MODELOS ATOMICOS DE JOSEPH THOMSON







Biografía

Joseph John 'J.J.' Thomson, (Manchester, Reino Unido, 18 de diciembre de 1856 - Cambridge, Reino Unido, 30 de agosto de 1940) fue un científico britanico, descubridor del electrón, de los isótopos e inventor del espectrómetro de masa. En 1906 fue galardonado con el Premio Nobel de Física.

Modelo atómico de Thomson

Representación esquematica del modelo de Thomson. Esfera completa de carga positiva con electrones incrustados.

El modelo atómico de Thomson es una teoría sobre la estructura atómica propuesta en 1904 por Joseph John Thomson, quien descubrió el electrón[1] en 1898, mucho antes del descubrimiento del protón y del neutrón. En dicho modelo, el atomo esta compuesto por electrones de carga negativa en un atomo positivo, como un budín de pasas (o un panque).[2] Se pensaba que los electrones se distribuían uniformemente alrededor del atomo. En otras ocasiones, en lugar de una nube de carga negativa se postulaba con una nube de carga positiva. El atomo considera como una esfera con carga positiva con electrones repartidos como pequeños granulos. La herramienta principalcon la que contó Thomson para su modelo atómico fue la electricidad.

El nuevo modelo atómico usó la amplia evidencia obtenida gracias al estudio de los rayos catódicos a lo largo de la segunda mitad del siglo XIX. Si bien el modelo atómico de Dalton daba debida cuenta de la formación de los procesos químicos, postulando atomos indivisibles, la evidencia adicional suministrada por los rayos catódicos sugería que esos atomos contenían partículas eléctricas de carga negativa. El modelo de Dalton ignoraba la estructura interna, pero el modelo de Thomson aunaba las virtudes del modelo de Dalton y simultaneamente podía explicar los hechos de los rayos catódicos.

Dado que el atomo no deja de ser un sistema material que contiene una cierta cantidad de energía interna, ésta provoca un cierto grado de vibración de los electrones contenidos en la estructura atómica. Desde este punto de vista, puede interpretarse que el modelo atómico de Thomson es un modelo dinamico como consecuencia de la movilidad de los electrones en el seno de la citada estructura. Si hacemos una interpretación del modelo atómico desde un punto de vista mas macroscópico, puede definirse una estructura estatica para el mismo dado que los electrones se encuentran inmersos y atrapados en el seno de la masa que define la carga positiva del atomo. Dicho modelo fue superado tras el experimento de Rutherford, cuando se descubrió el núcleo del atomo. El modelo siguiente fue el modelo atómico de Rutherford.

Características

*Los Atomos son una esfera positiva con electrones incrustados, “Queque con Pasas”, con mascompacta y carga positiva distribuida homogéneamente.


*Electrones: Carga Negativa.
*Contiene una región con carga eléctrica positiva: Contiene inmerso a los electrones.
*Descubrió los Isótopos.
El atomo es eléctricamente neutro.



Biografía:

Ernest Rutherford, OM, PC, FRS, conocido también como Lord Rutherford (Brightwater, Nueva Zelanda, 30 de agosto de 1871 – Cambridge, Reino Unido, 19 de octubre de 1937), fue un físico y químico neozelandés.

Modelo atómico de Rutherford

El modelo atómico de Rutherford es un modelo atómico o teoría sobre la estructura interna del atomo propuesto por el químico y físico britanico-neozelandés Ernest Rutherford para explicar los resultados de su 'experimento de la lamina de oro', realizado en 1911.
El modelo de Rutherford fue el primer modelo atómico que consideró al atomo formado por dos partes: la 'corteza', constituida por todos sus electrones, girando a gran velocidad alrededor de un 'núcleo' muy pequeño; que concentra toda la carga eléctrica positiva y casi toda la masa del atomo.

Rutherford llegó a la conclusión de que la masa del atomo se concentraba en una región pequeña de cargas positivas que impedían el paso de las partículas alfa. Sugirió un nuevo modelo en el cual el atomo poseía un núcleo 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,
Rutherford pensó que esta fracción de partículas rebotadas en dirección opuesta podía ser explicada si se suponía la existencia de fuertes concentraciones de carga positiva en el atomo. Lamecanica newtoniana en conjunción con la ley de Coulomb predice que el angulo de deflexión de una partícula alfa relativamente liviana por parte de un atomo de oro mas pesado, depende del 'parametro de impacto' o distancia entre la trayectoria de la partícula y el núcleo.

Rutherford propuso que los electrones orbitarían en ese espacio vacío alrededor de un minúsculo núcleo atómico, situado en el centro del atomo. Ademas se abrían varios problemas nuevos que llevarían al descubrimiento de nuevos hechos y teorías al tratar de explicarlos:

Por un lado se planteó el problema de cómo un conjunto de cargas positivas podían mantenerse unidas en un volumen tan pequeño, hecho que llevó posteriormente a la postulación y descubrimiento de la fuerza nuclear fuerte, que es una de las cuatro interacciones fundamentales.

Por otro lado existía otra dificultad proveniente de la electrodinamica clasica que predice que una partícula cargada y acelerada, como sería el caso de los electrones orbitando alrededor del núcleo, produciría radiación electromagnética, perdiendo energía y finalmente cayendo sobre el núcleo. Las leyes de Newton, junto con las ecuaciones de Maxwell del electromagnetismo aplicadas al atomo de Rutherford llevan a que en un tiempo del orden de s, toda la energía del atomo se habría radiado, con la consiguiente caída de los electrones sobre el núcleo.[2] Se trata, por tanto de un modelo físicamente inestable, desde el punto de vista de la física clasica.

Características
*Los electrones no son atraídos por el núcleo.
*Los electrones adquieren energía.
*El nivelenergético de los electrones depende de la órbita en que se encuentren.


Biografía

Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger (en aleman Erdberg, Viena, Imperio austrohúngaro, 12 de agosto de 1887 – id., 4 de enero de 1961) fue un físico austríaco, naturalizado irlandés, que realizó importantes contribuciones en los campos de la mecanica cuantica y la termodinamica. Recibió el Premio Nobel de Física en 1933 por haber desarrollado la ecuación de Schrödinger. Tras mantener una larga correspondencia con Albert Einstein propuso el experimento mental del gato de Schrödinger que mostraba las paradojas e interrogantes a los que abocaba la física cuantica.

Modelo atómico de Schrödinger

Es un modelo cuantico no relativista. Se basa en la solución de la ecuación de Schrödinger para un potencial electrostatico con simetría esférica, llamado también atomo hidrogenoide. En este modelo los electrones se contemplaban originalmente como una onda estacionaria de materia cuya amplitud decaía rapidamente al sobrepasar el radio atómico.

El modelo de Bohr funcionaba muy bien para el atomo de hidrógeno. En los espectros realizados para otros atomos se observaba que electrones de un mismo nivel energético tenían energías ligeramente diferentes. Esto no tenía explicación en el modelo de Bohr, y sugería que se necesitaba alguna corrección. La propuesta fue que dentro de un mismo nivel energético existían subniveles. La forma concreta en que surgieron de manera natural estos subniveles, fue incorporando órbitas elípticas y correcciones relativistas. Así, en 1916, Arnold Sommerfeld modificó el modeloatómico de Bohr, en el cual los electrones sólo giraban en órbitas circulares, al decir que también podían girar en órbitas elípticas mas complejas y calculó los efectos relativistas.

Schrödinger predice adecuadamente las líneas de emisión espectrales, tanto de atomos neutros como de atomos ionizados. El modelo también predice adecuadamente la modificación de los niveles energéticos cuando existe un campo magnético o eléctrico (efecto Zeeman y efecto Stark respectivamente). Ademas, con ciertas modificaciones semiheurísticas el modelo explica el enlace químico y la estabilidad de las moléculas. Cuando se necesita una alta precisión en los niveles energéticos puede emplearse un modelo similar al de Schrödinger, pero donde el electrón es descrito mediante la ecuación relativista de Dirac en lugar de mediante la ecuación de Schrödinger. El atomo reside en su propio eje.
Sin embargo, el nombre de 'modelo atómico' de Schrödinger puede llevar a una confusión ya que no explica la estructura completa del atomo. El modelo de Schrödinger explica sólo la estructura electrónica del atomo y su interacción con la estructura electrónica de otros atomos, pero no explica como es el núcleo atómico ni su estabilidad.

Características

*El modelo atómico de Schrödinger es un modelo cuantico no relativista.
*Se basa en la solución de la ecuación de Schrödinger para un potencial electrostatico con simetría esférica, llamado también atomo hidrogenoide.
*Concebía originalmente los electrones como ondas de materia.
*Su ecuación se interpretaba como la ecuación ondulatoria que describía laevolución en el tiempo y el espacio de dicha onda material.
*Predice adecuadamente las líneas de emisión espectrales, tanto de atomos neutros como de atomos ionizados.
*La modificación de los niveles energéticos cuando existe un campo magnético o eléctrico (efecto Zeeman y efecto Stark respectivamente).
Biografía

Niels Henrik David Bohr (Copenhague, 7 de octubre de 1885 – ibíd. 18 de noviembre de 1962) fue un físico danés que realizó contribuciones fundamentales para la comprensión de la estructura del atomo y la mecanica cuantica.

Modelo atómico de Bohr

Es un modelo clasico del atomo, pero fue el primer modelo atómico en el que se introduce una cuantización a partir de ciertos postulados (ver abajo). Fue propuesto en 1913 por el físico danés Niels Bohr, para explicar cómo los electrones pueden tener órbitas estables alrededor del núcleo y por qué los atomos presentaban espectros de emisión característicos (dos problemas que eran ignorados en el modelo previo de Rutherford). Ademas el modelo de Bohr incorporaba ideas tomadas del efecto fotoeléctrico, explicado por Albert Einstein en 1905.
Bohr se basó en el atomo de hidrógeno para hacer el modelo que lleva su nombre. Bohr intentaba realizar un modelo atómico capaz de explicar la estabilidad de la materia y los espectros de emisión y absorción discretos que se observan en los gases. Describió el atomo de hidrógeno con un protón en el núcleo, y girando a su alrededor un electrón. El modelo atómico de Bohr partía conceptualmente del modelo atómico de Rutherford y de las incipientes ideas sobre cuanización que habían surgidounos años antes con las investigaciones de Max Planck y Albert Einstein.
En este modelo los electrones giran en órbitas circulares alrededor del núcleo, ocupando la órbita de menor energía posible, o la órbita mas cercana posible al núcleo. Bohr supuso ademas que el momento angular de cada electrón estaba cuantizado y sólo podía variar en fracciones enteras de la constante de Planck. De acuerdo al número cuantico principal calculó las distancias a las cuales se hallaba del núcleo cada una de las órbitas permitidas en el atomo de hidrógeno. Estos niveles en un principio estaban clasificados por letras que empezaban en la 'K' y terminaban en la 'Q'. Posteriormente los niveles electrónicos se ordenaron por números.

Sin embargo no explicaba el espectro de estructura fina que podría ser explicado algunos años mas tarde gracias al modelo atómico de Sommerfeld. Históricamente el desarrollo del modelo atómico de Bohr junto con la dualidad onda-corpúsculo permitiría a Erwin Schrödinger descubrir la ecuación fundamental de la mecanica cuantica.

Características

* Los electrones no son atraídos por el núcleo, sino que se mueven alrededor del él describiendo órbitas circulares.
* Los electrones adquieren energía, se excitan, por efecto del calor o la electricidad. Al adquirir mayor energía pasan de una órbita interior a otra exterior de mayor energía. De esta manera se vuelven inestables. Entonces, para recuperar su estabilidad regresan a la órbita interior, perdiendo la energía adquirida.
* El nivel energético de los electrones depende de la órbita en que se encuentren.