Los 5 MODELOS ATÓMICOS: Demócrito, Dalton, Thomson, Rutherford, Bohr y Actual

Introducción

Hacia el siglo V a. C., los filósofos griegos admitieron, al observar los distintos hechos de la materia, la discontinuidad de la misma, es decir que se encuentra formada por pequeñas partículas, manteniendo la idea de que esa porción indivisible de la materia era indestructible, completamente sólidos. Esta pequeñísima fracción de la materia se llamó átomo. La palabra átomo proviene del griego átomos; de a (privación), y témno (cortar, dividir). Se pueden mencionar a Demócrito y a Leucipo entre los sabios que postularon esta idea. Recién a principios del siglo XIX, el químico inglés John Dalton puntualizó la teoría atómica con sus principios fundamentales que marcarían los inicios de la ciencia moderna.

Los modelos atómicos son representaciones conceptuales que han evolucionado a lo largo de la historia para describir la estructura y comportamiento de los átomos. Desde las primeras conjeturas filosóficas de los antiguos griegos hasta los enfoques más sofisticados de la física cuántica, los modelos atómicos han sido fundamentales para nuestra comprensión de la materia y las interacciones químicas. En este artículo, exploraremos la evolución de los modelos atómicos a lo largo del tiempo, desde las ideas de los filósofos antiguos hasta las teorías modernas que nos brindan una visión profunda de la naturaleza fundamental de la realidad subatómica.

Definición actual de átomo

En la actualidad, se considera que un átomo es la menor fracción de materia capaz de combinarse, creando moléculas, por fuerzas internas que los une. Veamos en el siguiente apunte algunas otras definiciones aceptadas actualmente:

Modelos atómicos a través de la historia.

Los modelos de los antiguos griegos: Demócrito y Leucipo

Los pensadores de la época –contemporáneos a las ideas de Demócrito y luego del sabio Aristóteles– creían que todo el universo estaba constituido por diferentes uniones de cuatro únicos elementos: el agua, la tierra, el aire y el fuego; luego se agregó el llamado éter, como constituyente del firmamento celestial.

Estas son las ideas principales del modelo atómico de Demócrito y Leucipo:

1. Propuesto en la antigua Grecia por Leucipo y desarrollado por su discípulo Demócrito en el siglo V a.C.
2. Consideran que la materia está compuesta por partículas indivisibles llamadas átomos, que en griego significa “indivisible”.
3. Los átomos son eternos, indivisibles e invisibles.
4. Los átomos son unidades fundamentales y no pueden dividirse en partículas más pequeñas.
5. Los átomos son sólidos y no tienen características internas distintivas.
6. Los átomos son diferentes en forma, tamaño y orden.
7. Los átomos están en movimiento constante en el vacío.
8. Las propiedades de los objetos dependen de la forma, el tamaño y la disposición de los átomos que los componen.
9. El modelo de Demócrito y Leucipo fue filosófico y no se basaba en evidencia experimental o científica directa, pero sentó las bases conceptuales para la idea de la existencia de partículas indivisibles y fue precursor de las teorías atómicas posteriores.
10. Los cambios físicos y químicos se producen por la combinación, separación y reordenamiento de los átomos.

El modelo atómico de Dalton

John Dalton propuso su modelo atómico en el año 1803. Desarrolló su modelo para explicar las leyes de la combinación química que había observado experimentalmente. Quería encontrar una explicación coherente para las proporciones fijas en las que los elementos se combinan entre sí para formar compuestos. A través de su investigación, Dalton postuló que la materia estaba compuesta por átomos indivisibles y que cada átomo de un elemento era idéntico en masa y propiedades. Su modelo fue una contribución significativa a la teoría atómica y sentó las bases para futuros desarrollos en el campo de la química.

Dalton llegó a su modelo atómico a través de una combinación de experimentación y razonamiento teórico. Observó que los elementos químicos se combinaban en proporciones fijas y creía que estas combinaciones eran el resultado de la unión de átomos. Dalton propuso que los átomos eran indivisibles y que cada elemento estaba compuesto por átomos únicos con características específicas. Utilizando la ley de conservación de la masa y otras leyes químicas, Dalton formuló su modelo atómico, postulando que los átomos eran esferas sólidas e indivisibles. Su modelo sentó las bases de la teoría atómica y contribuyó al desarrollo de la química moderna.

Estas son las características del modelo atómico de Dalton:

1. Propuesto por John Dalton en el siglo XIX.
2. Considera que los átomos son las unidades fundamentales de la materia.
3. Los átomos son indivisibles y no se pueden crear ni destruir durante las reacciones químicas.
4. Todos los átomos de un mismo elemento son idénticos en masa y propiedades.
5. Los compuestos químicos se forman por la combinación de átomos de diferentes elementos en proporciones fijas y simples.
6. Los átomos se unen entre sí para formar “átomos compuestos” (llamados moléculas hoy en día).
7. Los átomos tienen una estructura esférica y compacta.
8. La masa total de los reactivos es igual a la masa total de los productos en una reacción química (ley de conservación de la masa).
9. Los átomos pueden separarse, combinarse o reorganizarse en las reacciones químicas, pero no se pueden crear ni destruir.
10. El modelo de Dalton fue el punto de partida para el desarrollo de la teoría atómica y sentó las bases para futuros descubrimientos y modelos más detallados de la estructura atómica.

Tiempo después de las ideas de Dalton, ciertos descubrimientos modernistas (como la electricidad), incitaron a los científicos de la época a opinar que el átomo no era indestructible ni indivisible como se creía (es decir, que se suponía que el interior de ellos existían partículas aún más diminutas).

Modelo atómico de Thomson

Joseph J. Thomson¹ descubrió en 1897 partículas subatómicas con carga eléctrica negativa, que fueron denominadas electrones (e^–). Esto significaba que deberían existir partículas con carga eléctrica positiva que compensara la carga negativa de la materia que recientemente se había hallado. Pocos años después, un químico inglés propondría la existencia de ellas.

No obstante, hasta el momento, el físico inglés expuso en 1898 un modelo que explicaría la apariencia de los átomos. El modelo atómico de Thomson, que sería conocido posteriormente como el “modelo del budín inglés” o “modelo del budín de frutas”, aparentaba ser una esfera sólida, con las partículas subatómicas de carga negativa introducidas en ella.

Estas son las características del modelo atómico de Thomson:

1. Es conocido como el “modelo del pudín de pasas”.
2. Propuesto por J.J. Thomson en 1904.
3. Considera al átomo como una esfera positiva de carga uniforme.
4. Los electrones, con carga negativa, están incrustados en la esfera positiva como pasas en un pudín.
5. La carga positiva y la carga negativa se equilibran, haciendo que el átomo sea eléctricamente neutro.
6. No se distinguen núcleo ni capas electrónicas.
7. Los electrones están distribuidos uniformemente en la esfera positiva sin una estructura específica.
8. Este modelo explicaba la existencia de partículas subatómicas con carga negativa.
9. Aportó el concepto de que los átomos son divisibles y que contienen partículas más pequeñas.
10. Fue reemplazado por el modelo del átomo de Rutherford después del experimento de la lámina de oro.

El modelo atómico de Rutherford

Por experimentaciones, en 1911 Ernest Rutherford² planteó la presencia de esas partículas (eléctricamente positivas) a las que llamó protones (p⁺), pues ocurrían ciertos hechos que eran inexplicables si estos no existían. Además de lo dicho, sostuvo también que la masa de los electrones era insignificante con respecto de la masa de los protones y que el diámetro nuclear era muy reducido comparado con el del átomo en su totalidad (entonces, la mayor parte de esta porción mínima de materia, debería ser, simplemente, vacío). Así también como Thomson había creado su modelo atómico, Rutherford postuló el suyo, que luego fue modificado por nuevos descubrimientos.

Estas son las características del modelo atómico de Rutherford:

1. Propuesto por Ernest Rutherford en 1911.
2. También conocido como el modelo de “núcleo planetario”.
3. Postula que el átomo contiene un núcleo pequeño y denso en su centro.
4. El núcleo contiene la mayor parte de la masa del átomo y está cargado positivamente debido a la presencia de protones.
5. Alrededor del núcleo, los electrones se mueven en órbitas circulares o elípticas.
6. La mayoría del átomo es espacio vacío, con los electrones ocupando una pequeña fracción del volumen total.
7. Los electrones están distribuidos de manera dispersa en el espacio alrededor del núcleo, sin una estructura específica.
8. Los electrones tienen carga negativa y su número es igual al número de protones en el núcleo para que el átomo sea eléctricamente neutro.
9. El modelo de Rutherford explicó el experimento de la lámina de oro, donde se observó que la mayoría de las partículas alfa (cargadas positivamente) pasaban a través del átomo, pero algunas eran desviadas o rebotaban, lo cual implicaba la existencia de un núcleo denso y cargado positivamente.
10. Aunque el modelo de Rutherford fue un avance importante en la comprensión de la estructura atómica, no pudo explicar la estabilidad de los electrones en órbita y fue reemplazado posteriormente por el modelo cuántico.

Diecinueve años después, Rutherford y James Chadwich³ realizaron un hallazgo importante para la química moderna: otras partículas, eléctricamente neutras, a las que denominaron neutrones.

El modelo atómico de Bohr

Recién en el año 1932, el físico Niels Bohr⁴ presentó que los electrones se podían mover en determinadas órbitas, y que poseían la capacidad de saltarlas al adquirir o otorgar energía. Fue por ello que el físico danés propuso también un nuevo modelo atómico, que (al igual que los otros) debió ser modificado a medida que se descubrían nuevos hechos.

Estas son las principales características del modelo atómico de Bohr:

1. Propuesto por Niels Bohr en 1913.
2. Se basa en el concepto de que los electrones orbitan alrededor del núcleo en órbitas circulares específicas y estables.
3. Las órbitas permitidas se llaman niveles de energía o capas electrónicas.
4. Cada nivel de energía tiene una energía cuantizada y un número fijo de electrones que pueden ocuparlo.
5. Los electrones pueden moverse de una órbita a otra mediante la absorción o emisión de energía en forma de fotones.
6. Cuando los electrones se encuentran en su órbita de menor energía (nivel fundamental), no absorben ni emiten energía y el átomo está en su estado más estable.
7. La energía de los electrones está cuantizada, lo que significa que solo pueden tener valores específicos de energía en cada nivel de energía.
8. El modelo de Bohr explicaba las líneas espectrales observadas en los espectros de emisión y permitía calcular las energías de los electrones en diferentes niveles.
9. Sin embargo, el modelo de Bohr tenía limitaciones para explicar fenómenos más complejos y fue reemplazado posteriormente por el modelo cuántico.
10. A pesar de sus limitaciones, el modelo de Bohr fue un avance importante en la comprensión de la estructura atómica y sentó las bases para desarrollos posteriores en la teoría cuántica.

El modelo atómico actual

El modelo atómico actual se basa en la teoría cuántica y la mecánica cuántica. A continuación, se presentan algunas características del modelo atómico actual:

1. Los átomos están compuestos por un núcleo central que contiene protones y neutrones. Los protones tienen carga positiva y los neutrones son eléctricamente neutros.
2. Alrededor del núcleo, los electrones se distribuyen en regiones llamadas “orbitales” o “nubes electrónicas”. Estas regiones representan la probabilidad de encontrar un electrón en una ubicación específica alrededor del núcleo.
3. Los electrones no se mueven en órbitas definidas como en el modelo de Bohr, sino que existen en estados cuánticos y se describen mediante funciones de onda.
4. La energía de los electrones está cuantizada y se representa por niveles de energía o capas electrónicas. Sin embargo, estos niveles no se consideran órbitas precisas, sino regiones de mayor probabilidad de encontrar electrones.
5. Los electrones pueden existir en diferentes subniveles de energía dentro de una capa electrónica, que se representan mediante letras (s, p, d, f).
6. Los electrones llenan los subniveles de energía en un orden específico siguiendo el principio de Aufbau, el principio de exclusión de Pauli y la regla de Hund.
7. La carga eléctrica de un átomo se determina por el número de protones en el núcleo, lo que se conoce como número atómico.
8. Los isótopos son átomos del mismo elemento con diferente número de neutrones en el núcleo.
9. Los átomos pueden interactuar entre sí mediante enlaces químicos para formar moléculas y compuestos.
10. El modelo atómico actual se basa en la teoría cuántica y es un modelo probabilístico que describe la naturaleza dual de las partículas subatómicas.

Es importante tener en cuenta que la descripción del modelo atómico actual puede ser más compleja y detallada, ya que la mecánica cuántica proporciona un marco teórico para comprender la naturaleza de las partículas subatómicas y sus interacciones.

Recursos para docentes

1. Ciencia Interactiva: Esta plataforma educativa ofrece una variedad de simulaciones interactivas sobre modelos atómicos. Puedes explorar diferentes aspectos de los modelos atómicos, como la estructura del átomo, la distribución de electrones y la formación de enlaces químicos. Visita su página web en el siguiente enlace: Ciencia Interactiva

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Modelos atómicos – Ensamble de Ideas – Copyright MMXXII

1. Físico inglés (1857 – 1940)
2. Químico inglés (1871 – 1937)
3. Físico inglés (1891 – 1974)
4. Físico danés (1885 – 1962)

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