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Modelo Atómico

Un modelo atómico es una representación gráfica que permite explicar, lo mejor posible, la estructura del átomo. Como bien se sabe los átomos son representaciones, pues nadie los ha visto, de hecho, se deducen de experimentos que evolucionan con la tecnología. En la antigua Grecia, los primeros filósofos pensaban que la materia estaba constituida por minúsculas partículas indestructibles, que llamaron átomos. Se trataba sólo de una doctrina filosófica, que no logró aceptación universal por falta de testimonios experimentales.

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Modelo Atómico 4

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Modelo Atómico 5

Modelo Atómico

Qué es un modelo atómico

Este término hace referencia a las diferentes representaciones gráficas que pueden tener tanto las estructuras como el funcionamiento de los átomos. Estos modelos se han desarrollado a lo largo de la historia humana, claro está, a partir de diversas ideas que fueron mejoradas con el paso de los años y que fueron manejadas por expertos en la composición de la materia.

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Modelo Atómico 7

Si se habla un poco de historia, los primeros modelos tienen una data de la era clásica, cuando los naturalistas y filósofos se encargaron de pensar y hacer deducciones sobre la composición de todo lo que existía, es decir, sobre la materia.

Dentro de todos los usos que puede tener la palabra modelo proveniente del latín, esta puede asociarse con las representaciones o esquemas, mientras que el término atómico, con raíces griegas tiene que ver con los átomos, es decir, las cantidades pequeñas de los elementos químicos que tienen una existencia propia. Actualmente se pueden elaborar modelos atómicos maquetas para presentar proyectos escolares.

Origen de los modelos atómicos

Hacia 1803, el inglés John Dalton, desarrolló un modelo donde supuso que toda la materia está compuesta de átomos, los cuales representó como partículas esféricas repletas de masa y de tamaño variable, dependiendo del elemento al que pertenecieran, pero indivisibles, indestructibles y por tanto, eternos.

Aproximadamente un siglo después, se encontraría que el átomo no es indivisible y que todos los átomos de un mismo elemento no tienen la misma masa y por ende, no son iguales. Con el descubrimiento de los electrones y de los rayos catódicos llevó rápidamente a imaginar una estructura para el átomo.

La primera hipótesis establecida fue en 1904 por J.J. Thomson, al suponer que el átomo estaba constituido por una esfera material, pero de carga eléctrica positiva, dentro de la cual se encontraban incrustados los electrones necesarios para neutralizar dicha carga. Más adelante, los experimentos realizados por el físico Ernest Rutherford le llevaron a deducir que la carga positiva de un átomo y la mayoría de su masa están concentradas en una pequeña región central llamada núcleo. En su modelo, los electrones, cargados negativamente, giraban alrededor del núcleo como los planetas en torno al Sol.

En 1913, el físico danés Niels Bohr apoyado en la teoría cuántica de Max Planck, descubrió que los electrones de un átomo sólo pueden tener determinados niveles de energía. Propuso que la energía de un electrón estaba relacionada con la distancia de su órbita al núcleo. Por tanto, los electrones sólo giraban circularmente en torno al núcleo a determinadas distancias, en “órbitas cuantizadas”, que correspondían a las energías permitidas.

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Modelo Atómico 4

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Modelo Atómico 4

Posteriormente, Arnold Sommerfield modificó la teoría de Bohr para afirmar que los electrones podían girar en órbitas elípticas. En éstas, al acercarse el electrón al núcleo, para no ser capturado debía moverse rápidamente. Al hacerlo de acuerdo con los trabajos de Einstein, su masa aumentaría modificando su trayectoria.

A partir de 1926, a la luz de los trabajos de Heisenberg, De Broglie, Schrödinger, Born y Dirac, los electrones dejaron de concebirse como partículas girando en órbitas. El concepto de órbita fue sustituido por orbital, que es una función matemática que permite conocer información sobre la pequeña región del espacio alrededor del núcleo donde es más probable encontrar al electrón. Estas regiones pueden diferir en tamaño, forma, orientación espacial y energía.

Línea de tiempo de los modelos atómicos

Existe una línea de tiempo que explica las diversas teorías sobre este término en específico, por ejemplo, el modelo atómico de Perrin, el modelo atómico cuántico, modelo atómico de aristóteles, entre otros que serán explicados a cabalidad a continuación.

Modelo atómico de Demócrito

Esta teoría se basa en que la materia es una mezcla de elementos naturales que cuentan con características eternas e inmutables que fueron concebidas como entidades infinitas y pequeñas, por ello, son imperceptibles para los sentidos. Demócrito llamó a esta mezcla con el término de átomo, es decir, sin división. Esta teoría puede esquematizarse de la siguiente manera:

  • Esta mezcla es eterna, homogénea, invisible, indestructible e indivisible.
  • Puede diferenciarse únicamente en tamaño y forma, por lo que se descarta la diferencia por sus cualidades internas.
  • Las propiedades de la materia pueden llegar a variar de acuerdo al agrupamiento de la mezcla.

Modelo atómico de Dalton

Modelo Atómico - John Dalton y su modelo atómico

El modelo atómico de John Dalton es considerado como una de las primeras teorías elaboradas con bases totalmente científicas, fue propuesta entre los años 1803 y 1808 por John Dalton bajo el nombre de teoría atómica.

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Modelo Atómico 4

Esta teoría logró aclarar el por qué las sustancias químicas podían reaccionar en proporciones estequiométricas totalmente fijas, la cual tiene bases en la ley de las proporciones constantes y, aunado a eso, logró aclarar cómo dos sustancias podrían reaccionar para formar dos o más compuestos diferentes, respondiendo la incógnita de por qué las proporciones de esas relaciones eran de número enteros.

Modelo atómico de Thomson

Es una teoría que habla acerca de la estructura de los átomos, fue propuesto por el físico británico Joseph Thomson, quien también es el descubridor del electrón. A través de este modelo, Thomson afirmaba que el átomo de carga positiva, se encontraba compuesto por electrones negativos, los cuales se encontraban incrustados en él, como si fueran pasas dentro de un pudin. Por esta comparación es que a este modelo atómico también se le conoce como “el modelo del pudin de pasas”.

Thomson afirmaba que los electrones se encontraban distribuidos de una manera uniforme en la parte interna del átomo fijados en un cúmulo de carga positiva. El átomo se apreciaba como una esfera llena de carga positiva, con electrones dispersados como minúsculos gránulos.

La teoría de Thomson determinó que el átomo se encuentra integrado por electrones negativos, introducidos en un globo de carga positiva, tal cual como un pudin de pasas. Además, los electrones se encuentran distribuidos uniformemente dentro del átomo. Por último, que el átomo es neutro, por lo tanto, las cargas negativas del mismo se compensan con las cargas positivas.

La teoría planteada por Thomson, aunque mostraba favorablemente varios de los eventos observados referentes a la química y los rayos catódicos, hacía pronósticos errados, más aún acerca de la repartición de la carga positiva dentro de los átomos.

Estas predicciones no eran compatibles con los resultados arrojados por el modelo de Rutherford, el cual proponía que la carga positiva se encontraba condensada en una pequeña zona en el centro del átomo, que sería lo que posteriormente se llamó núcleo atómico.

El modelo de Thomson fue reemplazado por el de Rutherford, al demostrarse que éste no es compacto, sino que se encuentra totalmente vacío, agrupando la carga positiva en un reducido núcleo, rodeado por electrones.

Modelo atómico de Rutherford

Modelo Atómico - Ernest Rutherford y su modelo atómico

Se refiere a la teoría que muestra cómo se encuentra estructurado internamente un átomo. Dicha teoría fue planteada por el físico Ernest Rutherford en 1911, quien poder probar su teoría, realizó su famoso experimento de la lámina de oro. Gracias a ello, Rutherford es considerado como el creador, tanto de la física nuclear, como la química de átomos. Muchos consideraron que este modelo estaba lleno de mucha simplicidad, ya que presentaba un átomo estático y compacto.

Mientras que Rutherford, a través de su experimento pudo descubrir que la carga positiva presente en el átomo se encuentra aglutinada en su núcleo y supuso que el átomo tendría que estar integrado por un recubierto de electrones rotando alrededor de un núcleo central con carga positiva. Para la ciencia este modelo resultaba mucho más dinámico y hueco, sin embargo las leyes de la física clásica lo veían como un poco inestable.

A continuación se muestran las bases que fundamentan la teoría de Rutherford.

  • El átomo se encuentra compuesto por dos elementos: un núcleo y una corteza.
  • Dentro de la corteza del átomo se pueden observar a los electrones rotando a una velocidad elevada en torno al núcleo.
  • El núcleo representa la parte pequeña que se ubica en el medio del átomo que tiene carga positiva.
  • El núcleo cuenta con la universalidad de la masa del átomo.

Modelo atómico de Bohr

Se refiere a una teoría propuesta por el físico Niels Bohr, en donde se explicaba cómo se encontraba estructurado el átomo y cuál era su comportamiento. Bohr a través de su modelo atómico, explicaba que un átomo, era apreciado como un núcleo pequeño que contaba con una carga positiva y que se encontraba rodeado por muchos electrones que navegaban en forma circular alrededor de él.

El modelo atómico de Niels Bohr es más que todo funcional, ya que no se refiere al átomo en sí, sino que explica más bien la forma como funcionan a través de ecuaciones. Es importante resaltar que Bohr fundamentó su teoría en el átomo de hidrógeno para formular su modelo, el cual debía tener la capacidad de ofrecer una explicación acerca de la estabilidad de la materia y la dispersión en la emisión y absorción de gases.

Conceptualmente el modelo de Bohr partía del modelo de Rutherford y de las nacientes teorías acerca de la cuantización, las cuales se habían originado hace ya bastante tiempo, con las investigaciones llevadas a cabo por Albert Einstein y Max Planck.

Para muchos el modelo de Bohr era sumamente simple, por lo tanto aún es utilizado con mucha frecuencia como una reducción de la estructura de la materia. Las características del modelo atómico de bohr posee tres postulados:

  1. Primer Postulado: los electrones rotan en torno al núcleo, a manera de órbitas estacionarias, sin llegar a emanar energía.

  2. Segundo postulado: los electrones únicamente pueden hallarse en algunas órbitas (ya que no todas se encuentran permitidas). La distancia que puede observarse entre el núcleo y la órbita, se encuentra determinada según el número cuántico, por ejemplo: n=1, n=2…
  3. Tercer postulado: cuando un electrón se traslada de una órbita externa, a una mucho más interna, la desigualdad en la energía existente entre las dos órbitas, suele emitirse en forma de radiación electromagnética.

Modelo atómico de Lewis

Fue una de las primera teorías en las cuales los electrones de los átomos se encontraban situados en los vértices de un cubo. La teoría fue desarrollada en el año 1902 y sirvió para que la comunidad científica se diera cuenta del fenómeno de la valencia.

Modelo atómico de Sommerfeld

Se trata de una teoría elaborada entre los años 1868 y 1951 por Arnold Sommerfeld, un físico alemán. Esta no es más que una teoría de generalización del modelo de Bohr, claro está, desde puntos de vista relativistas. Sommerfeld logró perfeccionar la teoría de Bohr, paliando los principales defectos de la teoría, introduciendo dos modificaciones básicas, la primera era de velocidades relativistas y la segunda las órbitas casi elípticas.

Gracias a esta excentricidad de la órbita, nació un número cuántico nuevo, es decir, el número azimutal, el cual puede determinar la forma de los orbitales. Este nuevo número se puede representar con la letra L.

Modelo atómico de Heisenberg

Se trata del modelo atómico actual y se basa en introducir el principio de la incertidumbre en los orbitales que tienen los electrones y que, a su vez, rodean el núcleo atómico, introduciendo así los principios de la mecánica cuántica y lograr una estimación sobre los comportamientos de las partículas subatómicas que posee un átomo.

Este modelo atómico actual puede indicar que no existe la posibilidad de saber con certeza el momento lineal o la posición que tenga un electrón.

También indica que en caso de existir indicios sobre la posición que pueda tener un electrón, entonces se desconoce el momento lineal del mismo y viceversa. La incertidumbre se puede presentar cuando se trata de saber de formas simultánea a dos magnitudes conjugadas, por ejemplo, el momento lineal, la posición y el tiempo en conjunto con la energía.

Modelo atómico de Chadwick

El aporte en esta teoría es revelar la existencia de una partícula que no posee una carga positiva ni negativa, pues es un neutrón que se ubica en el núcleo del átomo, es decir, junto a los protones, de esa manera tiene visión compleja del núcleo atómico.

La existencia de este neutrón es de debate científico aún en la actualidad, de hecho, a primera vista, es considerado como la unión de un electrón y un protón, sin embargo, los posteriores trabajos lograron demostrar que ese neutrón es una partícula totalmente independiente, por ello, se debe mencionar que la visión de átomo complica su comprensión y cálculo.

Modelo atómico de Schrodinger

Se trata de un modelo atómico cuántico no relativista y, a su vez, es un modelo atómico actual en el cual los electrones son contemplados con una onda estacionaria de materia con una amplitud susceptible a decaer de forma rápida cuando se sobrepasa el radio atómico.

En los estudios que se realizaron, se logró observar que los electrones de un nivel energético similar tenían energías muy diferentes. Esto, en la teoría de Bohr no podía explicarse, al contrario, acotaba que necesitaba correcciones, mismas que fueron propuestas en esta teoría, alegando que dentro un nivel energético similar, puede existir diferentes subniveles.

La manera en la que surgieron estos subniveles, fue incorporando las correcciones relativistas y las órbitas elípticas.

Importancia del modelo atómico

Modelo Atómico - Importancia de los átomos

De acuerdo a la comunidad científica, la importancia de los modelos radica en el análisis correcto de los átomos. Cada estudio logra que los átomos puedan ser estudiados individualmente, aunque también existe la posibilidad de estudiarlos según la maleabilidad que adquieren para crear elementos nuevos.

Sin estos estudios, no se podría tener certeza sobre los átomos como parte de un elemento químico previamente existente. Los fundamentos tienen que examinarse en un periodo de tiempo que logra integrar experimentaciones, pruebas científicas y comparaciones entre uno o más compuestos de tipo orgánicos.

Estos modelos son importantes porque logran simplificar los estudios de los átomos, esto es debido a que es bastante complicado observar partículas orgánicas diminutas que puede cambiar de forma radical ante cualquier tipo de tensión externa.

Preguntas Frecuentes sobre Modelo Atómico

¿A qué llamamos modelos atómicos?

Se le llama así a las representaciones estructurales de un átomo, buscando así la manera de explicar sus propiedades y comportamientos.
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¿Para qué sirve un modelo atómico?

Sirve para representar gráficamente la materia dentro de una dimensión atómica.
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¿Cuáles son los modelos atómicos más importantes?

El de Demócrito, de Dalton, Thomson, Rutherford, Bohr, Lewis, Sommerfeld, Heisenberg, Chadwick y Schrodinger.
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¿Quién propuso el modelo atómico actual?

Los científicos encargados de proponer este modelos fueron Schrödinger y Heisenberg en la década del año 1920.
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¿Qué aportó Demócrito al modelo atómico?

Aportó el hecho de dar a conocer que los átomos eran eternos, no podían dividirse y eran homogéneos.
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Bibliografía

Pérez, Mariana. ( Última edición:5 de abril del 2021). Definición de Modelo Atómico. Recuperado de: https://conceptodefinicion.de/modelo-atomico/. Consultado el 16 de septiembre del 2021

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