Conocer Ciencia - Modelos atómicos - Química 5

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Modelo físicoHistoria del átomo

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Modelos atómicos

• Introducción a los modelos atómicos …

• Nuestra historia de hoy comienza planteando un dilema. Primero os voy a presentar al sujeto A:

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• Si pregunto qué es el “sujeto A” probablemente la gente responda “es un avión de papel”.

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• Para no ser descortés, al sujeto B:

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• Si pregunto qué es el sujeto B la gente respondería “es una maqueta de un avión Boeing”

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• ¿Ustedes reconocen a “sujeto A” y “sujeto B” como un avión?

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• ¿Están de acuerdo en que el sujeto B concuerda más con la realidad que el sujeto A?

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• ¿Cual es por tanto la diferencia entre ambos?

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• Si lo que queremos reproducir de un avión es su capacidad para volar, entonces el “sujeto A” es mejor candidato que “sujeto B”.

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• En cambio, si deseamos representar la apariencia, lo que ven nuestros ojos, entonces el “sujeto B” se acerca más.

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• En ningún caso se trata de un avión. Es tan solo la representación de una realidad.

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• Lo que tenemos en ambos casos es un modelo. Un modelo físico pretende ayudarnos a describir la realidad.

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• No olvidemos que la ciencia describe, es espectadora, trata de hallar la respuesta de las preguntas que plantea un universo que se maneja él solito sin intervención alguna.

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• A la hora de abordar determinados problemas complejos es necesaria la construcción de un modelo físico que describa la realidad.

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• Un modelo es una construcción teórico-experimental que trate de ser lo más fiel a los resultados experimentales…

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• Los experimentos son, en última instancia, los jueces a la hora de decidir si un modelo es bueno o malo en cuanto a la exactitud de las predicciones que hace.

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• No siempre el mejor modelo es el que más precisión permite porque no siempre está a nuestro alcance conseguir cualquier precisión experimental…

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• Incluso, muchas veces, basta una aproximación inicial para obtener el comportamiento que deseamos modelar y a partir de ese momento no necesitamos complicarnos la vida con nuestro modelo.

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• Los primeros que intentaron comprender la estructura de la materia se remontan a la antigua Grecia y al origen de la palabra átomo que en griego significa “indivisible”.

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• Los griegos aún sin posibilidad experimental de ver más allá de lo que permiten los ojos pensaron que era lógico (dentro del paradigma del pensamiento de su época)...

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• ... considerar que debería haber un punto en el cual ya no pudieras seguir descomponiendo la materia en piezas más pequeñas.

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• En algún momento había que parar y ese momento, esa pieza pequeña e indivisible, es lo que llamaron átomo.

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• Evidentemente se trataba de una aproximación filosófica puesto que no hay experimentación ni otra cosa que la idea de que esto debería ser así.

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• Hubo que esperar nada menos que hasta el siglo XIX hasta que esa idea de los griegos pudiera ser explorada desde un punto de vista más científico.

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• Corría el año 1808 cuando Dalton planteó el modelo que lleva su nombre.

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• Fue el primer modelo atómico basado en ideas científicas.

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• En esencia mantiene la idea de átomo como pieza indivisible de la materia y trata de explicar el por qué de las reacciones químicas.

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• Casi cien años más tarde y tras haberse descubierto el protón y el electrón, Thomson planteó un átomo como si fuera un muffin…

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• … una esfera cargada positivamente con las cargas negativas embebidas dentro.

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• Delicioso, sí. Y además era coherente con lo que Thomson observaba.

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• En 1911 Rutherford hizo el experimento de dispersión inelástica por una lámina de oro, uno de los más bonitos y épicos en la historia de la Física…

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• … en el que se planteó por primera vez un átomo en el que había un núcleo de carga positiva con los electrones orbitando a su alrededor.

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• Fue un cambio sustancial en la idea hasta ese momento.

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• Y luego vinieron muchos más científicos que se encargaron de perfeccionar los modelos del átomo (o modelos atómicos).

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• Y a medida que el modelo se va complicando cada vez es más difícil de resolver ¡incluso para las computadoras!

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• Nos referimos al modelo atómico mecano-cuántico que encaja muy bien con las observaciones experimentales.

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• De este modelo diré que no se habla de órbitas, sino de orbitales.

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• Un orbital es una región del espacio en la que la probabilidad de encontrar al electrón es máxima.

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• Los orbitales atómicos tienen distintas formas geométricas.

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• Pero como comentaba en un principio, un modelo es bueno en cuanto a las predicciones que nos permite hacer.

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• Un modelo, cabe recordar, no tiene por qué representar la totalidad de la realidad puede centrarse en intentar reproducir aspectos concretos si gracias a esa pérdida de generalidad gana en precisión.

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• Por ello cuando alguien pregunta ¿cómo es un átomo? está esperando que la respuesta sea el aspecto que tiene un átomo, tal cual Rutherford se lo imaginó.

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• Y se nos viene a la mente en primera aproximación el sistema solar.

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• Y es una buena primera aproximación siempre que seamos conscientes de que se trata de eso, una aproximación.

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• Consideraciones adicionales como el modelo de orbitales u otros modelos sirven de forma cuantitativa para entenderlo…

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• Pero no creo que nadie en el mundo cuando se imagina como es un átomo se le venga a la mente una imagen como esta:

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• Sino más bien una como esta:

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• Y es que puestos a imaginar, nos imaginamos lo que nos de la gana.

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• Total, por mucha imaginación que tengamos, la realidad siempre supera a la ficción.

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• Con este video comprenderemos mejor la evolución de los modelos atómicos.

• Recuerde: En la actualidad la visión más completa del átomo la ofrece la física cuántica.

• Pero ¿qué es el modelo atómico cuántico? Los comprenderemos en el siguiente video.

Historia del átomo

La historia del átomo

• Los antiguos griegos fueron los primeros que empezaron a hablar de los átomos.

• Insinuaron que toda la materia debía estar hecha de diminutas partículas que no podían dividirse en otras más pequeñas.

• Alrededor de 1 803, el científico inglés John Dalton describió el átomo como lo más pequeño de un elemento que se comporta como ese elemento.

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• Se dio cuenta de que los átomos de elementos distintos tienen pesos diferentes (masas).

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• También demostró que átomos de distintos elementos se combinan de diferentes formas para crear variados compuestos químicos.

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Más y más pequeño

• Hasta 1 897, los científicos pensaban que no podía existir nada más pequeño que un átomo.

• En ese año, J. J. Thomson, científico británico, descubrió el electrón.

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• El electrón tiene una carga negativa y es mucho más pequeño que un átomo.

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• Thomson planteó un átomo como una esfera cargada positivamente con las cargas negativas embebidas dentro.

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• En 1 911, Ernest Rutherford, un neozelandés que vivía en Gran Bretaña, llevó a cabo experimentos con partículas atómicas …

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• … con los que concluyó que los átomos eran principalmente espacios vacíos, con una pequeña región de materia al centro.

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• A esto lo llamó núcleo, que tiene carga positiva y equilibra la carga negativa de los electrones.

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• Rutherford se imaginó los electrones girando alrededor del núcleo como los planetas giran alrededor del Sol.

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• Los científicos creen que los electrones son más bien nubes de carga negativa alrededor del núcleo.

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• También se sabe que el núcleo está constituido por partículas más pequeñas , los protones y los neutrones.

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• Los protones tienen carga positiva y en un átomo siempre existe el mismo número de protones y el mismo número de electrones.

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• Las cargas opuestas se atraen, lo que mantiene el átomo unido.

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• Hoy, los científicos creen que los protones y los neutrones están ellos mismos constituidos por partículas aún más pequeñas, llamadas quarks.

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• También han descubierto muchas otras partículas más pequeñas que los átomos.

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Aceleradores

• Los científicos utilizan enormes maquinarias, llamadas aceleradores de partículas, para descubrir y estudiar las partículas subatómicas.

• Esto es parte del acelerador LHC, el acelerador de partículas más grande y energético del mundo, en EE. UU.

• El túnel circular en el cual se encuentra tiene más de 6 km de largo.

Isótopos

• Todos los átomos de un elemento en particular tienen la misma cantidad de protones y de electrones.

• Pero puede haber distintas cantidades de neutrones en diferentes átomos, lo que los hace tener masas diferentes (pesos).

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• Estas distintas versiones de un elemento se denominan isótopos.

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• Para identificarlos, los científicos escriben la cantidad total de protones y neutrones del isótopo después del nombre del elemento.

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• Los isótopos del hidrógeno en el siguiente video.

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El carbono

• El isótopo más común de elemento carbono es el carbono-12.

• El carbono consta de otros dos isótopos: carbono-13 y carbono-14, pero existen en menor proporción en el carbono natural.

Diferentes isótopos

• Diferentes isótopos del mismo elemento se comportan igual en las reacciones químicas, pero pueden tener diferentes propiedades físicas.

• Por ejemplo, el carbono-14 es radioactivo, pero el carbono-12 no lo es.

• Sin embargo, ambos isótopos se pueden combinar químicamente con el oxígeno para crear el compuesto dióxido de carbono (CO2).

• Muchos elementos que se encuentran en la naturaleza son una mezcla de diferentes isótopos.

Iones

• En un átomo, las cargas positivas de los protones se equilibran con las cargas negativas de los electrones.

• Por lo tanto, el átomo es eléctricamente neutro.

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• Sin embargo, si agregamos o quitamos uno o más electrones de un átomo, quedará cargado positiva o negativamente.

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• Dichas partículas cargadas se denominan iones.

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• Si combinamos átomos de sodio y de cloruro formamos una sustancia química llamada cloruro de sodio, sal común.

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• Al hacer la sal, cada átomo de sodio le entrega un electrón a un átomo de cloruro.

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• Cuando esto ocurre, los átomos se transforman en iones.

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• El ion de sodio tiene carga positiva y el de cloruro carga negativa.

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• Los iones se atraen entre sí por que las cargas opuestas se atraen. Esto se conoce como enlace iónico.

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• El Enlace Iónico del cloruro de sodio en el siguiente video:

Átomos 5 - Fin

http://pepascientificas.blogspot.com

Barranca, julio de 2010

Anexos

• Para separar mezclas se puede usar las siguientes técnicas: Evaporación, Tamización, Decantación, Filtración, Separación magnética. Experimentos para separar mezclas:

• http://lacienciaentusmanos-aracelly.blogspot.com/2011_06_01_archive.html

• Filtración, destilación y decantación en Icarito:• http://www.icarito.cl/enciclopedia/articulo/segund

o-ciclo-basico/ciencias-naturales/la-materia-y-sus-transformaciones/2010/06/62-111-9-3-las-mezclas.shtml

• Elementos básicos de un laboratorio:• http://toodomateria.blogspot.com/2010/11/eleme

ntos-de-laboratorio.html

• Lea el artículo completo (sobre modelos atómicos) en el siguiente enlace:

• http://www.migui.com/ciencias/fisica/modelos-atomicos-intentando-comprender-que-ocurre-en-la-estructura-de-la-materia.html

http://www.lcc.ukf.net/KS3Chem/mixtures.htm

http://www.prevor.com/ES/autres/fb/lecon_chimie/ESP_lecon_chimie2.php