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8/10/2019 Modelo atmico de Dalton, Thompson, Rutheford y Bohr.docx

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Modelo atmico de DaltonDe Wikipedia, la enciclopedia libreSaltar a:navegacin,bsqueda

tomo de Dalton
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Varios tomos y molculas representados en A New System of Chemical Philosophy (1808de John Dalton )

El modelo atmico de Daltonsurgido en el contexto de la qumica, fue el primermodeloatmico con bases cientficas, formulado en 1808 porJohn Dalton.El siguiente modelo fueelmodelo atmico de Thomson.

El modelo permiti aclarar por primera vez por qu las sustancias qumicas reaccionabanenproporciones estequiomtrcasfijas (Ley de las proporciones constantes), y por qucuando dos sustancias reaccionan para formar dos o ms compuestos diferentes, entonceslas proporciones de estas relaciones son nmeros enteros (Ley de las proporcionesmltiples). Por ejemplo 12 g de carbono (C), pueden reaccionar con 16 g de oxgeno (O 2)para formarmonxido de carbono(CO) o pueden reaccionar con 32 g de oxgeno paraformardixido de carbono(CO2). Adems el modelo aclaraba que an existiendo una granvariedad de sustancias diferentes, estas podan ser explicadas en trminos de una cantidadms bien pequea de constituyentes elementales o elementos. En esencia, el modelo
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explicaba la mayor parte de la qumica defines del siglo XVIII y principios del siglo XIX,reduciendo una serie de hechos complejos a una teora combinatoria realmente simple.

ndice

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1 Postulados de Dalton 2 Insuficiencias del modelo 3 Vase tambin 4 Notas

[editar] Postulados de Dalton

Dalton explic suteoraformulando una serie de enunciados simples:1

1.

Lamateriaest formada por partculas muy pequeas llamadastomos,que sonindivisibles y no se pueden destruir.

2. Los tomos de un mismo elemento son iguales entre s, tienen su propiopesoycualidades propias. Los tomos de diferentes elementos tienen pesos diferentes.Comparando los pesos de los elementos con los del hidrgeno tomado como launidad propuso el concepto depeso atmico relativo.

3. Los tomos permanecen sin divisin, an cuando se combinen en lasreaccionesqumicas.

4. Los tomos, al combinarse para formarcompuestosguardan relaciones simples.

5.

Los tomos de elementos diferentes se pueden combinar en proporciones distintas yformar ms de un compuesto.6. Los compuestos qumicos se forman al unirse tomos de dos o ms elementos

distintos.

La materia est formada por partculas muy pequeas llamadas tomos. Estos tomos no

se pueden dividir ni romper, no se crean ni se destruyen en ninguna reaccin qumica, ynunca cambian.

Los tomos de un mismo elemento son iguales entre s, tienen la misma masa ydimensiones. Por ejemplo: todos los tomos dehidrgenoson iguales.

Por otro lado, los tomos de elementos diferentes son diferentes. Por ejemplo: los tomosdeoxgenoson diferentes a los tomos dehidrgeno.

Los tomos pueden combinarse para formar compuestos qumicos. Por ejemplo: los tomosde hidrgeno y oxgeno pueden combinarse y formar molculas de agua.
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Los tomos se combinan para forman compuestos en relaciones numricas simples. Porejemplo: al formarse agua, la relacin es de 2 a 1 (dos tomos de hidrgeno con un tomode oxgeno).

Los tomos de elementos diferentes se pueden combinar en proporciones distintas y formar

ms de un compuesto. Por ejemplo: un tomo decarbonocon uno de oxgeno formanmonxido de carbono(CO), mientras que dos tomos de oxgeno con uno de carbono,formandixido de carbono(CO2).

[editar] Insuficiencias del modelo

La hiptesis de John Dalton que afirmaba los elementos en estado gaseoso eranmonoatmicosy que los tomos de los elementos para formar tomos de los compuestos,loque hoy llamamosmolcula,se combinaban la menor proporcin posible, gener algunasdificultades. Por ejemplo, Dalton pens que la frmula delaguaera HO. En consecuenciade esto se realizaron clculos errneos sobre la masa y peso de algunos compuestos

bsicos.

En 1805,Gay-Lussacy von Humboldt mostraron que el agua estaba formada por doshidrgenos y un oxgeno. En 1811,Amedeo Avogadroconcret la exacta composicin delagua, basndose en lo que hoy se conoce comoLey de Avogadroy la evidencia de laexistencia demolculas diatmicashomonucleares.No obstante, estos resultados fueronignorados en su mayor parte hasta 1860. Esto fue, en parte, por la creencia de que lostomos de un elemento no tenan ningunaafinidad qumicahacia tomos del mismoelemento. Adems, algunos conceptos de la disociacin de molculas no estaban explicadosen la Ley de Avogadro.

En 1860, en elCongreso de Karlsruhesobre masas y pesos atmicos,Cannizzarorevivilas ideas de Avogadro y las us para realizar una tabla peridica depesos atmicos,quetenan bastante similitud con los actuales valores. Estos pesos fueron un importanteprerrequisito para el descubrimiento de laTabla peridicadeDmitri MendelyevyLotharMeyer.

Hasta la segunda mitad del siglo XIX no aparecieron evidencias de que los tomos fuerandivisibles o estuvieran a su vez constituidos por partes ms elementales. Por esa razn elmodelo de Dalton no fue cuestionado durante dcadas, ya que explicaba adecuadamente loshechos. Si bien el modelo usualmente nacido para explicar los compuestos qumicos y lasregularidades estequiomtricas, no poda explicar las regularidades peridicas en las

propiedades de los elementos qumicos tal como aparecieron en latabla peridica de loselementosdeMendeleiev(esto slo sera explicado por los modelos que suponan el tomoestaba formado por electrones dispuestos en capas). El modelo de Dalton tampoco podadar cuenta de las investigaciones realizadas sobrerayos catdicosque sugirieron que lostomos no eran indivisibles sino que contenan partculas ms pequeas cargadaselctricamente.
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Predecesor:-

'Modelo atmico de Dal ton'1808

Sucesor:Modelo atmico de

Thomson
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Modelo atmico de BohrDe Wikipedia, la enciclopedia libreSaltar a:navegacin,bsqueda

Diagrama del modelo atmico de Bohr.

El modelo atmico de Bohro de Bohr-Rutherfordes un modelo clsico del tomo, perofue el primer modelo atmico en el que se introduce unacuantizacina partir de ciertospostulados (ver abajo). Fue propuesto en1913por el fsico dansNiels Bohr,para explicarcmo loselectronespueden tenerrbitas establesalrededor delncleoy por qu los tomospresentaban espectros de emisin caractersticos (dos problemas que eran ignorados en elmodelo previo de Rutherford). Adems el modelo de Bohr incorporaba ideas tomadas delefecto fotoelctrico,explicado porAlbert Einsteinen1905.

ndice

[mostrar]

o

[editar] Introduccin

Bohrse bas en eltomodehidrgenopara hacer el modelo que lleva su nombre. Bohrintentaba realizar un modelo atmico capaz de explicar la estabilidad de lamateriay losespectros de emisin y absorcin discretos que se observan en los gases.Describi eltomode hidrgeno con unprotnen el ncleo, y girando a su alrededor un electrn. El modeloatmico de Bohr parta conceptualmente delmodelo atmico de Rutherfordy de lasincipientes ideas sobre cuantizacin que haban surgido unos aos antes con lasinvestigaciones deMax PlanckyAlbert Einstein.Debido a su simplicidad el modelo de
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7/22

Bohr es todava utilizado frecuentemente como una simplificacin de la estructura de lamateria.

En este modelo los electrones giran en rbitascircularesalrededor del ncleo, ocupando larbita de menor energa posible, o la rbita ms cercana posible al ncleo. El

electromagnetismoclsico predeca que una partcula cargada movindose de formacircular emitira energa por lo que los electrones deberan colapsar sobre el ncleo enbreves instantes de tiempo. Para superar este problema Bohr supuso que los electronessolamente se podan mover en rbitas especficas, cada una de las cuales caracterizada porsu nivel energtico. Cada rbita puede entonces identificarse mediante un nmero entero nque toma valores desde 1 en adelante. Este nmero "n" recibe el nombre de NmeroCuntico Principal.

Bohr supuso adems que elmomento angularde cada electrn estaba cuantizado y slopoda variar en fracciones enteras de laconstante de Planck.De acuerdo al nmero cunticoprincipal calcul las distancias a las cuales se hallaba del ncleo cada una de las rbitaspermitidas en el tomo de hidrgeno.

Estos niveles en un principio estaban clasificados por letras que empezaban en la "K" yterminaban en la "Q". Posteriormente los niveles electrnicos se ordenaron por nmeros.Cada rbita tiene electrones con distintos niveles de energa obtenida que despus se tieneque liberar y por esa razn el electrn va saltando de una rbita a otra hasta llegar a una quetenga el espacio y nivel adecuado, dependiendo de la energa que posea, para liberarse sinproblema y de nuevo volver a su rbita de origen.

Sin embargo no explicaba el espectro de estructura fina que podra ser explicado algunosaos ms tarde gracias almodelo atmico de Sommerfeld.Histricamente el desarrollo delmodelo atmico de Bohr junto con ladualidad onda-corpsculopermitira aErwinSchrdingerdescubrir la ecuacin fundamental de la mecnica cuntica.

[editar] Postulados de Bohr

En1913,Niels Bohrdesar rol l su clebre modelo atmi co de acuerdo a tr es postuladosfundamentales:1

[editar]Primer postulado

Los electrones describen rbitas circulares en torno al ncleo del tomo sin radiar

energa.

La causa de que el electrn no radie energa en su rbita es, de momento, un postulado, yaque segn laelectrodinmica clsicauna carga con un movimiento acelerado debe emitirenerga en forma deradiacin.

Para conseguir el equilibrio en la rbita circular, las dos fuerzas que siente el electrn: lafuerza coulombiana,atractiva, por la presencia del ncleo y lafuerza centrfuga,repulsiva
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por tratarse de unsistema no inercial,deben ser iguales en magnitud en toda la rbita. Estonos da la siguiente expresin:

Donde el primer trmino es la fuerza elctrica o de Coulomb, y el segundo es lafuerza centrfuga; kes la constante de la fuerza de Coulomb, Zes elnmero atmicodel tomo, ees lacarga del electrn, es la masa del electrn, ves la velocidaddel electrn en la rbita y rel radio de la rbita.

En la expresin anterior podemos despejar el radio, obteniendo:

Y ahora con sta ecuacin y sabiendo que la energa total es la suma de las energascintica y potencial:

Donde queda expresada la energa de una rbita circular para el electrn en funcindel radio de dicha rbita.

[editar]Segundo postulado

No todas las rbitas para electrn estn permitidas, tan solo se puede encontrar en rbitascuyo radio cumpla que elmomento angular, , del electrn sea un mltiplo entero de

Esta condicin matemticamente se escribe:

con

A partir de sta condicin y de la expresin para el radio obtenida antes, podemos eliminary queda la condicin de cuantizacin para los radios permitidos:
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con ; subndice introducido en esta expresin para resaltar que elradio ahora es una magnitud discreta, a diferencia de lo que deca el primerpostulado.

Ahora, dndole valores a ,nmero cuntico principal,obtenemos los radios de las rbitas

permitidas. Al primero de ellos (con n=1), se le llamaradio de Bohr:

expresando el resultado enngstrm.

Del mismo modo podemos ahora sustituir los radios permitidos en la expresin para laenerga de la rbita y obtener as la energa correspondiente a cada nivel permitido:

Igual que antes, para eltomo de Hidrgeno(Z=1) y el primer nivel permitido (n=1),obtenemos:

que es la llamada energa del estado fundamental del tomo de Hidrgeno.

Y podemos expresar el resto de energas para cualquier Z y n como:

[editar]Tercer postulado

El electrn solo emite o absorbe energa en los saltos de una rbita permitida a otra. Endicho cambio emite o absorbe un fotn cuya energa es la diferencia de energa entre

ambos niveles. Este fotn, segn laley de Plancktiene una energa:

donde identifica la rbita inicial y la final, y es la frecuencia.

Entonces las frecuecias de los fotones emitidos o absorbidos en la transicin sern:
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A veces, en vez de la frecuencia se suele dar la inversa de la longitud de onda:

sta ltima expresin fue muy bien recibida porque explicaba tericamente la frmulafenomenolgica hallada antes porBalmerpara describir laslneas espectralesobservadasdesde finales delsiglo XIXen la desexcitacin del Hidrgeno, que venan dadas por:

con , y donde es laconstante de Rydbergpara el hidrgeno.

Y como vemos, la expresin terica para el caso , es la expresin predichapor Balmer, y el valor medido experimentalmente de la constante de Rydberg (

), coincide con el valor de la frmula terica.

Se puede demostrar que este conjunto de hiptesis corresponde a la hiptesis de que loselectrones estables orbitando un tomo estn descritos por funciones de onda estacionarias.Un modelo atmico es una representacin que describe las partes que tiene un tomo ycomo estn dispuestas para formar un todo. Basndose en laconstante de Planckconsigui cuantizar las rbitas observando las lneas del espectro.

Predecesor:Modelo atmico de

Rutherford

'Modelo atmico de Bohr '1913 - 1916


Sommerfeld
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Modelo atmico de RutherfordDe Wikipedia, la enciclopedia libreSaltar a:navegacin,bsqueda

Modelo de un tomo de Rutherford. Propuso un ncleo con protones y electrones girandoalrededor.

El modelo atmico de Rutherfordes unmodelo atmicoo teora sobre la estructurainterna deltomopropuesto por el qumico y fsico britnico-neozelandsErnest

Rutherfordpara explicar los resultados de su"experimento de la lmina de oro",realizadoen 1911.

El modelo de Rutherford fue el primer modelo atmico que consider al tomo formadopor dos partes: la "corteza", constituida por todos sus electrones, girando a gran velocidadalrededor de un "ncleo", muy pequeo, que concentra toda la carga elctrica positiva ycasi toda la masa del tomo.

Rutherford lleg a la conclusin de que la masa del tomo se concentraba en una reginpequea de cargas positivas que impedian el paso de las partculas alfa. Sugiri un nuevomodelo en el cual el tomo posea un ncleo o centro en el cual se concentra la masa y la

carga positiva, y que en la zona extranuclear se encuentran los electrones de carga negativa.

ndice

[mostrar]
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[editar] Historia

Antes de que Rutherford propusiera su modelo atmico, los fsicos aceptaban que las cargaselctricasen el tomo tenan una distribucin ms o menos uniforme. Rutherford trat dever cmo era la dispersin de laspartculas alfapor parte de los tomos de una lmina deoro muy delgada. Los ngulos resultantes de la desviacin de las partculas supuestamenteaportaran informacin sobre cmo era la distribucin de carga en los tomos. Era deesperar que, si las cargas estaban distribuidas uniformemente segn elmodelo atmico deThomson,la mayora de las partculas atravesaran la delgada lmina sufriendo sloligersimas deflexiones, siguiendo una trayectoria aproximadamente recta. Aunque esto eracierto para la mayora de las partculas alfa, un nmero importante de estas sufrandeflexiones de cerca de 180, es decir, prcticamente salan rebotadas en direccin opuestaa la incidente.

Rutherford pens que esta fraccin de partculas rebotadas en direccin opuesta poda serexplicada si se supona la existencia de fuertes concentraciones de carga positiva en eltomo. Lamecnica newtonianaen conjuncin con laley de Coulombpredice que elngulo de deflexin de una partcula alfa relativamente liviana por parte de un tomo de oroms pesado, depende del "parmetro de impacto" o distancia entre la trayectoria de lapartcula y el ncleo:1

(1)

Donde:

, siendo laconstante dielctricadel vaco y la cargaelctrica del centro dispersor.

, es la energa cintica inicial de la partcula alfa incidente.es el parmetro de impacto.

Dado que Rutherford observ una fraccin apreciable de partculas "rebotadas" para lascuales el ngulo de deflexin es cercano a , de la relacin inversa a (1):

(2)

se deduce que el parmetro de impacto debe ser bastante menor que el radio atmico. Dehecho el parmetro de impacto necesario para obtener una fraccin apreciable de partculas
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"rebotadas" sirvi para hacer una estimacin del tamao del ncleo atmico, que resulta serunas cien mil veces ms pequeo que el dimetro atmico. Este hecho result ser lacapacidad uniformable sobre la carga positiva de neutrones.

[editar] Importancia del modelo y limitaciones

La importancia del modelo de Rutherford residi en proponer por primera vez la existenciade un ncleo en el tomo (trmino que, paradjicamente, no aparece en sus escritos). Loque Rutherford consider esencial, para explicar los resultados experimentales, fue "unaconcentracin de carga" en el centro del tomo, ya que sin ella, no poda explicarse quealgunas partculas fueran rebotadas en direccin casi opuesta a la incidente. Este fue unpaso crucial en la comprensin de la materia, ya que implicaba la existencia de unncleoatmicodonde se concentraba toda lacarga positivay ms del 99,9% de lamasa.Lasestimaciones del ncleo revelaban que el tomo en su mayor parte estaba vaco.

Rutherford propuso que loselectronesorbitaran en ese espacio vaco alrededor de un

minsculo ncleo atmico, situado en el centro del tomo. Adems se abran variosproblemas nuevos que llevaran al descubrimiento de nuevos hechos y teoras al tratar deexplicarlos:

Por un lado se plante el problema de cmo un conjunto de cargas positivas podanmantenerse unidas en un volumen tan pequeo, hecho que llev posteriormente a lapostulacin y descubrimiento de lafuerza nuclear fuerte,que es una de las cuatrointeracciones fundamentales.

Por otro lado exista otra dificultad proveniente de laelectrodinmicaclsica quepredice que una partcula cargada y acelerada, como sera el caso de los electronesorbitando alrededor del ncleo, produciraradiacin electromagntica,perdiendo

energa y finalmente cayendo sobre el ncleo. Lasleyes de Newton,junto con lasecuaciones de Maxwelldelelectromagnetismoaplicadas al tomo de Rutherford

llevan a que en un tiempo del orden de s, toda la energa del tomo se habraradiado, con la consiguiente cada de los electrones sobre el ncleo.2Se trata, portanto de un modelo fsicamente inestable, desde el punto de vista de lafsica clsica.

Segn Rutherford, las rbitas de los electrones no estn muy bien definidas y forman unaestructura compleja alrededor del ncleo, dndole un tamao y forma algo indefinidas. Losresultados de suexperimentole permitieron calcular que elradio atmicoera diez mil vecesmayor que el ncleo mismo, y en consecuencia, que el interior de un tomo estprcticamente vaco.

[editar] Modelos posteriores

El modelo atmico de Rutherford fue sustituido muy pronto por el deBohr.Bohr intentexplicarfenomenolgicamenteque slo algunas rbitas de los electrones son posibles. Locual dara cuenta de losespectrosde emisin y absorcin de los tomos en forma de bandasdiscretas.
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El modelo de Bohr "resolva" formalmente el problema, proveniente de la electrodinmica,postulando que sencillamente los electrones no radiaban, hecho que fue explicado por lamecnica cunticasegn la cual la aceleracin promedio del electrn deslocalizado es nula.

Predecesor:Modelo atmico deThomson

'Modelo atmico de Ruther ford'1911 - 1913

Sucesor:Modelo atmico de Bohr
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Modelo atmico de ThomsonDe Wikipedia, la enciclopedia libreSaltar a:navegacin,bsqueda

Representacin esquemtica del modelo de Thomson. Esfera completa de carga positivacon electrones incrustados

El modelo atmico de Thomsones una teora sobre la estructuraatmicapropuesta en1904 porJoseph John Thomson,quien descubri elelectrn1en 1898, mucho antes deldescubrimiento delprotny delneutrn.En dicho modelo, eltomoest compuesto porelectronesde carga negativa en un tomo positivo, como un budn de pasas (o un panque).2Se pensaba que los electrones se distribuan uniformemente alrededor del tomo. En otrasocasiones, en lugar de una nube de carga negativa se postulaba con una nube de cargapositiva.

ndice

[mostrar]

[editar] xitos del modelo

El nuevo modelo atmico us la amplia evidencia obtenida gracias al estudio de losrayoscatdicosa lo largo de la segunda mitad delsiglo XIX.Si bien el modelo atmico deDalton daba debida cuenta de la formacin de los procesos qumicos, postulando tomosindivisibles, la evidencia adicional suministrada por los rayos catdicos sugera que esostomos contenan partculas elctricas de carga negativa. El modelo de Dalton ignoraba laestructura interna, pero el modelo de Thomson aunaba las virtudes del modelo de Dalton ysimultneamente poda explicar los hechos de los rayos catdicos.
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[editar] Insuficiencias del modelo

Si bien el modelo de Thomson explicaba adecuadamente muchos de los hechos observadosde la qumica y los rayos catdicos, haca predicciones incorrectas sobre la distribucin dela carga positiva en el interior de los tomos. Las predicciones del modelo de Thomson

resultaban incompatibles con los resultados delexperimento de Rutherford,3que sugeraque la carga positiva estaba concentrada en una pequea regin en el centro del tomo, quees lo que se conoci comoncleo atmico.El modelo siguiente fue elmodelo atmico deRutherford.4

Otro hecho que el modelo de Thomson haba dejado por explicar era la regularidad de latabla peridica de Mendeleiev. Los modelos de Bohr, Sommerfeld y Schrdingerfinalmente explicaran las regularidades peridicas en las propiedades de los elementosqumicos de la tabla, como resultado de una disposicin ms estructurada de los electronesen el tomo, que ni el modelo de Thomson ni el modelo de Rutherford habanconsiderado...

Predecesor:Modelo atmico de

Dalton'Modelo atmico de Thomson'


Rutherford
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El modelo atmico de Thomson

J. J. Thomson, despus de medir las caractersticas del electrn, intuy la existencia decarga positiva en el tomo, dada la neutralidad de la materia. Propuso un modelo de tomoque consista en una esfera maciza cargada positivamente, en la que se hallaban incrustados

los electrones, con carga negativa, como si fuera un pastel esfrico, relleno de pasas.Este primer modelo atmico fue aceptado por la comunidad cientfica.

Imagen:

El primer modelo atmico: el modelo de Thomson
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Modelo segn Rutherford


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modelo atómico de dalton, thompson, rutheford y bohr.docx

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