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El átomo es un concepto que no siempre ha existido. El concepto que tenemos de él

hoy en día, es una suma de varios que fueron formulados por diferentes teóricos, y de

diferentes teorías que surgieron acerca de la naturaleza de la materia.

Existen, por ende, diversos tipos de modelos, pero no todos son muy conocidos. Se

tiende a hablar de los modelos clásicos occidentales y no se habla mucho de los orientales o

los existentes en la edad media o renacimiento.

El filosofo Anaxágoras fue el primero en hablar de átomo, según los registros históricos

encontrados hasta ahora. Él vivió en el 500 y el 428 A.C., nace en Turquía pero se radica en

Atenas. Sus alumnos fueron Sócrates, Eurípides, Leucipo, entre otros filósofos y poetas de la

época. Leucipo de Mileto es quien queda intrigado por la idea de átomo, la cual va ha

desarrollar en su libro, fusionándola con la teoría de los 4 elementos de la época. Esta

planteaba que todo estaba formado por 4 elementos: fuego, tierra, aire y agua.

Demócrito, quien vivió entre el 460 y el 370 A.C. en Atenas, va a ser el que retome las

ideas de Leucipo y las desarrolle. El es el primero en hablar de las características del átomo.

Plantea que son partículas invisibles, indivisibles, que forman los elementos (entiéndase por

estos: agua tierra, fuego y aire) y, por ende, la naturaleza de las cosas dependía de estos y

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sus características. Por ejemplo, el agua fluía porque sus átomos eran esferas, el fuego

lastimaba, porque sus átomos tenían puntas filosas, la tierra era dura porque sus átomos eran

cubos fuertes y le conferían rigidez. Demócrito es el primero en mencionar la indivisibilidad del

átomo, de ahí es que le da el nombre de átomo (del griego indivisible).

En la misma época de Demócrito, vivió Aristóteles, uno de los filósofos matemáticos

más influyentes. Éste va a rechazar la teoría del átomo, diciendo que la materia es contínua,

debido ha esto, la teoría atómica es dejada de lado por casi todos. Es un discípulo de

Demócrito, Epícuro de Samos, quien va a salvar la teoría de quedar en el olvido, ya que

Aristóteles, al poseer tanta influencia, si decía que esta errada dicha teoría debía de estarlo,

nadie iba a cuestionarlo. Epicuro de Samos, filosofo y poeta ateniense, va ha incluir en sus

obras la teoría del átomo, llegando así esta teoría hasta Lucrecio, quien vivió por el 99 A.C.

Este es quien plasma la teoría en su libro “De Rerum Natorum” (“La Naturaleza de las

Cosas”), el cual va atener mucha influencia sobre diversos científicos a lo largo del tiempo.

Durante este período surgen modelos que eran variaciones del propuesto por

Demócrito. Existen diversas versiones orientales. Incluso hay una versión de Newton, donde

el átomo es visto como un pequeño sistema solar.

Muchos de los modelos surgidos aquí son interpretaciones filosóficas de lo observado.

Los estudiosos de estas épocas, no demuestran gran interés por el átomo. Esto se lo puede

explicar a través de que no es un concepto muy útil para la época. Es decir, no se lo necesita

mucho para explicar las teorías que surgen durante éste período.

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Dalton era un zapatero y meteorólogo, que se interesa por las leyes de los gases. El

realiza diferentes experimentos y estudios acerca de éstos. En 1808 crea una definición

concreta de átomo. La cual se basaba en postulados cuyo objeto era explicar las leyes de las

combinaciones químicas que existían en la época, como por ejemplo la ley de la conservación

de Lavoasiere, las leyes de los gases, entre otras.

Los postulados que Dalton usa para construir su teoría atómica son:

� Los elementos están formados por átomos, los cuales consisten en partículas

materiales separadas e indestructibles.

� Los átomos de un mismo elemento son iguales en masa y en todas las demás

cualidades.

� Los átomos de distintos elementos tienen diferente masa y propiedades.

� Los compuestos se forman cuando átomos de diferentes elementos se combinan entre

sí en una relación de números enteros, formando entidades definidas.

El átomo según dichos postulados podría verse así:

Átomos de diferentes elementos:

Las características que Dalton le atribuye al átomo son similares a las que ya se

mencionaban años atrás, siglos atrás en Demócrito. Todos estos postulados surgen de las

observaciones y experimentos y de los propuestos por las leyes antes mencionadas. Por

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ejemplo, si el átomo no fuese indestructible como lo propone Dalton, la ley de conservación de

la masa podría no cumplirse.

Luego del átomo propuesto por Dalton, tienen lugar varios descubrimientos, por

ejemplo los rayos catódicos por Crookes, las cargas que podían tener la materia (Millikan),

entre otros, que hacen que la teoría atómica de Dalton no sea suficiente para explicar todos

estos descubrimientos.

En 1897, John Thomson, científico británico interesado en trabajos relacionados con

electricidad, va a proponer un modelo atómico que integraba su descubrimiento acerca de que

la materia estaba integrada por dos partes: una positiva y una negativa. El modelo de Dalton,

no daba explicación a esta naturaleza “dual” de la materia, por eso necesitaba ser revisado.

Los experimentos de Thomson fueron realizados con tubos de rayos catódicos. El

primer experimento que realizó buscó separar de los rayos catódicos las cargas negativas

mediante campos magnéticos, lo cual le fue imposible. Utilizó un tubo de rayos catódicos con

ranuras al final con electrómetros, al desviar con campos magnéticos el haz de rayos logró ver

que la corriente medida por el elecrtómtro disminuía. En su segundo experimento buscó

desviar dichos rayos en un campo eléctrico, lo cual consiguió con un tubo de rayos catódicos

sellado, con vacío en su interior. Por último en su tercer experimento buscó medir la relación

carga masa de los rayos catódicos, midiendo su energía y desviación en un campo

magnético. La conclusión a la que llega luego de estos y otros experimentos, es que los rayos

catódicos son partículas desprendidas de los átomos de los cátodos y ánodos, por lo cual el

átomo era divisible. Expulsaba dichos corpúsculos de carga negativa.

El modelo de átomo que propone en base a las conclusiones expuestas en el párrafo

anterior, consistía en una masa esférica de carga positiva, en la cual se hallaban insertadas

masas negativas, es decir electrones. Si perdía dichas masas negativas, se convertía en lo

que se conoce hoy en día como catión, y si ganaba masa negativa se le llamaba anión. El

modelo se explica hoy en día con la analogía del budín de pasas de uva, el budín es la masa

positiva y las pasas insertadas en él son los electrones.

El modelo se veía así:

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Jean Perrin, un físico químico Frances, que realizaba experimentos similares a los de

Thomson, va a modificar este modelo, planteando que los electrones en realidad, estaban

fuera de la masa positiva. Según este científico, dicha masa negativa se encontraba en los

bordes de la masa positiva.

En este año el físico Ernest Rutherford, da a conocer un nuevo modelo de átomo, el

cual buscaba dar explicación a lo observado en sus experimentos, ya que el modelo de

Thomson no podía explicar satisfactoriamente dichas observaciones.

El experimento de Rutherford realizado en los laboratorios de la Universidad de

Manchester, consistió en bombardear con partículas alfa, láminas de oro. Buscaba ver como

diferentes láminas de metales, en este caso el oro desviaban los rayos (partículas alfa)

provenientes de la desintegración radiactiva del polonio que usaba como fuente. Para logar

obtener un haz fino de rayos usó plomo para contener el polonio, donde solo había un orificio

para dejar salir a las partículas alfa. Como colector de los rayos uso laminas de sulfuro de zinc

que produce destellos cuando una partícula choca contra él. Según lo predicho por el modelo

de Thomson y su distribución de cargas en el átomo, las partículas alfa atravesarían el metal

sin grandes desviaciones en su trayectoria. Esto se desvía a la distribución homogénea de

cargas en el volumen del átomo, y al ser las partículas alfa grandes y con altas velocidades, la

fuerza eléctrica no la desviarían mucho. Pero esto no sucedió así. Las partículas alfa

atravesaban la lámina en su mayoría, por lo que el átomo debía estar prácticamente vacío y la

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desviación de las partículas era dispersa y mucha, incluso algunas regresaban a la fuente, lo

que supondría que se encuentran con una masa densa de carga positiva y son repelidas por

éstas.

El modelo de Rutherford propone que la masa del átomo se concentra en su mayoría

en el centro, donde se halla la masa positiva y en la periferia, alrededor de esta se ubicarían

los electrones. Estos describirían orbitas alrededor de estos, y entre el centro y estos habría

vacío:

El modelo anterior va a contradecir las leyes de magnetismo de Maxwell, y no

explicaba la emisión de espectros por parte de los átomos. Niels Bohr, científico danés, va a

ser quien busque incorporar al modelo atómico dichos aspectos y a su vez la cuantización de

Max Planck.

Bohr realiza diversos desarrollos matemáticos, llegando a la conclusión de que, el

átomo, era como un sistema solar donde la masa positiva se ubicaba en el centro y los

electrones describían orbitas circulares perfectas y cuantizadas. El introduce que los

electrones solo podían estar en ciertas orbitas, las cuales cumplían con determinadas

características:

1) Los electrones solo puede ocupar aquellas orbitas donde se cumple: El producto de la

cantidad de movimiento del electrón por la longitud de la circunferencia que describe,

ha de ser múltiplo de un cuanto.

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2) Mientras el electrón permanezca en estas orbitas, llamadas estacionarias, no pierde

energía en forma de radiación

3) Si un electrón pasa de una orbita de mayor energía a otra de menor energía, se acerca

al núcleo, emite radiación en forma de espectro.

El átomo de Bohr luce así:

En 1916, Arnold Sommerfeld, científico alemán, realiza correcciones al átomo de Bohr,

el cual solo había sido exitoso para describir el átomo de del elemento Hidrógeno. A medida

que el átomo era más complejo, con más electrones, el modelo introducía mayor error.

Sommerfeld, corrige las formulas matemáticas y postula que las orbitas son elípticas. A este,

modelo se lo conoce como Bohr- Sommerfeld:

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Para el 1926, ya habían surgido diversas teorías que no estaban contempladas en el

modelo atómico anterior. Por ejemplo, el principio de incertidumbre de Heisemberg, el

comportamiento ondulatorio de la materia propuesto por de Broglie, y otros planteamientos de

lo que se conoce como mecánica cuántica. Es Edwin Schrödinger quien, en 1926, propone un

nuevo modelo atómico integrando todas estas teorías.

Este científico describe al electrón con ecuaciones de onda que permiten describir la

energía de éstos. Las soluciones de dichas ecuaciones, las funciones de onda, establecen

los niveles de energía que pueden tener el electrón, y el cuadrado de éstas nos da dato

acerca de zonas donde hay más posibilidad de encontrarlos. Estas zonas son llamadas

densidad de probabilidad electrónica u orbital. Cada una de estas tiene una energía asociada.

Los orbitales son descriptos por los números atómicos:

o Número cuantico principal (n): sus valores son reales positivos, sin incluir el cero, al

aumentar, aumenta la energía del orbital. Este número también define el tamaño del

orbital, y por lo tanto, que tanto tiempo pasa el electrón lejos del núcleo.

o Número cuantico azimutal (l): define la forma del orbital, vale n-1 para cada valor de n.

Cada valor de l tiene una letra asociada s, p, d, f para 0, 1, 2,3 respectivamente.

o Número cuantico magnético (ml): define la posición del orbital en el espacio, vale desde

–l hasta l.

El conjunto de orbitales con igual n forman una capa electrónica. Cada capa posee una

subcapa, que se designa con un valor de n y otro de l representado por su letra. Cada una de

estas posee un número específico de orbitales que corresponden a valores de ml permitidos,

son 2l+1. La capa con número cuantico principal g tiene g subcapas y el total de orbitales en

ella es n2 .

Por cada orbital entran 2 electrones, cuyo número cuantico magnético del spín sea

distinto. Este número cuantico se incorpora después al modelo. Fue introducido para explicar

porque las líneas espectrales que deberían ser únicas se veían dobles y porque átomos

neutros se desviaban en presencia de campos magnéticos cuando no deberían hacerlo.

Hay varias reglas para el llenado de los orbitales, que ayudan a determinar las

configuraciones electrónicas de los elementos, es decir como se distribuyen los electrones en

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los orbitales de estos. Pero existen casos donde los orbitales se hallan degenerados, es decir

no tiene la engría esperada, sino que tienen más o menos.

Por ejemplo, los orbitales de un átomo pueden lucir así:

Este modelo atómico es el más vigente en la actualidad, incluso ya le han agregado

ciertas modificaciones matemáticas para hacerlo más preciso y lo han extendido para

modelizar moléculas y el propio núcleo de átomo. Este modelo nos permite ver con gran

exactitud la disposición de los electrones de un núcleo atómico, pero no la posición exacta de

éstos, nos permite saber su energía, como se forman los enlaces y sus geometrías. Nos

permite explicar los espectros observados para los diferentes átomos.

La necesidad de explicar los fenómenos naturales observados, diferentes experimentos

realizados, es que hace aparecer el concepto de átomo. Durante los períodos donde éste no

era necesario para explicar las teorías descubiertas, no tuvo grandes progresos, sin embargo

donde se lo necesitaba si, y cuanto más necesario mayor el interés por éste. Esto se debe a

que las teorías científicas tienen por objetivo explicar y este poder explicativo determina su

valor e importancia para los científicos.

A medida que los modelos dejan de servir para explicar los fenómenos, son cambiados

por otros que puedan explicarlos. Por eso no será sorpresa que este modelo cambie también

algún día por otro.

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Por último puedo agregar que el modelo científico de átomo es una construcción que se

ha realizado a través del tiempo y con la participación de muchos estudiosos y científicos

aparte de los nombrados en este trabajo. Los modelos no surgen descontextualizados o por

inspiración divina de un científico, sino que se construyen teniendo en cuenta los aportes de

varios, de diversas teorías, experimentos, ideas, entre otras cosas.

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� http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_fyq3/tema4/tema4.htm#inicio

� http://es.wikipedia.org/wiki/Atomo#Estructura_at.C3.B3mica

� http://es.geocities.com/atomosp2/modelosatom.htm#inimodel

� http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materia

les/atomo/modelos.htm

� http://www.gobiernodecanarias.org/educacion/3/Usrn/lentiscal/1-CDQuimica-

TIC/applets/Actual/teoriamodeloactual.htm#inicio

� http://www.liceopaula.com.ar/Areas/primero_A/Preguntas_quimica.htm#Modelos

� Lahore A., Carugati M., Olid, S. “Química 1er curso”. Editorial Monteverde

� García C., García M., Varela M. “Introducción a la Química” Editorial Barreiro y Ramos

� Brown, Lemay, Bursten.” Química. La ciencia central”... Novena edición. Editorial

Pearson. Ciudad de México. México. 2004.

� Masterton. Slowinski. Stanitski. “Química general superior. Sexta edición. Editorial Mc

Graw Hill. Ciudad de México. México. 1994.

Paginas de Internet consultadas el Sábado 6/06/09