ESTRUCTURA ATMICA

Modelo atmica de DaltonModelo atmico de J.J. ThomsonModelo atmico de RutherfordModelo Atmico de BohrModelo atmico de SommerfeldModelo atmico de Schrdinger

ESTRUCTURA ATMICA

Leucipo y Demcrito

Demcrito fue discpulo y sucesor de Leucipo (400 a. C.)Los tomos son eternos, indivisibles, homogneos, incompresibles e invisibles.Los tomos se diferencian solo en forma y tamao, pero no por cualidades internas.Las propiedades de la materia varan segn el agrupamiento de los tomos.Defiende que toda la materia no es ms que una mezcla de elementos originarios que poseen las caractersticas de inmutabilidad y eternidad, concebidos como entidades infinitamente pequeas y, por tanto, imperceptibles para los sentidos, a las que Demcrito llam tomos (), trmino griego que significa tanto "que no puede cortarse" como "indivisible"

La materia est formada por partculas muy pequeas llamadas tomos que son indivisibles y no se pueden destruir. (falso)Todos los tomos de un elemento son idnticos entre s, en masa y en propiedades. (falso existen los istopos), pero los tomos de diferentes elementos tienen masa diferenteLos tomos no se crean ni se destruyen en las reacciones qumicas. Los tomos de un elemento no pueden transformarse en tomos de otro elemento mediante reacciones qumicas.Los tomos, al combinarse para formar compuestos guardan relaciones simples de nmeros enteros en la menor proporcin posible. (Falso: el afirmaba que las molculas en estado gaseoso eran monoatmicas: H, O, N; y que la frmula molecular del agua era HO. Y en realidad son: H2, O2, N2 y H2O)Los tomos de elementos diferentes se pueden combinar en proporciones y formar ms de un compuesto.Los compuestos se forman al unirse tomos de dos o ms elementos.Modelo atmico de Dalton (1803-1807)

El modelo permiti aclarar la Ley de la composicin constante o ley de Proust en esa poca no se conocan las frmulas qumicas de los compuestos. Ejm.:1H2 + O2 1H2O 2g + 16g = 18g 1g + 8g = 9g 3g + 24g = 27gLey de las proporciones mltiples o ley de Dalton Cuando dos o ms elementos se combinan para generar diferentes compuestos, dada una cantidad fija de uno de ellos, las diferentes cantidades del otro que se combina con dicha cantidad fija, estn en relacin de nmeros enteros sencillos. Ejm:

S + O2 SO S + O2 SO2 S + 3/2O2 SO3 32g + 16g 32g + 32g 32g + 48g 32/16=2 48/16=3 48/32=3/2CONTRIBUCIONES DE Modelo atmico de Dalton (1803-1807)

MODELO ATMICO DE J.J. THOMSON (1904)

Luego del descubrimiento del electrn por Joseph Thompson 1897 (mucho antes del descubrimiento del protn y del neutrn), se determin que la materia se compona de dos partes, una negativa y una positiva. La parte negativa estaba constituida por electrones, los cuales se encontraban segn este modelo inmersos en una masa de carga positiva a manera de un budn de pasas.

EXPERIMENTO DE RUTHERFORDEl experimento de Rutherford fue realizado por Hans Geiger y Ernest Marsden en 1909, y publicado en 1911, bajo la direccin de Ernest Rutherford en los Laboratorios de Fsica de la Universidad de Mnchester. Los resultados obtenidos y el posterior anlisis tuvieron como consecuencia la negacin del modelo atmico de Thomson y la propuesta de un modelo nuclear para el tomo.El experimento consisti en hacer incidir un haz de partculas alfa sobre una fina lmina de oro y observar cmo dicha lmina afectaba a la trayectoria de los rayos.Las partculas alfa se obtenan de la desintegracin de una sustancia radiactiva, el polonio. Para obtener un fino haz se coloc el polonio en una caja de plomo, el plomo detiene todas las partculas, menos las que salen por un pequeo orificio practicado en la caja. Perpendicular a la trayectoria del haz se interpona la lmina de metal. Y, para la deteccin de trayectoria de las partculas, se emple una pantalla con sulfuro de cinc que produce pequeos destellos cada vez que una partcula alfa choca con l.

EXPERIMENTO DE RUTHERFORD

Pero se observ que un pequeo porcentaje de partculas se desviaban hacia la fuente de polonio, aproximadamente una de cada 8.000 partculas al utilizar una finsima lmina de oro. En palabras de Rutherford ese resultado era tan sorprendente como si le disparases un proyectil de 15 pulgadas a un pedazo de papel tis y rebotase hacia ti.Rutherford concluy que el hecho de que la mayora de las partculas atravesaran la hoja metlica, indica que gran parte del tomo est vaco, que la desviacin de las partculas alfa indica que el deflector y las partculas poseen carga positiva, pues la desviacin siempre es dispersa. Y el rebote de las partculas alfa indica un encuentro directo con una zona fuertemente positiva del tomo y a la vez muy densa.

MODELO ATMICO DE RUTHERFORD (1911) Los tomos poseen el mismo nmero de protones y electrones, por tanto son entidades neutras.El ncleo atmico est formado por partculas de carga positiva y gran masa (protones).El ncleo, adems, debe estar compuesto por otras partculas con carga neutra para explicar la elevada masa del tomo (superior a lo esperado teniendo en cuenta solo el nmero de protones).Los electrones giran sobre el ncleo compensando la atraccin electrosttica (que produce la diferencia de cargas respecto al ncleo) con su fuerza centrfuga.

Deficiencias del Modelo de Ernest Rutherford

Segn la ya probada teora electromagntica de Maxwell, al ser el electrn una partcula cargada en movimiento debe emitir radiacin constante y por tanto, perder energa.

Esto debe hacer que disminuya el radio de su rbita y el electrn terminara por caer en el ncleo; el tomo sera inestable. Por lo tanto, no se puede simplificar el problema planteado, para un electrn, que la fuerza electrosttica es igual a la centrfuga.

MODELO ATMICO DE BOHR (1913)Bohr propuso su modelo atmico en base a la detenida observacin del espectro de emisin del tomo de hidrgeno. El cientfico observ que las lneas discretas o discontinuas del espectro, a longitudes de onda muy concretas, no eran congruente con la mecnica clsica. Este hecho haca pensar dos cosas: que los espectros atmicos dependen de la estructura del tomo (cada elemento presenta un espectro distinto) y que la mecnica clsica no es vlida para explicar la estructura atmica.

MODELO DE SOMMERFELDEl modelo atmico de Bohr funcionaba muy bien para el tomo de hidrgeno, sin embargo, en los espectros realizados para tomos de otros elementos se observaba que electrones de un mismo nivel energtico tenan distinta energa, mostrando que exista un error en el modelo. Su conclusin fue que dentro de un mismo nivel energtico existan subniveles, es decir, energas ligeramente diferentes. Adems desde el punto de vista terico, Sommerfeld haba encontrado que en ciertos tomos las velocidades de los electrones alcanzaban una fraccin apreciable de la velocidad de la luz. Sommerfeld estudi la cuestin para electrones relativistas.

MODELO DE SOMMERFELD

En 1916, Sommerfeld perfeccion el modelo atmico de Bohr intentando paliar los dos principales defectos de este. Para eso introdujo dos modificaciones bsicas: rbitas casi-elpticas para los electrones y velocidades relativistas. En el modelo de Bohr los electrones solo giraban en rbitas circulares. La excentricidad de la rbita dio lugar a un nuevo nmero cuntico: el nmero cuntico azimutal, que determina la forma de los orbitales, se lo representa con la letra l y toma valores que van desde 0 hasta n-1. Las rbitas son:l = 0 se denominaran posteriormente orbitales s o Sharpl = 1 se denominaran p o principal.l = 2 se denominaran d o diffuse.l = 3 se denominaran f o fundamental.

MODELO DE SOMMERFELDPara hacer coincidir las frecuencias calculadas con las experimentales, Sommerfeld postul que el ncleo del tomo no permanece inmvil, sino que tanto el ncleo como el electrn se mueven alrededor del centro de masas del sistema, que estar situado muy prximo al ncleo al tener este una masa varios miles de veces superior a la masa del electrn.Para explicar el desdoblamiento de las lneas espectrales, observando al emplear espectroscopios de mejor calidad, Sommerfeld supuso que las rbitas del electrn pueden ser circulares y elpticas. Introdujo el nmero cuntico secundario o azimutal, en la actualidad llamado l, que tiene los valores 0, 1, 2,(n-1), e indica el momento angular del electrn en la rbita en unidades de h/2, determinando los subniveles de energa en cada nivel cuntico y la excentricidad de la rbita.

Operador Laplaciano

Modelo atmico de Schrdinger(1924)Resolviendo la ecuacin de Schrdinger tendremos la funcin de onda, es decir, los que nos va a dar esencialmente la forma de los orbitales atmicos y los valores propios de energa de los electrones. As para poder resolver este sistema matemtico se necesita aplicar unas condiciones de contorno, unos parametros restrictivos permitiendo obtener los nmeros cunticos con un sentido matemtico a diferencia de lo que ocurra con el modelo atmico de Bohr. Estos nmeros cunticos son: n, l, m y sRealmente no existe una rbita definida entorno al ncleo, lo que tenemos es diferentes posiciones que el electrn puede tomar entorno al ncleo, o sea una probabilidad de que el electrn se encuentre en una zona entorno al ncleo, la zonas ms cercanas al ncleo tienen mayor probabilidad de que el electrn se encuentre en ellas que las zonas ms alejadas, aqu por tanto lo que tenemos es una nube difusa de carga y si trazsemos una superficie tridimensional en la cual tuvisemos un 90% de probabilidades de hallar al electrn, es a ello a lo que llamamos ORBITAL ATMICO que viene dado matemticamente por 2.

Insuficiencias del modelo de Schrdinger Si bien el modelo de Schrdinger describe adecuadamente la estructura electrnica de los tomos, resulta incompleto en otros aspectos:El modelo de Schrdinger en su formulacin original no tiene en cuenta el espn de los electrones, esta deficiencia es corregida por el modelo de Schrdinger-Pauli.El modelo de Schrdinger ignora los efectos relativistas de los electrones rpidos, esta deficiencia es corregida por la ecuacin de Dirac que adems incorpora la descripcin del espn electrnico.El modelo de Schrdinger si bien predice razonablemente bien los niveles energticos, por s mismo no explica por qu un electrn en un estado cuntico excitado decae hacia un nivel inferior si existe alguno libre. Esto fue explicado por primera vez por la electrodinmica cuntica y es un efecto de la energa del punto cero del vaco cuntico.