EL TOMOProfesor Juan Pablo Colotta

De qu estn hechas las cosas? Cul es la naturaleza de la materia? Qu hay en su interior?En el siglo V a.C., el filsofo griego Demcrito sustentaba que todo lo que existe est formado por pequeisimas partculas invisibles e indivisibles. A estas partculas las llam tomos (del griego, indivisible). Aristteles, uno de los pensadores ms grandes de aquella poca, rechaz dicha teora y consideraba que la materia estaba formada por los cuatro elementos: aire, agua, fuego y tierra.Aire

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En esta presentacin analizaremos como fue cambiando el concepto de tomo a travs de la historia

Modelos atmicos a travs del tiempo1926. Schrdinger plantea La ecuacin de ondas La radiactividad. Las experiencias de Faraday Experiencia de la lmina de oro La teora electromagntica La teora ondulatoria - 1924 El principio de Incertidumbre- 1927

Modelos de Dalton1803

Modelo de Thomson1904

Modelos de Rutherford1911

Modelo de Bohr1913 1920 Rutherford descubre el protn

Modelo Moderno1932 Chadwick descubre el neutrn

1897 Thomson descubre el electrn

En 1803, john Dalton basndose en la ideas de Demcrito, enuncia su teora acerca de la estruc tura de la materia, suponiendo que est formada por tomos, imaginando a stos como disminu tas esferitas indivisibles. En 1811, Amadeo Avogadro, publico un artculo donde complement esta teora, explicando que las partculas ms pequeas de las sustancias no estaban formadas por tomos individuales como imaginaba Dalton, sino por una combinacin de ellos. A esa combinacin las llam molculas. Nace as la Teora atmico molecular

Haca fines del siglo XIX y principio del siglo XX, distintos hechos conmovieron al mundo cientfico (como la conduccin elctrica en gases, la electrlisis y la radiactividad) y con el correr del tiempo, los cientficos de la poca se fueron dando cuenta que el tomo no era tan sencillo como lo imaginaba Dalton. Las experiencias revelaron que el tomo no era el constituyente ms elemental de la materia, sino que a su vez estaba formado por partculas subatmicas fundamentales. A lo largo del siglo XX los cientficos propusieron diversos modelos atmicos acordes con sus estudios y avances en la materia. El primer modelo atmico fue el de J.J. Thomson en 1904:

El modelo atmico de J.J. ThomsonEl tomo es una esfera constituida por una gran masa de carga positiva distribuida uniformemente, en cuyo interior se hallan inmersos al azar los electrones en nmero suficiente para neutralizar la carga positiva.

A este modelo se lo denomin modelo de budn con pasas, donde los electrones incrustados en la masa positiva representaban las pasas.

En 1911, Ernest Rutherford, discpulo de Thomson, realiz (junto con sus colaboradores) una serie de experiencias que consistan fundamentalmente en bombardear una lmina de oro con particulas alfa. El objetivo era obtener ms informacin sobre la estructura del tomo. La experiencia de Rutherford En primer lugar se dispar un haz de partculas E sobre una pantalla fluorescente de sulfuro de cinc y observaron (por los destellos producidos) que todas ellas quedaban localizadas en una pequea regin de la pantalla.

Fuente de partculas E

pantalla

Luego, repitieron la experiencia interponiendo una delgada lmina de oro entre la fuente y la pantalla y observaron sobre sta los impactos de las partculas E

Fuente de partculas E

Lmina de oro

Pantalla

Perfeccionaron la experiencia para obtener ms informacin sobre la dispersin de las partculas E

Analizando los resultados obtenidos en la experiencia, descubrieron que: La mayora de las partculas E atravesaban la lmina sin desviarse de su trayectoria. Algunas partculas E sufran desviaciones en diferentes ngulos. Una de cada 10.000 eran rechazadas.

El experimento de Rutherford puso en claro que el modelo de un tomo macizo y uniforme como el propuesto por Thomson deba ser abandonado.Si cada tomo de la lmina, fuera una esfera con la carga positiva distribuida uniformemente, las partculas E de gran masa y energa no deberan experimentar grandes desviaciones a medida que atravesaran la lmina. Estos hechos estaban en contradiccin con lo observado en la experiencia.

A partir de estos resultados, llegaron a las siguientes conclusiones: La masa del tomo deba concentrarse en una pequea regin cargada positivamente: slo algoque tuviera una masa muy grande y carga positiva, podra hacer rebotar a una partcula E.

El resto del tomo deba estar vaco:y por all pasaban la mayora de las partculas E sin desviarse.

Para explicar la experiencia efectuada con las partculas E. Rutherford propuso un nuevo mo delo atmico, sobre la base de las siguientes suposiciones:Casi toda la masa del tomo se concentra en una pequea regin central cargada positivamente, llamada ncleo atmico. Rodeando al nucleo y a distancias relativamente grandes, se encuentran los electrones moviendose regularmente en rbitas circulares definidas, como lo hacen los planetas alreedor del Sol. El nmero de electrones presentes en el tomo es justo el necesario para neutralizar la carga positiva del ncleo.

De acuerdo con este modelo se puede explicar el experimento de Rutherford: Como el espacio entre el ncleo y los electrones es vaco, la mayora de las partculas E podan atravesar la lmina sin sufrir desviacin alguna. La probabilidad de que una partculas E pase muy cerca del ncleo o choque contra l es muy pequea, pero cuando ello ocurre la partcula es desviada de su trayectoria o rechazada, debido a la repulsin de cargas de igual signo. La colisin de las partculas E con los electrones de los tomo de oro no tiene un efecto apreciable debido a la gran diferencia que hay entre sus masas.

Si bien el modelo explicaba diversos hechos de la poca, haba otras objeciones insalvables desde el campo de la fsica. El electrn es una partcula con carga negativa y segn la teora electromagntica, al girar alrededor del ncleo cargado positivamente, debe emitir energa en forma de radiacin. Esta perdida de energa hara que el electrn al ser atrado por el ncleo, cayese sobre l siguiendo una trayectoria en espiral.

El modelo del tomo planetario se derrumbaba y los cientficos de la poca se encontraban en una terrible encrucijada.

Modelo de BohrCorra el ao 1913, cuando el dans de 27 aos, que trabajaba en el laboratorio de Rutherford, imagin la manera de conciliar el modelo planetario con el hecho indiscutible que el tomo existe y es razonablemente estable.Es necesario admitir que el electrn en su movimiento no emite energa

Postulado 1 (rbitas permitidas) El electrn slo puede moverse en algunas rbitas circulares en las cuales no emite ni absorbe energa. Postulado 2 (Saltos electrnicos) El electrn slo gana o pierde energa, cuando salta de una rbita permitida a otra, absorbiendo o emitiendo un fotn.

En 1905, Einstein puso de manifiesto la naturaleza dual de la luz. En 1924, el francs Louis De Broglie, supuso que ese doble comportamiento no era una caracterstica exclusiva de los fotones, sino de cualquier partcula material y enunci: Toda partcula material en movimiento posee simultneamente propiedades ondulatorias. En 1927, el alemn Werner Heisenbeg enunci el principi de incertidumbre: Es imposible conocer simultneamente y con precisin, la posicin y la velocidad de una micropartcula Estas ideas descartan el modelo exacto y mecnico del movimiento de los electrones e imponen el concepto de un modelo ondulatorio y de probabilidad.

Modelo modernoDada la naturaleza ondulatoria del electrn, no es posible describir su trayectoria. Debemos conformarnos con determinar la probabilidad de encontrarlo en cualquier regin del espacio que rodea al ncleo

La regin del espacio, alrededor del ncleo atmico, en la cual hay una alta probabilidad de encontrar al electrn se denomina orbital

En un tomo puede haber ms de un orbital, de igual o distinta forma. El conjunto de orbitales que se encuentran en un tomo forman lo que se denomina nube electrnica. Existen distintas formas de orbitales:

Formas s

Formas p

Formas d

Formas f