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Teoría atómica

En química y física, la teoría atómica es una teoría científica sobre la naturaleza de la materia que sostiene que está compuesta de unidades discretas llamadas átomos. Empezó como concepto filosófico en la Antigua Grecia y logró ampliar aceptación científica a principios del siglo XIX cuando los descubrimientos en el campo de la química demostraron que la materia realmente se comportaba como si estuviese hecha de átomos.

El modelo teórico actual del átomo implica un núcleo denso rodeado por una "nube" probabilista de electrones.

La palabra átomo proviene del adjetivo en griego antiguo átomos, que significa «indivisible». Los químicos del siglo XIX empezaron a utilizar el término en relación con el número creciente de elementos químicos irreducibles.[1]​ Cerca del cambio al siguiente siglo, a través de varios experimentos con electromagnetismo y radiactividad, los físicos descubrieron que los "átomos indivisibles" eran de hecho un conglomerado de varias partículas subatómicas (principalmente, electrones, protones y neutrones), las que pueden existir separadas unas de otras. De hecho, en ciertos entornos extremos, como las estrellas de neutrones, la presión y la temperatura extremas impiden que los átomos puedan existir en absoluto.

Ya que se descubrió que los átomos podían dividirse, los físicos inventaron el término «partículas elementales» para describir las partes "indivisibles", aunque no indestructibles, de un átomo. El campo de ciencia que estudia las partículas subatómicas es la física de partículas y es en este campo donde los físicos esperan descubrir la auténtica naturaleza fundamental de la materia.

Atomismo filosófico

La idea de que la materia está hecha de unidades discretas es una muy antigua y surge en muchas culturas antiguas como Grecia (Demócrito, Leucipo de Mileto), Roma (Lucrecio) e India (los jainistas Ajivika y Cārvāka y las escuelas Nyaya y Vaisheshika). No obstante, estas ideas estuvieron fundadas en el razonamiento filosófico y teológico más que en la evidencia y la experimentación. Debido a ello, no podían convencer a todos y el atomismo era una entre varias teorías rivales sobre la naturaleza de materia. No fue hasta el siglo XIX cuando los científicos abrazaron y refinaron la idea, ya que la floreciente ciencia de la química produjeron descubrimientos que podían explicarse fácilmente utilizando el concepto del átomo. También, resalta la influencia del científico serbio Ruđer Bošković (1711-1787), primero en bosquejar una teoría atómica moderna de fundamento newtoniano que establece fuerzas de cohesión y de repulsión.[2]

Dalton

Cerca del fin del siglo XVIII dos leyes sobre reacciones químicas emergieron sin referirse a la idea de una teoría atómica. La primera era la Ley de conservación de la masa, formulada por Antoine Lavoisier en 1789, la cual declara que la masa total permanece constante tras una reacción química (es decir, los reactantes tienen la misma masa que los productos).[3]​ La segunda era la Ley de las proporciones constantes. Probada originalmente por el farmacéutico francés Joseph Louis Proust en 1799, esta ley declara que si se descompone un compuesto en sus elementos constituyentes, entonces las masas de los elementos siempre tendrán las mismas proporciones, sin importar la cantidad o fuente de la sustancia original.[4]

John Dalton estudió y expandió este trabajo previo y desarrolló la ley de las proporciones múltiples: si dos elementos pueden combinarse para formar una cantidad de compuestos posibles, entonces las proporciones de las masas del segundo elemento que se combinan con una masa fija del primer elemento serán proporciones de números enteros pequeños. Por ejemplo: Proust había estudiado óxidos de estaño y descubrió que sus masas eran 88.1 % estaño y 11.9 % oxígeno o 78.7 % estaño y 21.3 % oxígeno (estos eran óxido de estaño (II) y dióxido de estaño respectivamente). Dalton notó en estos porcentajes que 100 g de estaño se combinará con 13,5 g o 27 g de oxígeno; 13,5 y 27 forman una proporción de 1:2. Dalton descubrió que una teoría atómica de la materia podría explicar elegantemente este patrón común en la química. En el caso de los óxidos de estaño de Proust, un átomo de estaño se combinará con uno o dos átomos de oxígeno.[5]

Dalton también creía que la teoría atómica podía explicar por qué el agua absorbe gases diferentes en proporciones diferentes. Por ejemplo, descubrió que el agua absorbe dióxido de carbono mucho mejor que el nitrógeno.[6]​ Dalton hipotetizó que este se debió a las diferencias en masa y complejidad de las partículas de los gases respectivos. Ciertamente, las moléculas de dióxido de carbono (CO2) son más pesadas y grandes que las moléculas de nitrógeno (N2).

Propuso que cada elemento químico está compuesto de átomos de un solo tipo solo y aunque estos no pueden ser alterados o destruidos por medios químicos, pueden combinarse para formar estructuras más complejas (compuestos químicos). Esto marca la primera teoría verdaderamente científica del átomo, ya que Dalton logró sus conclusiones por experimentación y examen de los resultados de forma empírica.

 
Representación de varios átomos y moléculas en Un Nuevo Sistema de Filosofía Química (1808) de John Dalton.

En 1803 presentó su primera lista de pesos atómicos relativos para un número de sustancias. Este artículo se publicó en 1805, pero en él Dalton no analizó exactamente cómo obtuvo esas cifras.[6]​ El método fue revelado en 1807 por su conocido Thomas Thomson, en la tercera edición del libro de Thomson, Un Sistema de Química. Finalmente, Dalton publicó una explicación completa en su propio texto, Un Nuevo Sistema de Filosofía Química (1808 y 1810).

Dalton estimó los pesos atómicos según las proporciones de masa en que se combinan, tomando al átomo de hidrógeno como unidad. Sin embargo, Dalton no concibió que algunos elementos existan en estado molecular: por ejemplo el oxígeno puro existe como O2. También creyó erróneamente que el compuesto más sencillo entre dos elementos cualesquiera es siempre un átomo de cada uno (así que pensó que el agua era HO, no H2O).[7]​ Esto, sumado a la crudeza de su equipamiento, malogró sus resultados. Por ejemplo, en 1803 creía que los átomos de oxígeno eran 5,5 veces más pesados que los átomos de hidrógeno, porque en el agua midió 5,5 gramos de oxígeno por cada gramo de hidrógeno y creía que la fórmula para el agua era HO. Con datos mejores, en 1806 concluyó que el peso atómico del oxígeno de hecho debía ser 7 en vez de 5,5, y mantuvo este peso por el resto de su vida. Otros en estos tiempos ya habían concluido que el átomo de oxígeno tiene que pesar 8 átomos de hidrógeno si uno supone la fórmula de Dalton para la molécula de agua (HO), o 16 si uno supone la fórmula moderna (H2O).[8]

Avogadro

El defecto en la teoría de Dalton fue corregido en principio en 1811 por Amedeo Avogadro. Avogadro había propuesto que volúmenes iguales de dos gases cualesquiera, en presión y temperatura iguales, contienen números iguales de moléculas (en otras palabras, la masa de las partículas de un gas no afecta el volumen que ocupa).[9]​ La ley de Avogadro le permitió deducir la naturaleza diatómica de numerosos gases al estudiar los volúmenes en los que reaccionan. Por ejemplo: ya que dos litros de hidrógeno reaccionarán con un único litro de oxígeno para producir dos litros de vapor de agua (en temperatura y presión constantes), significa que una sola molécula de oxígeno se divide en dos para formar dos partículas de agua. De este modo Avogadro fue capaz de ofrecer estimaciones más precisas de la masa atómica del oxígeno y varios otros elementos e hizo una distinción clara entre moléculas y átomos.

Movimiento browniano

En 1827, el botánico británico Robert Brown observó que las partículas de polvo dentro de los granos de polen que flotan en el agua constantemente vibran sin razón aparente. En 1905, Albert Einstein teorizó que este movimiento browniano era causado por el continuo golpeteo de las moléculas de agua y desarrolló un modelo matemático para describirlo.[10]​ En 1908 el físico francés Jean Perrin la validó experimentalmente, lo que proveyó de validación adicional a la teoría particular (y por extensión a la teoría atómica).

Descubrimiento de las partículas subatómicas

 
El tubo de rayos catódicos de Thomson, en el que observó la desviación de los rayos catódicos por un campo eléctrico.

Hasta 1897, se creía que los átomos eran la división más pequeña de la materia, cuando J. J. Thomson descubrió el electrón mediante su experimento con el tubo de rayos catódicos.[11]​ El tubo de rayos catódicos que usó Thomson era un recipiente cerrado de vidrio, en el cual los dos electrodos estaban separados por un vacío. Cuando se aplica una diferencia de tensión a los electrodos, se generan rayos catódicos, que crean un resplandor fosforescente cuando chocan con el extremo opuesto del tubo de cristal. Mediante la experimentación, Thomson descubrió que los rayos se desviaban al aplicar un campo eléctrico (además de desviarse con los campos magnéticos, cosa que ya se sabía). Afirmó que estos rayos, más que ondas, estaban compuestos por partículas cargadas negativamente a las que llamó "corpúsculos" (más tarde, otros científicos las rebautizarían como electrones).

Thomson creía que los corpúsculos surgían de los átomos del electrodo. De esta forma, estipuló que los átomos eran divisibles, y que los corpúsculos eran sus componentes. Para explicar la carga neutra del átomo, propuso que los corpúsculos se distribuían en estructuras anilladas dentro de una nube positiva uniforme; este era el modelo atómico de Thomson o "modelo del plum cake".[12]

Ya que se vio que los átomos eran realmente divisibles, los físicos inventaron más tarde el término "partículas elementales" para designar a las partículas indivisibles.

Descubrimiento del núcleo

 
Experimento de la lámina de oro
Arriba: Resultados esperados: las partículas alfa pasan sin problemas por el modelo atómico de Thomson.
Abajo: Resultados observados: una pequeña parte de las partículas se desvía, lo que revela la existencia de un lugar en el átomo donde se concentra la carga positiva.

El modelo atómico de Thomson fue refutado en 1909 por uno de sus estudiantes, Ernest Rutherford, quien descubrió que la mayor parte de la masa y de la carga positiva de un átomo estaba concentrada en una fracción muy pequeña de su volumen, que suponía que estaba en el mismo centro.

En su experimento, Hans Geiger y Ernest Marsden bombardearon partículas alfa a través de una fina lámina de oro (que chocarían con una pantalla fluorescente que habían colocado rodeando la lámina).[13]​ Dada la mínima como masa de los electrones, la elevada masa y momento de las partículas alfa y la distribución uniforme de la carga positiva del modelo de Thomson, estos científicos esperaban que todas las partículas alfa atravesasen la lámina de oro sin desviarse, o por el contrario, que fuesen absorbidas. Para su asombro, una pequeña fracción de las partículas alfa sufrió una fuerte desviación. Esto indujo a Rutherford a proponer el modelo planetario del átomo, en el que los electrones orbitaban en el espacio alrededor de un gran núcleo compacto, a semejanza de los planetas y el Sol.[14]

Descubrimiento de los isótopos

En 1913, Thomson canalizó una corriente de iones de neón a través de campos magnéticos y eléctricos, hasta chocar con una placa fotográfica que había colocado al otro lado. Observó dos zonas incandescentes en la placa, que revelaban dos trayectorias de desviación diferentes. Thomson concluyó que esto era porque algunos de los iones de neón tenían diferentes masas; así fue como descubrió la existencia de los isótopos.[15]

Descubrimiento del neutrón

En 1918, Rutherford logró partir el núcleo del átomo al bombardear gas nitrógeno con partículas alfa, y observó que el gas emitía núcleos de hidrógeno. Rutherford concluyó que los núcleos de hidrógeno procedían de los núcleos de los mismos átomos de nitrógeno.[16]​ Más tarde descubrió que la carga positiva de cualquier átomo equivalía siempre a un número entero de núcleos de hidrógeno. Esto, junto con el hecho de que el hidrógeno —el elemento más ligero— tenía una masa atómica de 1, le llevó a afirmar que los núcleos de hidrógeno eran partículas singulares, constituyentes básicos de todos los núcleos atómicos: se había descubierto el protón. Un experimento posterior de Rutherford mostró que la masa nuclear de la mayoría de los átomos superaba a la de los protones que tenía. Por tanto, postuló la existencia de partículas sin carga, hasta entonces desconocidas más tarde llamadas neutrones, de donde provendría este exceso de masa.

En 1928, Walther Bothe observó que el berilio emitía una radiación eléctricamente neutra cuando se le bombardeaba con partículas alfa. En 1932, James Chadwick expuso diversos elementos a esta radiación y dedujo que esta estaba compuesta por partículas eléctricamente neutras con una masa similar la de un protón.[17]​ Chadwick llamó a estas partículas "neutrones".

Modelos cuánticos del átomo

El modelo planetario del átomo tenía sus defectos. En primer lugar, según la fórmula de Larmor del electromagnetismo clásico, una carga eléctrica en aceleración emite ondas electromagnéticas, y una carga en órbita iría perdiendo energía y describiría una espiral hasta acabar cayendo en el núcleo. Otro fenómeno que el modelo no explicaba era por qué los átomos excitados solo emiten luz con ciertos espectros discretos.

La teoría cuántica revolucionó la física de comienzos del siglo XX, cuando Max Planck y Albert Einstein postularon que se emite o absorbe una leve cantidad de energía en cantidades fijas llamadas cuantos. En 1913, Niels Bohr incorporó esta idea a su modelo atómico, en el que los electrones solo podrían orbitar alrededor del núcleo en órbitas circulares determinadas, con una energía y un momento angular fijos, y siendo proporcionales las distancias del núcleo a los respectivos niveles de energía.[18]​ Según este modelo, los átomos no podrían describir espirales hacia el núcleo porque no podrían perder energía de manera continua; en cambio, solo podrían realizar "saltos cuánticos" instantáneos entre los niveles fijos de energía.[19]​ Cuando esto ocurre, el átomo absorbe o emite luz a una frecuencia proporcional a la diferencia de energía (y de ahí la absorción y emisión de luz en los espectros discretos).[19]Arnold Sommerfeld amplió el átomo de Bohr en 1916 para incluir órbitas elípticas, utilizando una cuantificación de momento generalizado.

El modelo de Bohr-Sommerfeld ad hoc era muy difícil de utilizar, pero a cambio hacía increíbles predicciones de acuerdo con ciertas propiedades espectrales. Sin embargo, era incapaz de explicar los átomos multielectrónicos, predecir la tasa de transición o describir las estructuras finas e hiperfinas.

En 1924, Louis de Broglie propuso que todos los objetos —particularmente las partículas subatómicas, como los electrones— podían tener propiedades de ondas. Erwin Schrödinger, fascinado por esta idea, investigó si el movimiento de un electrón en un átomo se podría explicar mejor como onda que como partícula. La ecuación de Schrödinger, publicada en 1926,[20]​ describe al electrón como una función de onda en lugar de como una partícula, y predijo muchos de los fenómenos espectrales que el modelo de Bohr no podía explicar. Aunque este concepto era matemáticamente correcto, era difícil de visualizar, y tuvo sus detractores.[21]​ Uno de sus críticos, Max Born, dijo que la función de onda de Schrödinger no describía el electrón, pero sí a muchos de sus posibles estados, y de esta forma se podría usar para calcular la probabilidad de encontrar un electrón en cualquier posición dada alrededor del núcleo.[22]

En 1927, Werner Heisenberg indicó que, puesto que una función de onda está determinada por el tiempo y la posición, es imposible obtener simultáneamente valores precisos tanto para la posición como para el momento de la partícula para cualquier punto dado en el tiempo.[23]​ Este principio fue conocido como principio de incertidumbre de Heisenberg.

 

Este nuevo enfoque invalidaba por completo el modelo de Bohr, con sus órbitas circulares claramente definidas. El modelo moderno del átomo describe las posiciones de los electrones en un átomo en términos de probabilidades. Un electrón se puede encontrar potencialmente a cualquier distancia del núcleo, pero —dependiendo de su nivel de energía— tiende a estar con más frecuencia en ciertas regiones alrededor del núcleo que en otras; estas zonas son conocidas como orbitales atómicos.

Importancia

La importancia de esta teoría no puede ser exagerada. Se ha dicho (por ejemplo el premio Nobel Richard Feynman) que la teoría atómica es la teoría más importante en la historia de la ciencia.[cita requerida] Esto se debe a las implicaciones que ha tenido, tanto para la ciencia básica como por las aplicaciones que se han derivado de ella.

Toda la química y bioquímica modernas se basan en la teoría de que la materia está compuesta de átomos de diferentes elementos, que no pueden transmutarse por métodos químicos. Por su parte, la química ha permitido el desarrollo de la industria farmacéutica, petroquímica, de abonos, el desarrollo de nuevos materiales, incluidos los semiconductores, y otros avances.

Véase también

Referencias

  1. Berryman, Sylvia: «Ancient Atomism.» Stanford Encyclopedia of Philosophy|The Stanford Encyclopedia of Philosophy]] (Fall 2008 Edition), Edward, N.
  2. [1]
  3. Weisstein, Eric W. «Lavoisier, Antoine (1743-1794)». scienceworld.wolfram.com. Consultado el 1 de agosto de 2009. 
  4. Proust, Joseph Louis.
  5. Van Melsen, Andrew G. (1952). From Atomos to Atom. Mineola, N.Y.: Dover Publications. ISBN 0-486-49584-1. 
  6. Dalton, John.
  7. Johnson, Chris. «Avogadro - his contribution to chemistry». desde el original el 27 de junio de 2009. Consultado el 1 de agosto de 2009. 
  8. Rocke, Alan J. (1984). Chemical Atomism in the Nineteenth Century. Columbus: Ohio State University Press. 
  9. Avogadro, Amedeo (1811). «Essay on a Manner of Determining the Relative Masses of the Elementary Molecules of Bodies, and the Proportions in Which They Enter into These Compounds». Journal de Physique 73: 58-76. 
  10. Einstein, A. (1905). «Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen». Annalen der Physik 322 (8): 549. Bibcode:1905AnP...322..549E. doi:10.1002/andp.19053220806. 
  11. Thomson, J. J. (1897): Cathode rays, Philosophical Magazine.
  12. Thomson, J. J. (marzo de 1904): Philosophical Magazine Serie 6, Vol 7, Nº 39.
  13. Geiger, H. (1910): Proceedings of the Royal Society Series A 82: 495-500.
  14. Rutherford, Ernest (1911): Philosophical Magazine Serie 6, vol. 21.
  15. Thomson, J. J. (1913): «Rays of positive electricity.» Proceedings of the Royal Society, A 89, 1-20.
  16. Rutherford, Ernest (1919): «Collisions of alpha Particles with Light Atoms. IV. An Anomalous Effect in Nitrogen.» Philosophical Magazine, 6ª serie, 37, 581.
  17. Chadwick, James (27 de febrero de 1932): Nature.
  18. Bohr, N. (1913): «On the constitution of atoms and molecules.» Philosophical Magazine, 26, 1-25.]
  19. Bohr, N.: «On the constitution of atoms and molecules.»
  20. Schrodinger, Erwin (1926): «Quantisation as an Eigenvalue Problem.» Annalen der Physik.
  21. Mahanti, Subodh: Erwin Schrodinger: The Founder of Quantum Wave Mechanics el 17 de abril de 2009 en Wayback Machine., Vigyan Prasar.
  22. Mahanti, Subodh: Max Born: Founder of Lattice Dynamics el 22 de enero de 2009 en Wayback Machine., Vigyan Prasar.
  23. ISCID, Heisenberg Uncertainty Principle. el 25 de septiembre de 2006 en Wayback Machine.

Enlaces externos

  • Atomismo antiguo
  •   Datos: Q210553

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En quimica y fisica la teoria atomica es una teoria cientifica sobre la naturaleza de la materia que sostiene que esta compuesta de unidades discretas llamadas atomos Empezo como concepto filosofico en la Antigua Grecia y logro ampliar aceptacion cientifica a principios del siglo XIX cuando los descubrimientos en el campo de la quimica demostraron que la materia realmente se comportaba como si estuviese hecha de atomos El modelo teorico actual del atomo implica un nucleo denso rodeado por una nube probabilista de electrones La palabra atomo proviene del adjetivo en griego antiguo atomos que significa indivisible Los quimicos del siglo XIX empezaron a utilizar el termino en relacion con el numero creciente de elementos quimicos irreducibles 1 Cerca del cambio al siguiente siglo a traves de varios experimentos con electromagnetismo y radiactividad los fisicos descubrieron que los atomos indivisibles eran de hecho un conglomerado de varias particulas subatomicas principalmente electrones protones y neutrones las que pueden existir separadas unas de otras De hecho en ciertos entornos extremos como las estrellas de neutrones la presion y la temperatura extremas impiden que los atomos puedan existir en absoluto Ya que se descubrio que los atomos podian dividirse los fisicos inventaron el termino particulas elementales para describir las partes indivisibles aunque no indestructibles de un atomo El campo de ciencia que estudia las particulas subatomicas es la fisica de particulas y es en este campo donde los fisicos esperan descubrir la autentica naturaleza fundamental de la materia Indice 1 Atomismo filosofico 2 Dalton 3 Avogadro 4 Movimiento browniano 5 Descubrimiento de las particulas subatomicas 6 Descubrimiento del nucleo 7 Descubrimiento de los isotopos 8 Descubrimiento del neutron 9 Modelos cuanticos del atomo 10 Importancia 11 Vease tambien 12 Referencias 13 Enlaces externosAtomismo filosofico EditarArticulo principal Atomismo La idea de que la materia esta hecha de unidades discretas es una muy antigua y surge en muchas culturas antiguas como Grecia Democrito Leucipo de Mileto Roma Lucrecio e India los jainistas Ajivika y Carvaka y las escuelas Nyaya y Vaisheshika No obstante estas ideas estuvieron fundadas en el razonamiento filosofico y teologico mas que en la evidencia y la experimentacion Debido a ello no podian convencer a todos y el atomismo era una entre varias teorias rivales sobre la naturaleza de materia No fue hasta el siglo XIX cuando los cientificos abrazaron y refinaron la idea ya que la floreciente ciencia de la quimica produjeron descubrimientos que podian explicarse facilmente utilizando el concepto del atomo Tambien resalta la influencia del cientifico serbio Ruđer Boskovic 1711 1787 primero en bosquejar una teoria atomica moderna de fundamento newtoniano que establece fuerzas de cohesion y de repulsion 2 Dalton EditarArticulo principal Modelo atomico de Dalton Cerca del fin del siglo XVIII dos leyes sobre reacciones quimicas emergieron sin referirse a la idea de una teoria atomica La primera era la Ley de conservacion de la masa formulada por Antoine Lavoisier en 1789 la cual declara que la masa total permanece constante tras una reaccion quimica es decir los reactantes tienen la misma masa que los productos 3 La segunda era la Ley de las proporciones constantes Probada originalmente por el farmaceutico frances Joseph Louis Proust en 1799 esta ley declara que si se descompone un compuesto en sus elementos constituyentes entonces las masas de los elementos siempre tendran las mismas proporciones sin importar la cantidad o fuente de la sustancia original 4 John Dalton estudio y expandio este trabajo previo y desarrollo la ley de las proporciones multiples si dos elementos pueden combinarse para formar una cantidad de compuestos posibles entonces las proporciones de las masas del segundo elemento que se combinan con una masa fija del primer elemento seran proporciones de numeros enteros pequenos Por ejemplo Proust habia estudiado oxidos de estano y descubrio que sus masas eran 88 1 estano y 11 9 oxigeno o 78 7 estano y 21 3 oxigeno estos eran oxido de estano II y dioxido de estano respectivamente Dalton noto en estos porcentajes que 100 g de estano se combinara con 13 5 g o 27 g de oxigeno 13 5 y 27 forman una proporcion de 1 2 Dalton descubrio que una teoria atomica de la materia podria explicar elegantemente este patron comun en la quimica En el caso de los oxidos de estano de Proust un atomo de estano se combinara con uno o dos atomos de oxigeno 5 Dalton tambien creia que la teoria atomica podia explicar por que el agua absorbe gases diferentes en proporciones diferentes Por ejemplo descubrio que el agua absorbe dioxido de carbono mucho mejor que el nitrogeno 6 Dalton hipotetizo que este se debio a las diferencias en masa y complejidad de las particulas de los gases respectivos Ciertamente las moleculas de dioxido de carbono CO2 son mas pesadas y grandes que las moleculas de nitrogeno N2 Propuso que cada elemento quimico esta compuesto de atomos de un solo tipo solo y aunque estos no pueden ser alterados o destruidos por medios quimicos pueden combinarse para formar estructuras mas complejas compuestos quimicos Esto marca la primera teoria verdaderamente cientifica del atomo ya que Dalton logro sus conclusiones por experimentacion y examen de los resultados de forma empirica Representacion de varios atomos y moleculas en Un Nuevo Sistema de Filosofia Quimica 1808 de John Dalton En 1803 presento su primera lista de pesos atomicos relativos para un numero de sustancias Este articulo se publico en 1805 pero en el Dalton no analizo exactamente como obtuvo esas cifras 6 El metodo fue revelado en 1807 por su conocido Thomas Thomson en la tercera edicion del libro de Thomson Un Sistema de Quimica Finalmente Dalton publico una explicacion completa en su propio texto Un Nuevo Sistema de Filosofia Quimica 1808 y 1810 Dalton estimo los pesos atomicos segun las proporciones de masa en que se combinan tomando al atomo de hidrogeno como unidad Sin embargo Dalton no concibio que algunos elementos existan en estado molecular por ejemplo el oxigeno puro existe como O2 Tambien creyo erroneamente que el compuesto mas sencillo entre dos elementos cualesquiera es siempre un atomo de cada uno asi que penso que el agua era HO no H2O 7 Esto sumado a la crudeza de su equipamiento malogro sus resultados Por ejemplo en 1803 creia que los atomos de oxigeno eran 5 5 veces mas pesados que los atomos de hidrogeno porque en el agua midio 5 5 gramos de oxigeno por cada gramo de hidrogeno y creia que la formula para el agua era HO Con datos mejores en 1806 concluyo que el peso atomico del oxigeno de hecho debia ser 7 en vez de 5 5 y mantuvo este peso por el resto de su vida Otros en estos tiempos ya habian concluido que el atomo de oxigeno tiene que pesar 8 atomos de hidrogeno si uno supone la formula de Dalton para la molecula de agua HO o 16 si uno supone la formula moderna H2O 8 Avogadro EditarEl defecto en la teoria de Dalton fue corregido en principio en 1811 por Amedeo Avogadro Avogadro habia propuesto que volumenes iguales de dos gases cualesquiera en presion y temperatura iguales contienen numeros iguales de moleculas en otras palabras la masa de las particulas de un gas no afecta el volumen que ocupa 9 La ley de Avogadro le permitio deducir la naturaleza diatomica de numerosos gases al estudiar los volumenes en los que reaccionan Por ejemplo ya que dos litros de hidrogeno reaccionaran con un unico litro de oxigeno para producir dos litros de vapor de agua en temperatura y presion constantes significa que una sola molecula de oxigeno se divide en dos para formar dos particulas de agua De este modo Avogadro fue capaz de ofrecer estimaciones mas precisas de la masa atomica del oxigeno y varios otros elementos e hizo una distincion clara entre moleculas y atomos Movimiento browniano EditarEn 1827 el botanico britanico Robert Brown observo que las particulas de polvo dentro de los granos de polen que flotan en el agua constantemente vibran sin razon aparente En 1905 Albert Einstein teorizo que este movimiento browniano era causado por el continuo golpeteo de las moleculas de agua y desarrollo un modelo matematico para describirlo 10 En 1908 el fisico frances Jean Perrin la valido experimentalmente lo que proveyo de validacion adicional a la teoria particular y por extension a la teoria atomica Descubrimiento de las particulas subatomicas EditarArticulo principal Modelo atomico de Thomson El tubo de rayos catodicos de Thomson en el que observo la desviacion de los rayos catodicos por un campo electrico Hasta 1897 se creia que los atomos eran la division mas pequena de la materia cuando J J Thomson descubrio el electron mediante su experimento con el tubo de rayos catodicos 11 El tubo de rayos catodicos que uso Thomson era un recipiente cerrado de vidrio en el cual los dos electrodos estaban separados por un vacio Cuando se aplica una diferencia de tension a los electrodos se generan rayos catodicos que crean un resplandor fosforescente cuando chocan con el extremo opuesto del tubo de cristal Mediante la experimentacion Thomson descubrio que los rayos se desviaban al aplicar un campo electrico ademas de desviarse con los campos magneticos cosa que ya se sabia Afirmo que estos rayos mas que ondas estaban compuestos por particulas cargadas negativamente a las que llamo corpusculos mas tarde otros cientificos las rebautizarian como electrones Thomson creia que los corpusculos surgian de los atomos del electrodo De esta forma estipulo que los atomos eran divisibles y que los corpusculos eran sus componentes Para explicar la carga neutra del atomo propuso que los corpusculos se distribuian en estructuras anilladas dentro de una nube positiva uniforme este era el modelo atomico de Thomson o modelo del plum cake 12 Ya que se vio que los atomos eran realmente divisibles los fisicos inventaron mas tarde el termino particulas elementales para designar a las particulas indivisibles Descubrimiento del nucleo EditarArticulo principal Modelo atomico de Rutherford Experimento de la lamina de oro Arriba Resultados esperados las particulas alfa pasan sin problemas por el modelo atomico de Thomson Abajo Resultados observados una pequena parte de las particulas se desvia lo que revela la existencia de un lugar en el atomo donde se concentra la carga positiva El modelo atomico de Thomson fue refutado en 1909 por uno de sus estudiantes Ernest Rutherford quien descubrio que la mayor parte de la masa y de la carga positiva de un atomo estaba concentrada en una fraccion muy pequena de su volumen que suponia que estaba en el mismo centro En su experimento Hans Geiger y Ernest Marsden bombardearon particulas alfa a traves de una fina lamina de oro que chocarian con una pantalla fluorescente que habian colocado rodeando la lamina 13 Dada la minima como masa de los electrones la elevada masa y momento de las particulas alfa y la distribucion uniforme de la carga positiva del modelo de Thomson estos cientificos esperaban que todas las particulas alfa atravesasen la lamina de oro sin desviarse o por el contrario que fuesen absorbidas Para su asombro una pequena fraccion de las particulas alfa sufrio una fuerte desviacion Esto indujo a Rutherford a proponer el modelo planetario del atomo en el que los electrones orbitaban en el espacio alrededor de un gran nucleo compacto a semejanza de los planetas y el Sol 14 Descubrimiento de los isotopos EditarEn 1913 Thomson canalizo una corriente de iones de neon a traves de campos magneticos y electricos hasta chocar con una placa fotografica que habia colocado al otro lado Observo dos zonas incandescentes en la placa que revelaban dos trayectorias de desviacion diferentes Thomson concluyo que esto era porque algunos de los iones de neon tenian diferentes masas asi fue como descubrio la existencia de los isotopos 15 Descubrimiento del neutron EditarVease tambien Neutron Historia En 1918 Rutherford logro partir el nucleo del atomo al bombardear gas nitrogeno con particulas alfa y observo que el gas emitia nucleos de hidrogeno Rutherford concluyo que los nucleos de hidrogeno procedian de los nucleos de los mismos atomos de nitrogeno 16 Mas tarde descubrio que la carga positiva de cualquier atomo equivalia siempre a un numero entero de nucleos de hidrogeno Esto junto con el hecho de que el hidrogeno el elemento mas ligero tenia una masa atomica de 1 le llevo a afirmar que los nucleos de hidrogeno eran particulas singulares constituyentes basicos de todos los nucleos atomicos se habia descubierto el proton Un experimento posterior de Rutherford mostro que la masa nuclear de la mayoria de los atomos superaba a la de los protones que tenia Por tanto postulo la existencia de particulas sin carga hasta entonces desconocidas mas tarde llamadas neutrones de donde provendria este exceso de masa En 1928 Walther Bothe observo que el berilio emitia una radiacion electricamente neutra cuando se le bombardeaba con particulas alfa En 1932 James Chadwick expuso diversos elementos a esta radiacion y dedujo que esta estaba compuesta por particulas electricamente neutras con una masa similar la de un proton 17 Chadwick llamo a estas particulas neutrones Modelos cuanticos del atomo EditarArticulos principales Modelo atomico de Schrodinger Modelo atomico de Bohry Modelo atomico de Sommerfeld El modelo planetario del atomo tenia sus defectos En primer lugar segun la formula de Larmor del electromagnetismo clasico una carga electrica en aceleracion emite ondas electromagneticas y una carga en orbita iria perdiendo energia y describiria una espiral hasta acabar cayendo en el nucleo Otro fenomeno que el modelo no explicaba era por que los atomos excitados solo emiten luz con ciertos espectros discretos El modelo de Bohr La teoria cuantica revoluciono la fisica de comienzos del siglo XX cuando Max Planck y Albert Einstein postularon que se emite o absorbe una leve cantidad de energia en cantidades fijas llamadas cuantos En 1913 Niels Bohr incorporo esta idea a su modelo atomico en el que los electrones solo podrian orbitar alrededor del nucleo en orbitas circulares determinadas con una energia y un momento angular fijos y siendo proporcionales las distancias del nucleo a los respectivos niveles de energia 18 Segun este modelo los atomos no podrian describir espirales hacia el nucleo porque no podrian perder energia de manera continua en cambio solo podrian realizar saltos cuanticos instantaneos entre los niveles fijos de energia 19 Cuando esto ocurre el atomo absorbe o emite luz a una frecuencia proporcional a la diferencia de energia y de ahi la absorcion y emision de luz en los espectros discretos 19 Arnold Sommerfeld amplio el atomo de Bohr en 1916 para incluir orbitas elipticas utilizando una cuantificacion de momento generalizado El modelo de Bohr Sommerfeld ad hoc era muy dificil de utilizar pero a cambio hacia increibles predicciones de acuerdo con ciertas propiedades espectrales Sin embargo era incapaz de explicar los atomos multielectronicos predecir la tasa de transicion o describir las estructuras finas e hiperfinas En 1924 Louis de Broglie propuso que todos los objetos particularmente las particulas subatomicas como los electrones podian tener propiedades de ondas Erwin Schrodinger fascinado por esta idea investigo si el movimiento de un electron en un atomo se podria explicar mejor como onda que como particula La ecuacion de Schrodinger publicada en 1926 20 describe al electron como una funcion de onda en lugar de como una particula y predijo muchos de los fenomenos espectrales que el modelo de Bohr no podia explicar Aunque este concepto era matematicamente correcto era dificil de visualizar y tuvo sus detractores 21 Uno de sus criticos Max Born dijo que la funcion de onda de Schrodinger no describia el electron pero si a muchos de sus posibles estados y de esta forma se podria usar para calcular la probabilidad de encontrar un electron en cualquier posicion dada alrededor del nucleo 22 En 1927 Werner Heisenberg indico que puesto que una funcion de onda esta determinada por el tiempo y la posicion es imposible obtener simultaneamente valores precisos tanto para la posicion como para el momento de la particula para cualquier punto dado en el tiempo 23 Este principio fue conocido como principio de incertidumbre de Heisenberg Este nuevo enfoque invalidaba por completo el modelo de Bohr con sus orbitas circulares claramente definidas El modelo moderno del atomo describe las posiciones de los electrones en un atomo en terminos de probabilidades Un electron se puede encontrar potencialmente a cualquier distancia del nucleo pero dependiendo de su nivel de energia tiende a estar con mas frecuencia en ciertas regiones alrededor del nucleo que en otras estas zonas son conocidas como orbitales atomicos Importancia EditarLa importancia de esta teoria no puede ser exagerada Se ha dicho por ejemplo el premio Nobel Richard Feynman que la teoria atomica es la teoria mas importante en la historia de la ciencia cita requerida Esto se debe a las implicaciones que ha tenido tanto para la ciencia basica como por las aplicaciones que se han derivado de ella Toda la quimica y bioquimica modernas se basan en la teoria de que la materia esta compuesta de atomos de diferentes elementos que no pueden transmutarse por metodos quimicos Por su parte la quimica ha permitido el desarrollo de la industria farmaceutica petroquimica de abonos el desarrollo de nuevos materiales incluidos los semiconductores y otros avances Vease tambien EditarAtomismo Termodinamica Mecanica cuantica Quimica cuantica Fisica molecular Historia de la teoria atomica Cronologia de la fisica atomica y subatomicaReferencias Editar Berryman Sylvia Ancient Atomism Stanford Encyclopedia of Philosophy The Stanford Encyclopedia of Philosophy Fall 2008 Edition Edward N 1 Weisstein Eric W Lavoisier Antoine 1743 1794 scienceworld wolfram com Consultado el 1 de agosto de 2009 Proust Joseph Louis Van Melsen Andrew G 1952 From Atomos to Atom Mineola N Y Dover Publications ISBN 0 486 49584 1 a b Dalton John Johnson Chris Avogadro his contribution to chemistry Archivado desde el original el 27 de junio de 2009 Consultado el 1 de agosto de 2009 Rocke Alan J 1984 Chemical Atomism in the Nineteenth Century Columbus Ohio State University Press Avogadro Amedeo 1811 Essay on a Manner of Determining the Relative Masses of the Elementary Molecules of Bodies and the Proportions in Which They Enter into These Compounds Journal de Physique 73 58 76 Einstein A 1905 Uber die von der molekularkinetischen Theorie der Warme geforderte Bewegung von in ruhenden Flussigkeiten suspendierten Teilchen Annalen der Physik 322 8 549 Bibcode 1905AnP 322 549E doi 10 1002 andp 19053220806 Thomson J J 1897 Cathode rays Philosophical Magazine Thomson J J marzo de 1904 On the Structure of the Atom an Investigation 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Problem Annalen der Physik Mahanti Subodh Erwin Schrodinger The Founder of Quantum Wave Mechanics Archivado el 17 de abril de 2009 en Wayback Machine Vigyan Prasar Mahanti Subodh Max Born Founder of Lattice Dynamics Archivado el 22 de enero de 2009 en Wayback Machine Vigyan Prasar ISCID Heisenberg Uncertainty Principle Archivado el 25 de septiembre de 2006 en Wayback Machine Enlaces externos EditarAtomismo antiguo Descubrimiento del neutron Atom The Incredible World Datos Q210553Obtenido de https es wikipedia org w index php title Teoria atomica amp oldid 136430138, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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