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Evolución de los modelos atómicos

Hace más de 2.000 años, un filósofo griego llamado Demócrito propuso la idea de los átomos. Creía que todo lo que nos rodea está hecho de pequeñas partículas llamadas átomos, y que estos átomos no pueden dividirse en partículas más pequeñas. Demócrito tenía parte de razón. En efecto, todo está formado por átomos; pero gracias al trabajo de muchos científicos, ahora…

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Hace más de 2.000 años, un filósofo griego llamado Demócrito propuso la idea de los átomos. Creía que todo lo que nos rodea está hecho de pequeñas partículas llamadas átomos, y que estos átomos no pueden dividirse en partículas más pequeñas. Demócrito tenía parte de razón.

En efecto, todo está formado por átomos; pero gracias al trabajo de muchos científicos, ahora no solo sabemos lo que ocurre dentro de un átomo, sino que también podemos estudiar la estructura atómica.

  • En primer lugar, veremos el modelo atómico de Dalton.
  • Luego, analizaremos el modelo atómico de Thomson.
  • Después, aprenderemos sobre el modelo atómico de Rutherford.
  • Posteriormente, sobre el de Bohr.
  • Por último haremos un resumen del modelo atómico actual

Antes de empezar a explorar la historia del átomo, vamos a pensar en por qué era tan importante averiguar su estructura. En realidad, es imprescindible conocer la estructura, si queremos entender por qué los átomos reaccionan de cierto modo o para predecir sus propiedades fisicoquímicas. ¡Si no supiéramos cómo es el átomo, la química no podría avanzar!

El modelo atómico es una representación del átomo que permite explicar sus propiedades y predecir su comportamiento.

Al igual que Copérnico y su teoría heliocéntrica, tardaron en averiguar la estructura del átomo. Las primeras concepciones de algo que no se puede ver siempre se encuentran con limitaciones, como veremos en los primeros modelos atómicos. Asimismo, las aproximaciones actuales siguen siendo una teoría, ya que es imposible asegurarlo totalmente.

El modelo atómico de Dalton

En 1808, el científico inglés John Dalton publicó un libro titulado A New System of Chemical Philosophy (Un nuevo sistema de filosofía química). En esta publicación, proponía una teoría sobre los átomos, como forma de resolver el misterio del átomo que propuso Demócrito 2000 años atrás.

Este modelo se conoce hoy como el modelo atómico de Dalton y estaba de acuerdo con Demócrito en varias postulados:

  • Toda la materia está formada por partículas indivisibles llamadas átomos.
  • Los átomos no pueden ser creados ni destruidos.

Pero, Dalton también vio que los átomos de diferentes elementos tienen características diferentes, por lo que añadió estos postulados:

  • Los átomos de un mismo elemento son idénticos en todos los aspectos, pero átomos de diferentes elementos tienen diferentes tipos de átomos, con masas diferentes.
  • Cuando los átomos de diferentes elementos se combinan entre sí, forman compuestos químicos.
    • Dalton propuso el principio de la mayor simplicidad, que dice que los átomos se combinan en proporciones numéricas más simples.

Sin embargo, la teoría de Dalton tenía algunos inconvenientes:

  • Los átomos son, de hecho, divisibles y pueden subdividirse en partículas subatómicas, llamadas protones, neutrones y electrones (sin meternos en el modelo estándar, que habla de fermiones y bosones).
  • La existencia de isótopos también demuestra que los átomos de los mismos elementos pueden diferir en sus masas y densidades, por lo que no todos los átomos del mismo elemento son idénticos.

Dalton creía que los átomos de los distintos elementos eran totalmente diferentes entre sí. Sin embargo, ya hemos visto que esto no es verdad.

Por ejemplo, tanto los átomos de Argón como los de Calcio tienen una masa atómica de 40 unidades atómicas, y ambos están hechas de las mismas partículas elementales.

A la hora de formar compuestos químicos, las combinaciones no siempre se producían en las proporciones más simples de números enteros. Desde el punto de vista de Dalton, la aplicación de la regla que él llamaba "el principio de la mayor simplicidad" requeriría que cualquier hidrocarburo se presentara en sus proporciones numéricas más simples.

Por ejemplo, el metano se encontraría en una proporción de 1C:2H, mientras que el etileno se encontraría en una proporción de 1C:1H. La fórmula real del metano es CH4, mientras que la del etileno es C2H4. Además, se descubrió que los compuestos complejos (por ejemplo, C12H22O11) no se combinan según el principio de mayor simplicidad de Dalton.

Por último, la teoría de Dalton no explicaba la existencia de los alótropos y sus diferentes propiedades. Pero, hay que tener en cuenta que Dalton fue la primera persona que reconoció la distinción entre la partícula fundamental de un elemento y la de un compuesto. Aun así, 100 años pasaron hasta el siguiente modelo atómico.

El modelo atómico de Thomson

Probablemente ya hayas oído hablar de Sir Joseph John Thomson. Thomson fue el primer científico en proponer un modelo atómico donde el átomo era divisible, lo que llevó al descubrimiento del electrón.

En 1906, Thomson recibió el Premio Nobel de Física por ello y por su trabajo sobre la conducción de la electricidad en los gases.

Thomson sugirió que un átomo es una esfera llena de un fluido cargado positivamente, que contiene pequeñas partículas cargadas negativamente, llamadas corpúsculos (posteriormente denominados electrones). Este modelo se conoce como el modelo del pudín de ciruela de Thomson.

A Thomson también se le atribuye el descubrimiento de los isótopos y la invención del espectrómetro de masas.

¿Está interesado en aprender sobre los isótopos? Consulta nuestros artículos Isótopos y Espectroscopia de masas.

El experimento de los tubos de rayos catódicos

El experimento de Thomson que llevó al descubrimiento del electrón consistía pasar corriente por un tubo de cristal que estuviera casi totalmente a vacío. Este tubo de cristal tenía electrodos a cada lado, el cátodo unido al potencial negativo y el ánodo conectado al potencial positivo. En un campo electromagnético, partículas van desde el cátodo hasta el ánodo; pero, al poner placas de cargas opuestas, se ve que las partículas son atraídas a la placa cargada positivamente. Ya que sabemos que las cargas opuestas se atraen, se pudo deducir que las partículas están cargadas negativamente. Además, mediante el uso de un campo magnético, se pudo observar que la masa de la partícula era despreciable en comparación a la masa del átomo. Pero, aunque había descubierto la relación carga/masa del electrón, no fue sino hasta pasados unos años que se pudo calcular por separado.

A Robert Millikan se le atribuye el descubrimiento de la masa del electrón, tras averiguar con éxito el valor de la carga de un electrón. Esta carga se midió mediante el experimento de la gota de aceite, conocido como La gota de Millikan. Consistió en dejar caer gotas de aceite a una región de un campo eléctrico y medir la velocidad a la cual caían, para conocer su masa. Posteriormente, por irradiación con rayos X y un campo eléctrico, consiguió que la gota (en vez de caer,) se quedara en reposo, debido a la carga.

Con esto, pudo calcular que:

  • La carga de un electrón es de 1,602 x 10-19 C.
  • La masa de un electrón es ser de 9,10 x 10-28 g.

El modelo atómico de Rutherford

A Ernest Rutherford no le convencía el modelo atómico de Thomson. Así que, en 1910, Rutherford puso en marcha su famoso experimento: el experimento de la lámina de oro.

¿Cómo funcionó este experimento? Averigüémoslo.

En primer lugar, disparó partículas alfa con carga positiva (partículas formadas por dos protones y dos neutrones) a una lámina de oro. Rutherford esperaba que todas las partículas alfa atravesaran la lámina. Pero, no fue así: la mayoría de las partículas pasaron sin apenas desviación. Unas pocas partículas alfa, al salir por el otro lado, se dispersaron (o se desviaron) en ángulos grandes. En algunos casos, una partícula se desviaba hasta el detector!

Rutherford teorizó que algunas partículas rebotaban porque las partículas alfa chocaban con algo que también estaba cargado positivamente. Así, sugirió que la lámina de oro tenía un centro positivo, al que llamó núcleo. También sugirió que la mayoría de las partículas no se desviaban porque los átomos están hechos, en su mayoría, de espacio vacío.

Basándose en sus descubrimientos, Rutherford propuso su modelo nuclear del átomo. Este consistía en que el núcleo de un átomo es una masa densa de partículas cargadas positivamente (los protones) y con electrones orbitando el núcleo en la corteza (como las planetas orbitando al sol.

Pero este modelo tenía varias limitaciones:

  • Según este modelo, la carga del átomo determina su estructura; mientras que, hasta ese momento, se había visto que la masa era responsable por la estructura y comportamiento químico.
  • Un núcleo formado por protones sería inestable, ya que (como ya sabemos) las cargas se repelen.
  • La masa del átomo no coincidía con la cantidad de protones que hay en el elemento. Como Thomson ya había visto que la masa del electrón era despreciable, tendría que coincidir el tamaño del átomo con el número de protones.
  • No explicaba las bandas de absorción o emisión de los espectros atómicos.
  • Si los electrones giran en órbitas, tendrían que emitir energía en forma de ondas electromagnéticas; tras un tiempo, caerían sobre el núcleo, al quedarse sin energía. Ahora sabemos que esto no ocurre.

Modelo atómico de Chadwick

Para poder explicar las primeras limitaciones, la estabilidad del núcleo y la masa de los elementos, había que descubrir el neutrón. Esto ocurrió en 1932 cuando James Chadwick introdujo polonio en una caja que estaba al vacío. Al irradiar Berilio con partículas alfa, se produjo una radiación, pero los neutrones no fueron afectados por un campo electromagnético. Por tanto, dedujo que eran partículas neutrales que interaccionaba con los protones, y determinó su masa.

Modelo atómico de Bohr

Niels Bohr estaba de acuerdo con el modelo del átomo de Rutherford, pero quedaban por explicar las últimas dos limitaciones. Entonces, utilizando sus conocimientos de física cuántica, perfeccionó dicho modelo.

En 1913, propuso el modelo de capas nucleares, aclarando que aunque los electrones orbitan el núcleo en órbitas, cada órbita tiene un tamaño y una energía fija:

  • Cuanto menor es la energía del electrón, menor es la órbita.
  • A medida que los electrones llenan los orbitales, siempre llenarán el nivel de energía más bajo antes de comenzar un nuevo nivel de energía.
  • En consecuencia, solo se emitiría radiación electromagnética cuando un electrón pase de un nivel a otro. La cantidad exacta se puede determinar utilizando el constante de Planck.

Pero, al igual que los otros modelos, este nuevo modelo no logró explicar del todo el comportamiento del átomo:

  • No podía explicar las propiedades de los átomos que tenían más de un electrón.
  • El espectro de hidrógeno cambiaba en presencia de un campo magnético
  • No podía predecir las intensidades de las líneas espectrales o, incluso, el espectro de cualquier átomo con mayor número de electrones.

Modelo atómico actual

La idea más precisa que tenemos hoy de un átomo se basa en una descripción matemática de la mecánica cuántica. Seguimos utilizando la idea de que los electrones se mueven en órbitas específicas y bien definidas. Pero, ahora sabemos que los electrones no viajan en una órbita/trayectoria específica.

En la década de 1920, Erwin Schrödinger determinó que los orbitales eran una región en el espacio donde había una probabilidad alta de encontrar el electrón. El tipo de órbitas probables depende del nivel de energía descrito por Bohr. Pero, con el principio de incertidumbre de Heisenberg vemos que, aunque sabemos la región donde seguramente están, no sabemos la velocidad a la que van; y, si lo supiéramos, no sabríamos dónde están exactamente.

Por lo tanto: ¡todavía nos queda mucho que descubrir en cuanto al modelo atómico! Aunque ahora, incluso, sabemos que los protones no son partículas elementales.


Evolución de los modelos atómicos - Puntos Claves

  • Hay 5 modelos atómicos que han sido aceptados durante la historia:
    • Dalton postulaba que los átomos eran indivisibles e idénticos. Además propuso el principio de la mayor simplicidad y reconoció la distinción entre la partícula fundamental de un elemento y la de un compuesto.
    • El modelo de Thomson se conoce como el Pudín de ciruela de Thomson y fue el responsable del descubrimiento del electrón.
    • Robert Millikan cálculo la carga y masa del electrón
    • Rutherford descubrió el protón en el núcleo de un átomo: siendo una masa densa de partículas cargadas positivamente con electrones orbitando el núcleo en la corteza.
    • Bohr propuso el modelo nucelar de capas, aclarando que aunque los electrones orbitan el núcleo en órbitas, cada órbita tiene un tamaño y una energía fija.
    • El modelo atómico actual es el mecano-cuántico.

Preguntas frecuentes sobre Evolución de los modelos atómicos

Hay 5 modelos atómicos que han sido aceptados durante la historia:

  1. El modelo atómico de Dalton.
  2. El modelo del pudín de ciruela de Thomson.
  3. El modelo atómico de Rutherford.
  4. El modelo atómico de Bohr.
  5. El actual modelo mecano-cuántico. 

Dalton postulaba que los átomos eran indivisibles e idénticos. Además propuso el principio de la mayor simplicidad y reconoció la distinción entre la partícula fundamental de un elemento y la de un compuesto. 

El modelo atómico moderno se denomina modelo mecano-cuántico, ya que se basa en la física cuántica. 

Thomson sugirió que un átomo es una esfera llena de un fluido, cargado positivamente, que contiene pequeñas partículas cargadas negativamente, llamadas corpúsculos (posteriormente denominados electrones). 


Este modelo se conoce como el modelo del pudín de ciruela de Thomson. 

Este modelo tenía varias limitaciones:

  • Según este modelo, la carga del átomo determina su estructura; mientras que, hasta ese momento, se había visto que la masa era responsable por la estructura y comportamiento químico.
  • Un núcleo formado por protones sería inestable, ya que (como ya sabemos) las cargas se repelen.
  • La masa del átomo no coincidía con la cantidad de protones que hay en el elemento. Como Thomson ya había visto que la masa del electrón era despreciable, tendría que coincidir el tamaño del átomo con el número de protones. 
  • No explicaba las bandas de absorción o emisión de los espectros atómicos.
  • Si los electrones giran en órbitas, tendrían que emitir energía en forma de ondas electromagnéticas; tras un tiempo, caerían sobre el núcleo, al quedarse sin energía. Ahora sabemos que esto no ocurre.

Cuestionario final de Evolución de los modelos atómicos

Evolución de los modelos atómicos Quiz - Teste dein Wissen

Pregunta

¿Quién propuso inicialmente la idea de los átomos?

Mostrar respuesta

Answer

Demócrito

Show question

Pregunta

¿Cuál de los siguientes enunciados fue postulado por Dalton?

Mostrar respuesta

Answer

Los átomos no pueden ser creados ni destruidos

Show question

Pregunta

El principio de la mayor simplicidad implica que 

Mostrar respuesta

Answer

Cualquier hidrocarburo se presentara en sus proporciones numéricas más simples.

Show question

Pregunta

Las propuestas de Thomson le llevaron a ganar un premio Nobel por el descubrimiento del ______.

Mostrar respuesta

Answer

Electrón

Show question

Pregunta

El modelo de pudín de ciruela fue el nombre que se le dio al modelo propuesto por 

Mostrar respuesta

Answer

Thompson

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Pregunta

El experimento de ______ fue el que permitió determinar la relación de carga/masa de los electrones.

Mostrar respuesta

Answer

Los tubos de rayos catódicos

Show question

Pregunta

El experimento de Rutherford se llamó ______.

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Answer

Experimento de la lámina de oro

Show question

Pregunta

El tipo de partículas que Rutherford disparó contra láminas de oro eran partículas ______.

Mostrar respuesta

Answer

Alfa

Show question

Pregunta

La conclusión del experimento de Rutherford fue:

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Answer

El núcleo de los átomos tiene una concentración de partículas positivas.

Show question

Pregunta

El gran descrubrimiento de Chadwick fue:

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Answer

La existencia de los neutrones.

Show question

Pregunta

El modelo propuesto por Bohr también se conocía como ______.

Mostrar respuesta

Answer

Modelo de capas nucleares

Show question

Pregunta

Los electrones llenan los orbitales electrónicos del nivel de energía.

Mostrar respuesta

Answer

Más bajo al más alto 

Show question

Pregunta

La cantidad de exacta de energía emitida como radiación electromagnética emitida cuando un electrón cambia de un nivel a otro se puede determinar mediante la constante de: 

Mostrar respuesta

Answer

Planck 

Show question

Pregunta

La propuesta de Shrödinger era que los orbitales electrónicos eran una región en el espacio con una alta _______ de encontrar los electrones.

Mostrar respuesta

Answer

Probabilidad

Show question

Pregunta

El principio que rige la imposibilidad de determinar la velocidad y posición de una electrón en un orbital es el principio de 

Mostrar respuesta

Answer

Incertidumbre de Heisenberg

Show question

Pregunta

¿En qué modelo se basó Bohr para diseñar su modelo atómico?

Mostrar respuesta

Answer

En el modelo atómico de Rutherford.

Show question

Pregunta

¿Qué son los niveles de energía?

Mostrar respuesta

Answer

Son las capas de los átomos de los elementos en las que se encuentran los electrones.

Show question

Pregunta

¿Cuántos niveles de energía tienen los átomos?

Mostrar respuesta

Answer

7.

Show question

Pregunta

Según el ____ ____ ____ ____ los electrones se encuentran en ____ ____ alrededor del ____ , gracias a la ____ ____. Para que esto sea posible, la ____ ____ que les afecta debe ser igual a la ____ ____.

Mostrar respuesta

Answer

Primer postulado de Bohr; órbitas circulares; núcleo; fuerza eléctrica; fuerza atractiva; fuerza centrípeta.

Show question

Pregunta

Según el ____ ____ ____ ____, las únicas órbitas en las que se pueden encontrar los electrones, son aquellas en las que el momento angular sea un ____ ____ de:


$$p=\frac{nh}{2\pi}$$

Mostrar respuesta

Answer

Segundo postulado de Bohr; múltiplo entero.

Show question

Pregunta

Según el ____ ____ ____ ____, los electrones sólo ____ ____ ____ ____ cuando saltan de una ____a otra. Mientras el electrón permanezca en la misma órbita, su energía será ____.

Mostrar respuesta

Answer

Tercer postulado de Bohr; emiten o absorben energía; órbita; constante.

Show question

Pregunta

¿Verdadero o falso?: El modelo atómico de Bohr era completamente correcto y es el que utilizamos actualmente, sin ninguna modificación.

Mostrar respuesta

Answer

Falso.

Show question

Pregunta

¿Cuál es la configuración electrónica del fósforo (P)? 

Mostrar respuesta

Answer

1s2 2s2 2p6 3s3 3p3.

Show question

Pregunta

¿Cuál es la configuración electrónica del Litio (Li)?

Mostrar respuesta

Answer

1s2 2s1.

Show question

Pregunta

¿Cuántos electrones podemos observar, como máximo, en una subcapa s?

Mostrar respuesta

Answer

2.

Show question

Pregunta

¿Cuántos electrones podemos observar, como máximo, en una subcapa p?

Mostrar respuesta

Answer

8.

Show question

Pregunta

¿Cuántos electrones podemos observar, como máximo, en una subcapa d?

Mostrar respuesta

Answer

18.

Show question

Pregunta

¿Cuántos electrones podemos observar, como máximo, en una subcapa f?

Mostrar respuesta

Answer

32.

Show question

Pregunta

¿Verdadero o falso?: Los electrones solo pueden emitir o absorber energía cuando pasan de una capa a otra.

Mostrar respuesta

Answer

Verdadero.

Show question

Pregunta

¿Verdadero o falso?: Utilizamos el diagrama de Bohr para poder escribir las configuraciones electrónicas de los átomos.

Mostrar respuesta

Answer

Falso.

Show question

Pregunta

¿Qué es la teoría del átomo?

Mostrar respuesta

Answer

Es una teoría que nos dice que toda la materia está formada por átomos.

Show question

Pregunta

¿En la teoría de qué científico se basó Dalton para crear su teoría modelo atómico?

Mostrar respuesta

Answer

Demócrito.

Show question

Pregunta

El modelo atómico de Dalton parte de la base de que la ____ está formada por ____. Estos átomos son ____ e ____.

Mostrar respuesta

Answer

Materia; átomos. indivisibles; indestructibles.

Show question

Pregunta

Según Dalton, los átomos son indivisibles. En la actualidad, ¿Esto es verdadero o falso?

Mostrar respuesta

Answer

Falso.

Show question

Pregunta

¿Por qué la teoría del átomo indivisible que planteó Dalton es incorrecta?

Mostrar respuesta

Answer

Porque en la actualidad sabemos que existen subpartículas atómicas: protones, electrones y neutrones.

Show question

Pregunta

¿Cuáles son los postulados de la teoría atómica de Dalton?

Mostrar respuesta

Answer

  • Toda la materia está formada por átomos, que son partículas indivisibles e indestructibles.
  • Los átomos de diferentes elementos tienen características diferentes.
  • Los átomos de un mismo elemento son completamente idénticos.
  • Los compuestos químicos se forman por la combinación de distintos elementos químicos. Estas combinaciones se dan con las relaciones de números enteros más sencillas.
  • Los átomos de distintos elementos diferentes tienen masas diferentes.

Show question

Pregunta

Según Dalton, ¿Qué nombre reciben los distintos tipos de átomos?

Mostrar respuesta

Answer

Elementos.

Show question

Pregunta

Según Dalton, ¿En qué se diferencian los distintos elementos?

Mostrar respuesta

Answer

Forma y tamaño.

Show question

Pregunta

¿Verdadero o falso?: Según Dalton, los átomos de un mismo elemento son iguales.

Mostrar respuesta

Answer

Verdadero.

Show question

Pregunta

¿Cuáles son las limitaciones principales del modelo atómico de Dalton?

Mostrar respuesta

Answer

  • Según Dalton, los átomos eran indivisibles, pero posteriormente se descubrió que realmente existen los protones, neutrones y electrones, por lo que esto era incorrecto.
  • Los átomos no son diferentes completamente entre sí, a diferencia de lo que pensaba Dalton.
  • No siempre se producen las relaciones químicas más sencillas cuando se forma un compuesto químico.
  • No se explicaba la existencia de alótropos.

Show question

Pregunta

Según Dalton, ¿Toda la materia está formada por átomos?

Mostrar respuesta

Answer

Sí.

Show question

Pregunta

¿De qué elemento era la barra con la que hizo Dalton uno de sus experimentos?

Mostrar respuesta

Answer

Oro.

Show question

Pregunta

Según Dalton, ¿Qué ocurre en las reacciones químicas de formación de compuestos?

Mostrar respuesta

Answer

Los átomos no se dividen durante una reacción, sino que se reorganizan.

Show question

Pregunta

¿Verdadero o falso?: Las combinaciones de átomos para dar lugar a compuestos no se dan con las relaciones de números enteros más sencillas, sino en cualquier proporción. 

Mostrar respuesta

Answer

Falso.

Show question

Pon a prueba tus conocimientos con tarjetas de opción múltiple

¿Cuál de los siguientes enunciados fue postulado por Dalton?

Las propuestas de Thomson le llevaron a ganar un premio Nobel por el descubrimiento del ______.

El modelo de pudín de ciruela fue el nombre que se le dio al modelo propuesto por 

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