Evolución de los Modelos Atómicos: De Demócrito a la Estructura Nuclear

Evolución Histórica de los Modelos Atómicos

El Modelo Atómico es una representación del átomo basada en los datos obtenidos de los experimentos científicos.

El Concepto de Átomo en la Antigüedad y la Edad Media

Antigua Grecia

• Demócrito nombró por primera vez la palabra átomo, definiéndola como la parte más pequeña de la materia que conserva sus propiedades.
• La teoría de los cuatro elementos de Aristóteles (tierra, agua, aire y fuego) triunfó sobre la de Demócrito.

Edad Media

Se mantuvo la teoría de los cuatro elementos. En este periodo, surgieron los alquimistas, cuyo objetivo principal era obtener la piedra filosofal.

A pesar de sus metas, los alquimistas hicieron importantes contribuciones:

• Descubrieron muchas sustancias.
• Inventaron material de laboratorio.
• Obtuvieron nuevas técnicas de trabajo (ej. el baño María).

Renacimiento

Se empezó a utilizar el Método Científico, lo que impulsó una revolución científica y el surgimiento de distintas ciencias, como la Astronomía (que estudia el universo).

Modelos Atómicos Clásicos

Siglo XIX: John Dalton y la Química Moderna

Aparece la Química. Se realizan experimentos utilizando el método científico que Dalton utilizó para escribir su teoría atómica.

Modelo Atómico de Dalton (1808)

Las ideas fundamentales de su teoría son:

1. La materia está constituida por átomos.
2. Los átomos son indivisibles y no se modifican en las reacciones químicas.
3. Todos los átomos de un mismo elemento son iguales.
4. Los átomos de elementos químicos diferentes son diferentes.
5. Los compuestos están formados por la unión de átomos de distintos elementos.

Ejemplos:

• Átomos de elementos: Hidrógeno, Oxígeno, Potasio (Potasa), Azufre, Mercurio, Plomo.
• Compuestos químicos: Agua, Amoniaco, Metano, Óxido de Nitrógeno.

Modelo Atómico de Thomson (1897)

Existe una relación entre la constitución de la materia y la electricidad; por ejemplo, algunos cuerpos adquieren carga eléctrica cuando son frotados con lana o seda.

Thomson demostró que las descargas eléctricas en gases producían partículas con carga eléctrica negativa. Denominó a estas partículas electrones y concluyó que el electrón era un constituyente del átomo.

El descubrimiento del electrón indicó que el átomo no es indivisible y que está constituido por partículas subatómicas.

Propuesta de Thomson: Propuso un modelo de átomo formado por partículas con carga eléctrica negativa (electrones) inmersas en un fluido de carga eléctrica positiva (el modelo del “pudín de pasas”), dando como resultado un átomo eléctricamente neutro.

El Modelo Atómico Nuclear y la Estructura Interna

Modelo Atómico Nuclear (Rutherford)

Este modelo distingue dos partes en el átomo: el núcleo y la corteza.

El Núcleo

• Es muy pequeño en comparación con el volumen total del átomo y concentra casi toda su masa.
• Consta de dos tipos de partículas: los protones, con carga eléctrica positiva, y los neutrones, eléctricamente neutros.
• El núcleo tiene carga eléctrica positiva.

La Corteza Atómica

• Es la zona donde los electrones se mueven en torno al núcleo.
• Los electrones tienen carga eléctrica negativa.
• Ocupa casi todo el volumen del átomo, aunque tiene una masa muy pequeña comparada con la del núcleo.
• Los electrones se distribuyen en capas o niveles alrededor del núcleo atómico.

Los átomos contienen el mismo número de electrones en la corteza que de protones en el núcleo; en consecuencia, son eléctricamente neutros.

Conceptos Fundamentales de la Estructura Atómica

Número Atómico (Z)

Es el número de protones que tiene el núcleo de un átomo. Un elemento químico está caracterizado por su número atómico.

Número Atómico (Z) = Número de Protones = Número de Electrones (en un átomo neutro).

Número Másico (A)

Es el número de partículas que hay en el núcleo de un átomo (nucleones), es decir, la suma del número de protones ($Z$) y del número de neutrones ($N$).

A = Z + N

Masa Atómica (U)

Es la masa de uno de sus átomos medida en unidades de masa atómica ($U$).

Isótopos

Son los átomos que tienen el mismo número atómico ($Z$) pero distinto número másico ($A$). Es decir, tienen el mismo número de protones pero distinto número de neutrones.