Universidad Nacional de Colombia MODELOS ATÓMICOS G1N23Ivan Física Moderna 2016 Universidad Nacional de Colombia

EVOLUCIÓN DE LOS MODELOS ATÓMICOS Modelo de Demócrito y Leucipo - 400 AC Modelo de Dalton - 1803 y 1807 Modelo de J.J. Thomson - 1897 Modelo de Rutherford - 1911 Modelo de N. Bohr - 1913

MODELO ATÓMICO DE LEUCIPO Y DEMÓCRITO Para el año 400 a. de C. Demócrito y Leucipo propusieron la primera teoría atómica llamada la "Discontinuidad de la Materia". Esta consistió en que la materia se podía dividir indeterminadamente en partículas cada vez más pequeñas hasta obtener unas diminutas e indivisibles, a las que Demócrito llamó átomos, las cuales constituyen a la materia. Así había átomos de oro, de agua, aire, rocas, etc. A su vez a Leucipo y Demócrito se les atribuye la fundación del atomismo mecanicista, según el cual la realidad está formada tanto por partículas infinitas, indivisibles, de formas variadas y siempre en movimiento, los átomos (ἄτομοι, s. lo que no puede ser dividido), como por el vacío. La teoría atomística de Demócrito y Leucipo dice así: Los átomos son eternos, indivisibles, homogéneos, incomprensibles e invisibles. Los átomos se diferencian en su forma y tamaño. Las propiedades de la materia varían según el agrupamiento de los átomos. Esta teoría, al igual que todas las teorías filosóficas griegas, no apoya sus postulados mediante experimentos, sino que se explica mediante razonamientos lógicos.

MODELO DE DALTON 1803 y 1807 El modelo atómico de Dalton, surgido en el contexto de la química, fue el primer modelo atómico con bases científicas, fue formulado en 1808 por John Dalton. El siguiente modelo fue el modelo atómico de Daltón. Éxitos del modelo El modelo atómico de Dalton explicaba por qué las sustancias se combinaban químicamente entre sí sólo en ciertas proporciones. Además el modelo aclaraba que aún existiendo una gran variedad de sustancias, estas podían ser explicadas en términos de una cantidad más bien pequeña de constituyentes elementales o elementos. En esencia, el modelo explicaba la mayor parte de la química orgánica del siglo XIX, reduciendo una serie de hechos complejos a una teoría combinatoria

MODELO DE DALTON 1803 y 1807 Postulados de Dalton Dalton explicó su teoría formulando una serie de enunciados simples. La materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas átomos, que son indivisibles y no se pueden destruir. Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí, tienen su propio peso y cualidades propias. Los átomos de los diferentes elementos tienen pesos diferentes. Los átomos permanecen sin división, aún cuando se combinen en las reacciones químicas. Los átomos, al combinarse para formar compuestos guardan relaciones simples. Los átomos de elementos diferentes se pueden combinar en proporciones distintas y formar más de un compuesto. Los compuestos químicos se forman al unirse átomos de dos o más elementos distintos

MODELO ATÓMICO DE JJ THOMSON 1897 El modelo atómico de Thomson, también llamado “budín de pasas”, fue propuesto por Joseph John Thomson en 1897. El físico británico Thomson, descubrió el electrón, al deducir que los rayos catódicos estaban formados por partículas negativas. Dedujo que los rayos catódicos no estaban cargados, ni eran átomos, así que eran fragmentos de átomos, o partículas subatómicas, a estas partículas les dio el nombre de electrones. A Thomson también se le atribuye el descubrimiento de los isótopos, así como el invento del espectrómetro de masa El físico inglés realizó una serie de tres experimentos con tubos de rayos catódicos, en su tercera prueba Thomson llegó a conclusiones avanzadas, llamando “corpúsculos” a las partículas que procedían del interior de los átomos de los electrodos, formando los rayos catódicos. Un tubo catódico era un tubo de vidrio vacío cerrado, al que se le extraía el aire y se le introducía un gas a una presión reducida. Tras esta observación, llegó a la conclusión de que los átomos son divisibles.

MODELO ATÓMICO DE JJ THOMSON 1897 Gracias a estos experimentos también pudo estudiar la relación de masa entre las partículas que eran atraídas por el polo positivo del tubo catódico. Llegó así a imaginar que los átomos se componían de éstas partículas bautizadas como corpúsculos dentro de un lago lleno de cargas positivas, o lo que es lo mismo, modelo de budín de pasas Esta estructura explicaba que la materia era neutra eléctricamente hablando, ya que en los átomos, según Thomson la carga positiva estaba neutralizada por la negativa. Estas cargas negativas se encontraban algunas veces uniformemente distribuidas entorno al núcleo, y en otros casos se usaba el ejemplo de nube positiva de carga. Gracias a este descubrimiento Thomson recibió el premio Nobel de Física en 1906.

MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD 1911 El modelo atómico de Rutherford es un modelo atómico o teoría sobre la estructura interna del átomo propuesto por el químico y físico británico-neozelandés Ernest Rutherford para explicar los resultados de su "experimento de la lámina de oro", realizado en 1911. El modelo de Rutherford fue el primer modelo atómico que incorporó el hecho de que el átomo estaba formado por dos partes: La corteza, que está constituida por todos los electrones que hay en el átomo, girando a gran distancia alrededor del núcleo, y el núcleo:(es muy pequeño; en él se encuentra toda la carga eléctrica positiva y casi toda la masa del átomo). Este modelo suponía que el átomo, estaba formado por tres partículas: protones y neutrones, estos se encuentran en el núcleo; y electrones (está en la corteza). Aunque hoy se sabe que los protones y los neutrones son partículas compuestas y que las interacciones entre ellos requieren partículas transmisoras de las fuerzas nucleares

MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD Experimento de Rutherford Bombardeo de una película delgada de oro con partículas muy energéticas

Métodos de Caracterización de materiales Aplicación del Modelo de Rutherfod Espectrometría de Retrodispersión Rutherford ( RBS ) y Canalización Iónica La técnica de RBS con haces de iones de energías del orden del MeV, está actualmente bien establecida como uno de los principales métodos no destructivos para la determinación precisa de la estequiometría, de la densidad superficial elemental, y de la distribución de impurezas en la región superficial de los sólidos. La técnica se basa en la medida del número y distribución energética de los iones retrodispersados por los átomos de la zona superficial de un sólido. Esta medida permite la identificación de las masas atómicas y la determinación de la distribución de los elementos del blanco en función de su profundidad.

Métodos de Caracterización de materiales Aplicación del Modelo de Rutherfod

MODELO DE BOHR 1913 Bohr unió la idea de átomo nuclear de Rutherford con las ideas de una nueva rama de la Ciencia: la Física Cuántica. Así, en 1913 formuló una hipótesis sobre la estructura atómica en la que estableció tres postulados: El electrón no puede girar en cualquier órbita, sino sólo en un cierto número de órbitas estables. En el modelo de Rutherford se aceptaba un número infinito de órbitas. Cuando el electrón gira en estas órbitas no emite energía. Cuando un átomo estable sufre una interacción, como puede ser el imapacto de un electrón o el choque con otro átomo, uno de sus electrones puede pasar a otra órbita estable o ser arrancado del átomo. El átomo de hidrógeno según el modelo atómico de Bohr El átomo de hidrógeno tiene un núcleo con un protón. El átomo de hidrógeno tiene un electrón que está girando en la primera órbita alrededor del núcleo. Esta órbita es la de menor energía. Si se le comunica energía a este electrón, saltará desde la primera órbita a otra de mayor energía. cuando regrese a la primera órbita emitirá energía en forma de radiación luminosa. En la siguiente simulación puedes elegir la órbita de giro del electrón. Observa cómo las energías de las órbitas más exteriores son mayores que las de las órbitas más interiores. "r" es el radio de la órbita.

MODELO DE BOHR 1913 POSTULADOS Primer postulado Los electrones describen órbitas circulares en torno al núcleo del átomo sin irradiar energía. La causa de que el electrón no irradie energía en su órbita es, de momento, un postulado, ya que según la electrodinámica clásica una carga con un movimiento acelerado debe emitir energía en forma de radiación. Para mantener la órbita circular, la fuerza que experimenta el electrón —la fuerza coulombiana por la presencia del núcleo— debe ser igual a la fuerza centrípeta. Esto nos da la siguiente expresión: Donde el primer término es la fuerza eléctrica o de Coulomb, y el segundo es la fuerza centrípeta; k es la constante de la fuerza de Coulomb, Z es el número atómico del átomo, e es la carga del electrón, m_e es la masa del electrón, v es la velocidad del electrón en la órbita y r el radio de la órbita

MODELO DE BOHR 1913 POSTULADOS Primer postulado En la expresión anterior podemos despejar el radio, obteniendo: Y ahora, con esta ecuación, y sabiendo que la energía total es la suma de las energías cinética y potencial: Donde queda expresada la energía de una órbita circular para el electrón en función del radio de dicha órbita

MODELO DE BOHR 1913 POSTULADOS Segundo postulado Las únicas órbitas permitidas para un electrón son aquellas para las cuales el momento angular, L, del electrón sea un múltiplo entero de Esta condición matemáticamente se escribe: A partir de ésta condición y de la expresión para el radio obtenida antes, podemos sustituir v y queda la condición de cuantización para los radios permitidos: con n=1,2,3,\dots; subíndice introducido en esta expresión para resaltar que el radio ahora es una magnitud discreta, a diferencia de lo que decía el primer postulado. Ahora, dándole valores a n, número cuántico principal, obtenemos los radios de las órbitas permitidas. Al primero de ellos (con n=1), se le llama radio de Bohr:

MODELO DE BOHR 1913 POSTULADOS Segundo postulado Del mismo modo podemos ahora sustituir los radios permitidos rn en la expresión para la energía de la órbita y obtener así la energía correspondiente a cada nivel permitido: Igual que antes, para el átomo de hidrógeno (Z=1) y el primer nivel permitido (n=1), obtenemos: que es la llamada energía del estado fundamental del átomo de Hidrógeno. Y podemos expresar el resto de energías para cualquier Z y n como:

MODELO DE BOHR 1913 POSTULADOS Tercer postulado El electrón solo emite o absorbe energía en los saltos de una órbita permitida a otra. En dicho cambio emite o absorbe un fotón cuya energía es la diferencia de energía entre ambos niveles. Este fotón, según la ley de Planck tiene una energía: Donde n_i identifica la órbita inicial y n_f la final, y v es la frecuencia. Entonces las frecuencias de los fotones emitidos o absorbidos en la transición serán:

BIBLIOGRAFÍA http://timerime.com/es/evento/2126469/Modelo+atmico+de+Demcrito+y+Leucip o/ http://atomictheory3.blogspot.com.co/2011/05/el-modelo-atomico-de- dalton.html http://quimica.laguia2000.com/general/modelo-atomico-de-thomson https://www.youtube.com/watch?v=Q-SkO1coeRA http://atomictheory3.blogspot.com.co/2011/05/modelo-atomico-de- rutherford.html http://acdc.sav.us.es/cna/index.php/es/tandem3mv/tecnicas/65-espectrometria- de-retrodispersion-rutherford-rbs-y-canalizacion-ionica http://www.deciencias.net/proyectos/4particulares/quimica/atomo/modelobohr. htm http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/movimiento/bohr/bohr.htm