1 2.1 ANALISIS DE LA ESTRUCTURA ATOMICA 4to Cuatrimestre Ing. De Los Materiales 2.1 Análisis de la Estructura Atómica José Luis Ortega Benítez Cesun Universidad Docente: Priscila Orozco Martínez Notas de autor José Luis Ortega Benítez, Ingeniera Industrial, Cesun Universidad Cesun Universidad [email protected] 2 Introducción En este material se muestra la relación que existe entre el descubrimiento de las partículas subatómicas y el proceso a través del cual se han propuesto modelos para ayudar a comprender y explicar los fenómenos y experimentos que se realizaban en la época, así como sus limitaciones. Los modelos son representaciones hipotéticas que nos ayudan a entender el comportamiento de las manifestaciones del entorno que nos rodea. Comprenderemos que la ciencia es dinámica y que siempre habrá eventos de la naturaleza que necesitan interpretarse. 3 MODELOA ATOMICOS Hoy en día el conocimiento de la estructura del átomo nos ha permitido identificar y controlar algunos comportamientos de la materia, de tal forma que se han creado nuevos materiales y se han modificado las propiedades de otros. Ejemplos de esto son los súper conductores, los metales más resistentes y ligeros, los nuevos alimentos y medicamentos, materiales biodegradables y textiles. Prácticamente el estudio de la materia impacta en todos los ámbitos de nuestro entorno. Dalton y el primer modelo atómico El inicio de la Teoría atómica fue de gran importancia para la ciencia, con ello se pretendía comprender el comportamiento de las sustancias durante los experimentos y así darles una explicación. Dalton es el iniciador de esta revolución científica. 4 De los árabes tomó sus principios: creían que la transformación de un elemento en otro sería posible mediante un elíxir y producirían radiaciones (hay semejanza con el concepto de las reacciones nucleares) y los utilizó como operaciones unitarias (transferencias, cambio de energía y materiales en procesos físicos y físicoquímicos); de los persas retomó el concepto de volatilidad para los procesos de cambio de estado, de Lavoisier, el concepto de lo permanente para la conservación de la materia; de Leucipo la palabra “átomo” y lo asocia con el de “elemento” de Boyle; todo lo anterior le permitió elaborar una serie de hipótesis de trabajo que explicaban su posición ideológica sobre la estructura de la materia que llamó postulados, es el inicio de la Teoría atómica. Primer postulado Las sustancias se pueden dividir hasta partículas indivisibles y separadas llamadas átomos. Segundo postulado Los átomos de un mismo elemento son iguales esencialmente en masa y propiedades, los de otros elementos tienen diferente masa y no se pueden crear o destruir. 5 Tercer postulado Al combinarse dos o más átomos forman un compuesto y la fracción más pequeña de éste es un átomo compuesto, integrado por átomos compuestos idénticos en una relación numérica sencilla de átomos de cada elemento que lo conforma. Este ejemplo ocurre cuando se combina el azufre y el oxígeno. 6 Cuarto postulado En una reacción química, los átomos se reacomodan para formar nuevos compuestos. Thompson, el “budín con pasas" Joseph John Thompson (1856 – 1940). Físico inglés que en sus experimentos descubrió que los rayos catódicos eran idénticos sin importar el material de los electrodos o del gas que contenía el tubo, llega a la conclusión de que las partículas de carga negativa forman parte de todos los átomos que después Stoney nombraría como electrones en donde demuestra la relación entre la carga eléctrica y la masa de éstas partículas. Con este trabajo Thompson ganó el Premio Nobel de Física en 1906 que permitió explicar la electricidad estática descubierta por Tales de Mileto, en ese momento Faraday también realizaba experimentos con electricidad y sustancias disueltas en agua. Los experimentos que dieron origen a la propuesta del modelo atómico de Thompson se realizaron en 1897 sin embargo, los reportó hasta 1902; en éstos considera al átomo como una gran esfera con carga eléctrica positiva, en la que se distribuyen los electrones como pequeños granitos al que llamó “budín con pasas”, este modelo lo retoma Millikan en 1909 con sus experimentos de “la gota de aceite” en donde logra determinar la carga negativa del electrón. 7 Partiendo del modelo de Thompson y la identificación de la partícula con carga negativa llamada electrón, fue posible explicar posteriormente cómo se unen los compuestos que hoy se conocen como enlaces, las reacciones de electrólisis con los iones positivos y negativos, entre otras aportaciones; sin embargo, se seguía considerando al átomo continuo pero divisible. Rutherford y el núcleo (ER) Ernest Rutherford (1871-1937) físico y químico neozelandés, haciendo pasar un haz de partículas alfa a través de una laminilla muy delgada de oro logra deducir que la mayor parte del átomo es vacío y que existe una zona con carga positiva a la que llamó núcleo. Retomó los trabajos de Bequerel que se interesó por las sustancias fluorescentes (fluorescencia) empleadas en los rayos catódicos y encontró que el plechblenda despedía cierta radiación descubriendo una nueva propiedad de la materia llamada radioctividad. Rutherford, basó sus estudios en las partículas alfa, para estudiar su comportamiento colocó en una caja de plomo una muestra de radio y a cierta distancia una pantalla fluorescente y entre ambos una lámina de oro con un grosor de 4 x 10-5 m y observo lo siguiente: 8 1. La mayoría de las partículas alfa atraviesan la lámina de oro sin sufrir ninguna desviación, entonces debía haber espacios vacíos entre los átomos de oro. 2. Unas de cada 40,000 partículas alfa se desvían en un ángulo mayor de 90° en la lámina de oro, esto implicaba la existencia de un núcleo con carga positiva que provoca esta desviación. 3. Unas de cada 40,000 partículas alfa rebotaban en la lámina de oro, esto implicaba la existencia de un núcleo con carga positiva. Con estas conclusiones propone su modelo atómico que consiste en: El centro del átomo está constituido por el núcleo donde reside su masa con carga positiva, a la que llamó protón, y una atmósfera electrónica compuesta de órbitas indeterminadas en las que se encuentran los electrones como el sistema planetario, por lo que debe haber espacio vacío; sin embargo, se tenían algunas dudas sobre este modelo y fue hasta 1920 que James Chadwick , con experimentos semejantes a los de Rutherford lo confirma y además descubre una partícula atómica con una masa igual a la del protón y sin carga a la que llamó neutrón. Bohr y el átomo Niels Bohr (1885-1962) físico danés, propuso dar una explicación de por qué los elementos presentaban los espectros de emisión y absorción y por qué eran diferentes unos de otros, para ello retomó los trabajos de Max Planck acerca de los cuantos o fotones y de Gustav Kirckhoff quien estudió el color que emitía la flama del mechero cuando quemaba algunas sustancias. Bohr supuso que los electrones se encuentran y giran en órbitas definidas y que cada una contiene una cantidad de energía, por esta razón los llamó niveles de energía. Planteó que en estado basal los electrones se encuentran girando en torno a su nivel de energía, pero que éstos pueden pasar de uno a otro, para ello necesitan absorber energía, si el electrón 9 “salta” a un nivel de energía superior adquieren un estado excitado y se produce un espectro de absorción. Al regresar a su estado basal emiten energía en forma de luz o fotones y producen un espectro de emisión. El éxito del modelo de Bohr consistió en que pudo predecir con precisión basándose en su modelo el espectro del Hidrógeno. [1] 10 CONCLUSION La evolución de los modelos atómicos indica que la ciencia siempre está en constante avance y que cada día se conoce algo nuevo, el átomo inició como una partícula indivisible y posteriormente se logró dividir, es decir, que la materia es divisible y además que es discontinua y los experimentos que lo demostraron fueron: El tubo de rayos catódicos que encontró que el átomo tenía electrones. La difracción de la luz al pasar por un prisma y que se puede dividir en sus siete colores. El experimento de Rutherford y el descubrimiento del núcleo y años después el neutrón por Chadwick. Los espectros de emisión y absorción emitido por cada uno de los elementos y que presenta espectros de bandas. cada uno de los modelos atómicos ayudaron a entender algunos fenómenos, pero lo más importante es que se siguen usando para dar explicación al comportamiento de la materia. 11 Referencias [1 ] S. M. Mercado, «Modelos atómicos,» 01 08 2012. [En línea]. Available: https://e1.portalacademico.cch.unam.mx/alumno/quimica1/unidad2/modelos_atomicos/cr editos. [Último acceso: 12 08 2020].
