces, podremos conocer cómo evoluciona esta partícula, pero nunca su ubicación y momento, a la vez. Solo podremos conocer la probabilidad de su posición o momento en un tiempo específico.

Ecuacion dependiente del tiempo

G.P. Thomson

No confundir con su padre, J.J. Thomson, de quien ya hablamos anteriormente. Quien diría que el hijo de Thomson ganaría un nobel en 1937, así como su padre, está vez por comprobar experimentalmente la dualidad del electrón. G. P. Thomson efectuó experimentos de difracción de electrones con una hoja metálica delgada, policristalina, como blanco.