Química y Física: Primeros modelos de átomo (Dalton,Thomson,Rutherford, y Bohr)

Summary

El video aborda la evolución del modelo atómico, desde la propuesta de John Dalton en 1803 hasta el modelo planetario de Niels Bohr. Comienza explicando la teoría de Dalton sobre átomos indivisibles, luego discute cómo el descubrimiento de partículas subatómicas, como el electrón por J.J. Thomson, desafió esa idea. Se introduce el modelo de 'budín de ciruelas' de Thomson y los experimentos de Rutherford que revelaron el núcleo atómico. Finalmente, Bohr propuso que los electrones orbitan el núcleo en niveles de energía definidos. El video deja la puerta abierta para hablar del modelo cuántico en futuras entregas.

Takeaways

• 🧑‍🔬 John Dalton propuso la Teoría Atómica en 1803, que afirmaba que los átomos son indivisibles y que cada elemento tiene su propio tipo de átomo con un peso característico.
• ⚛️ Dalton explicó que los compuestos químicos se formaban en proporciones específicas y consistentes debido a la naturaleza de los átomos.
• 🔬 El descubrimiento de partículas subatómicas, como el electrón en 1897 por J.J. Thomson, demostró que los átomos no eran indivisibles, como se pensaba en el modelo de Dalton.
• 🍰 Thomson propuso el modelo del 'budín de ciruelas', donde los electrones cargados negativamente estaban incrustados en una esfera de carga positiva, similar a pasas en un pastel.
• 🥼 En 1909, Rutherford descubrió que el átomo estaba mayormente vacío con un núcleo pequeño y denso al hacer experimentos con partículas alfa y una lámina de oro.
• 🚀 Rutherford propuso un modelo de átomo donde la mayor parte de la masa y carga positiva estaba concentrada en un núcleo diminuto.
• 🌀 El modelo de Rutherford presentaba un problema: no explicaba por qué los electrones no colapsaban hacia el núcleo debido a la atracción electrostática.
• 🪐 Niels Bohr resolvió este problema en 1913 proponiendo que los electrones orbitan el núcleo en niveles de energía fijos, similar a cómo los planetas orbitan alrededor del sol.
• 📈 El modelo de Bohr sugería que los electrones podían saltar entre niveles de energía, ganando o perdiendo un 'cuanto' de energía, lo que dio lugar al término 'salto cuántico'.
• 🔑 Los electrones más externos, llamados electrones de valencia, determinan las propiedades químicas de un átomo según el modelo de Bohr, aunque este fue eventualmente superado por el modelo cuántico mecánico.

Q & A

¿Quién propuso la Teoría Atómica y cuándo lo hizo?

John Dalton propuso la Teoría Atómica en 1803.

¿Qué afirmaba Dalton sobre los átomos de cada elemento?

Dalton afirmaba que cada elemento tenía su propio y único tipo de átomo, con un peso característico.

¿Cuál fue el principal problema del modelo atómico de Dalton que se descubrió posteriormente?

El principal problema fue que Dalton consideraba que los átomos eran indivisibles, pero el descubrimiento de las partículas subatómicas demostró que esto no era cierto.

¿Qué descubrió J.J. Thomson en 1897 y cómo lo hizo?

J.J. Thomson descubrió el electrón, una partícula subatómica con carga negativa, utilizando experimentos con rayos catódicos y placas con carga eléctrica.

¿Qué analogía utilizó Thomson para describir su modelo atómico?

Thomson utilizó la analogía de un 'budín de ciruelas', donde la masa del átomo era como el pastel y los electrones eran como las pasas incrustadas en él.

¿Qué descubrió Ernest Rutherford en su experimento de 1909?

Rutherford descubrió que la mayor parte del átomo es espacio vacío y que tiene un pequeño núcleo con carga positiva que contiene la mayor parte de la masa del átomo.

¿Cuál fue el problema del modelo de Rutherford con respecto a los electrones?

El problema era que no explicaba por qué los electrones no colapsaban hacia el núcleo debido a la atracción electrostática.

¿Cómo resolvió Niels Bohr el problema del colapso de los electrones hacia el núcleo?

Niels Bohr propuso que los electrones se encuentran en órbitas concéntricas circulares a niveles de energía fijos, lo que evitaba que colapsaran hacia el núcleo.

¿Qué se entiende por 'salto cuántico' en el modelo de Bohr?

El 'salto cuántico' es el cambio de un electrón de un nivel de energía a otro, ganando o perdiendo una cantidad específica de energía en el proceso.

¿Qué son los 'electrones de valencia' y cuál es su importancia según el modelo de Bohr?

Los 'electrones de valencia' son los electrones en las órbitas más exteriores, y determinan las propiedades químicas del átomo, ya que son los que participan en las reacciones químicas.

Outlines

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🔬 Introducción a la teoría atómica de Dalton

Este párrafo introduce la Teoría Atómica de John Dalton, propuesta en 1803, que revolucionó el entendimiento de la materia al sugerir que todo está compuesto de átomos. Dalton explicó que cada elemento tenía un tipo único de átomo con un peso característico y que los átomos eran indivisibles. A pesar de su simplicidad, el modelo fue crucial para el desarrollo de la química moderna, pero luego fue revisado al descubrirse partículas subatómicas, como el electrón.

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⚛️ El descubrimiento del electrón y el modelo del 'budín de ciruelas' de Thomson

En 1897, J.J. Thomson descubrió el electrón mediante experimentos con rayos catódicos, desafiando la idea de que los átomos eran indivisibles. Propuso el modelo del 'budín de ciruelas', en el que los electrones con carga negativa están incrustados en una esfera de carga positiva, similar a pasas en un pastel. Este modelo prevaleció hasta que los experimentos de Rutherford demostraron que los átomos tenían una estructura más compleja.

🧪 El experimento de Rutherford y el descubrimiento del núcleo atómico

El experimento de Rutherford en 1909, donde disparó partículas alfa contra una lámina de oro, reveló que los átomos son mayormente espacio vacío con un núcleo denso y cargado positivamente en el centro. Esto implicaba que la mayor parte de la masa del átomo estaba concentrada en un diminuto núcleo, contradiciendo el modelo de Thomson. Este hallazgo revolucionó el concepto del átomo, aunque planteaba preguntas sobre por qué los electrones no colapsaban hacia el núcleo.

🪐 El modelo planetario de Bohr

Niels Bohr, trabajando con Rutherford, resolvió el problema del colapso atómico al proponer en 1913 un modelo donde los electrones orbitan en niveles de energía fijos alrededor del núcleo, similar a los planetas orbitando el Sol. Bohr sugirió que los electrones solo podían existir en ciertos niveles energéticos y que el movimiento entre ellos implicaba la absorción o emisión de energía en 'cuantos'. Este modelo explicó la estabilidad del átomo y el comportamiento químico de los electrones.

🔄 Órbitas de energía y el salto cuántico

Bohr detalló que los electrones se encuentran en órbitas con niveles de energía fijos, y que solo pueden saltar entre ellas absorbiendo o liberando un 'cuanto' de energía. Esto ayuda a entender el concepto de los electrones de valencia, que son los responsables de las reacciones químicas de los átomos. Aunque el modelo de Bohr fue revolucionario, eventualmente fue reemplazado por el modelo cuántico mecánico, que será explicado en un video futuro.

Keywords

💡Teoría Atómica

La teoría atómica fue propuesta por John Dalton en 1803, afirmando que toda la materia está compuesta por átomos, que son indivisibles y únicos para cada elemento. Esta teoría ayudó a explicar cómo se forman los compuestos químicos en proporciones definidas y fue el primer modelo atómico que sirvió de base para la comprensión de las reacciones químicas.

💡Átomos

Los átomos son las unidades fundamentales de la materia, según la teoría de Dalton. En el video, se explica cómo el concepto de átomo ha evolucionado, comenzando como partículas indivisibles y luego adaptándose con el descubrimiento de partículas subatómicas. Los átomos también se mencionan como parte de la estructura central de los modelos de Dalton, Thomson, Rutherford y Bohr.

💡Modelo del Budín de Ciruelas

Este modelo fue propuesto por J.J. Thomson en 1897, tras descubrir el electrón. Imagina un pastel compacto con pequeñas pasas (electrones) incrustadas, donde el 'pastel' tiene carga positiva. Thomson sugirió que los átomos eran esferas de carga positiva con electrones negativos dispersos. Este modelo prevaleció hasta los experimentos de Rutherford.

💡Electrones

Los electrones son partículas subatómicas con carga negativa descubiertas por J.J. Thomson. En el video, se explica cómo estos electrones están distribuidos en los átomos y cómo sus posiciones y movimientos han sido interpretados a través de distintos modelos atómicos, como el 'budín de ciruelas' y el modelo de Bohr.

💡Experimento de Rutherford

El experimento de Rutherford de 1909 utilizó partículas alfa para bombardear una lámina de oro. Este experimento mostró que la mayoría de las partículas atravesaban el átomo, pero algunas rebotaban, lo que llevó a Rutherford a concluir que el átomo tiene un pequeño núcleo denso de carga positiva. Esto refutó el modelo de Thomson y estableció el concepto del núcleo atómico.

💡Núcleo atómico

El núcleo atómico es la pequeña y densa región central del átomo que contiene la mayor parte de su masa y tiene carga positiva. Fue descubierto en los experimentos de Rutherford, que demostraron que los átomos no eran masas compactas como se pensaba, sino que estaban compuestos principalmente por espacio vacío con un núcleo central.

💡Modelo planetario

El modelo planetario fue propuesto por Niels Bohr en 1913, sugiriendo que los electrones orbitan alrededor del núcleo del átomo en niveles de energía fijos, de manera similar a los planetas alrededor del sol. Este modelo ayudó a resolver el problema de por qué los electrones no colapsaban hacia el núcleo debido a la atracción electrostática.

💡Partículas subatómicas

Las partículas subatómicas, como los electrones, protones y neutrones, son los componentes fundamentales de los átomos. En el video se menciona cómo el descubrimiento de estas partículas, en particular el electrón por Thomson, obligó a revisar la idea original de Dalton de que los átomos eran indivisibles.

💡Cuanto de energía

El cuanto de energía es la cantidad específica de energía que los electrones ganan o pierden cuando saltan de un nivel de energía a otro, según el modelo de Bohr. Este concepto es clave para entender los saltos cuánticos que los electrones realizan, y es de donde surge el término 'salto cuántico'.

💡Electrones de valencia

Los electrones de valencia son los electrones que se encuentran en las órbitas más exteriores de un átomo y que son responsables de las propiedades químicas del mismo. En el modelo de Bohr, estos electrones están en los niveles de energía más alejados del núcleo y juegan un papel fundamental en las reacciones químicas.

Highlights

John Dalton propuso la Teoría Atómica en 1803, planteando que los átomos eran partes indivisibles de cada elemento.

Dalton postuló que cada elemento tenía su propio tipo de átomo con un peso característico.

El modelo atómico de Dalton prevaleció durante casi un siglo hasta que se descubrieron las partículas subatómicas.

En 1897, J.J. Thomson descubrió el electrón a través de experimentos con rayos catódicos.

Thomson propuso el modelo de 'budín de ciruelas', donde los electrones eran partículas incrustadas en una masa de carga positiva.

Los experimentos de Ernest Rutherford en 1909 llevaron al descubrimiento del núcleo atómico.

Rutherford descubrió que la mayor parte de la masa de un átomo estaba concentrada en un diminuto núcleo positivo.

El experimento de dispersión alfa de Rutherford mostró que los átomos estaban compuestos principalmente de espacio vacío.

El modelo de Rutherford implicaba un núcleo compacto rodeado por electrones en el espacio vacío.

Niels Bohr resolvió el problema del colapso atómico proponiendo que los electrones orbitan el núcleo en niveles de energía fijos.

El modelo planetario de Bohr propuso que los electrones orbitan en niveles de energía concéntricos alrededor del núcleo.

En el modelo de Bohr, los electrones pueden saltar entre niveles de energía, pero no pueden existir entre esos niveles.

Los 'cuantos' de energía definen los saltos de un electrón entre niveles de energía en el modelo de Bohr.

El modelo de Bohr explicó la reactividad química de los átomos en función de los electrones de valencia.

El modelo de Bohr fue eventualmente reemplazado por el modelo cuántico mecánico.

Transcripts

Podríamos decir que la Era Atómica comenzó con John Dalton.

En 1803 Dalton propuso la Teoría Atómica.

Esta imagen del mundo en la cual todo está compuesto por átomos ayudó a explicar lo

que había sido observado en las reacciones químicas.

Por ejemplo, diferentes compuestos combinados siempre formaban compuestos químicos en cantidades

que eran simplemente cantidades masivas.

Dalton postuló que cada elemento tenía su propio y único tipo de átomo, con un cierto

peso característico.

Los átomos eran partes muy pequeñas y sólidas, que además eran indivisibles.

Ese fue el modelo de átomo durante casi un siglo.

A partir de la primera concepción de Dalton, el modelo de átomo ha ido evolucionando con

el tiempo.

Cada vez que se reunían nuevas observaciones experimentales que no podían ser explicadas

con el modelo atómico del momento, ese modelo debía ser revisado y perfeccionado.

Por ejemplo, el descubrimiento de las partículas subatómicas determinó que el modelo de Dalton,

que decía que los átomos eran indivisibles…necesitaba algo más de trabajo.

En 1897, J.J.

Thomson fue el primero en descubrir una partícula subatómica, el electrón, luego de sus experimentos

con rayos catódicos.

En ese entonces no había certeza sobre si los rayos catódicos eran ondas o partículas.

Thomson estaba usando magnetos y placas con carga eléctrica para deflectar rayos catódicos

(y a partir de lo cual estimar su masa).

Demostró así que los rayos catódicos debían estar compuestos de partículas con cargas

negativas que eran más de mil veces más livianas que el átomo más pequeño (el del

hidrógeno).

Antes de este resultado experimental, se pensaba que LA partícula más pequeña era el átomo

de hidrógeno.

Para plantear sus observaciones, Thomson propuso el modelo de átomo del “budín de ciruelas”.

Si nunca viste un budín de ciruelas, tal vez este nombre no te diga mucho.

Entonces imagínate que tienes un sabroso pastel bien compacto, con pequeñas pasas

puestas por encima; podría ser una rosquilla de pasas, o un budín con chips de chocolate,

si lo prefieres.

La parte del pastel es el grueso del átomo, y tiene carga positiva, mientras que las pintitas

de chocolate o las pasas serían los electrones con sus cargas negativas.

El modelo de Thomson se mantuvo por casi una década, hasta los experimentos de Ernest

Rutherford.

En una experimentación llevada a cabo en 1909, Rutherford y sus colegas descubrieron

que un rayo de partículas alfa (que es un tipo de radiación de carga positiva) disparado

hacia un objetivo compuesto por una lámina muy delgada de oro, casi todas las partículas

pasaban de largo hacia un detector colocado detrás de la lámina.

Pero en ocasiones, una partícula rebotaba violentamente hacia atrás, como consecuencia

de haber chocado contra algo con mucha masa.

Como dijo Rutherford: “Fue prácticamente el hecho más increíble que me ha sucedido

en mi vida.

Era tan increíble como si dispararas con un proyectil de 15 pulgadas contra una servilleta

de papel, y te rebotara y te golpeara.

Al analizarlo, me di cuenta de que que esta dispersión hacia atrás debía ser el resultado

de una única colisión, y al hacer los cálculos noté que era imposible encontrarse con algo

de ese orden de magnitud, salvo que se planteara un sistema en el cual la mayor parte de la

masa del átomo estuviera concentrada en un núcleo diminuto.

Fue entonces cuando concebí la idea de un átomo con un núcleo diminuto y de gran masa,

conteniendo una carga”.

Los resultados implicaron que un átomo estaba mayoritariamente compuesto por espacio vacío,

pero con un pequeño núcleo de material con carga positiva que contenía la mayor parte

de la masa de este átomo.

Se trataba del núcleo.

Y otra vez, el modelo de átomo debía ser actualizado para tomar en cuenta esta información.

No obstante hubo un problema con el modelo de Rutherford que fue detectado inmediatamente:

si los electrones están fuera de este espacio vacío alrededor del núcleo con carga positiva,

¿qué era lo que evitaba que entraran en atracción electrostática hacia el núcleo?

¿Por qué razón el átomo no colapsaba sobre sí mismo, a partir de esa atracción?

Niels Bohr, quien realizó un trabajo postdoctoral en el laboratorio de Rutherford, arribó a

una conclusión elegante sobre el problema del átomo colapsante.

En una publicación en 1913, Bohr sugirió que los electrones con carga negativa se encuentran

en órbitas concéntricas circulares alrededor de un núcleo con carga positiva, bastante

parecido a la manera en que los planetas orbitan alrededor del Sol.

A veces nos referimos al modelo de Bohr como el “modelo planetario”.

De acuerdo con este modelo, los electrones se encuentran a niveles de energía fijos,

orbitando a distancias fijas desde el núcleo.

El trayecto más cercano al núcleo tiene el nivel de energía más bajo, así como

por lo general la energía es mayor cuanto más lejanas están las órbitas del núcleo.

Cuanto más alejado está un electrón de un núcleo con carga positiva, menor es la

atracción que recibe ese electrón.

En el modelo de Bohr, los electrones tienen la posibilidad de saltar de un nivel de energía

a otro, pero no se los encuentra entre medio de esos niveles.

Sería más o menos como cuando en una escalera efectuamos un paso completo, hacia arriba

o hacia abajo, pero nunca nos encontraremos parados entre medio de dos peldaños.

De la misma manera, un electrón gana o pierde una determinada cantidad de energía cada

vez que cambia de nivel de energía.

A esto le llamamos un “cuanto” de energía, y de allí es que tenemos el término “salto

cuántico”.

El modelo de Bohr sirvió para explicar un montón de conductas químicas observadas,

incluyendo el porqué de que cada elemento tenga un cierto número de electrones disponibles

para reacciones, que son los que se hallan en las órbitas más exteriores.

Estos “electrones de valencia“ determinan las propiedades químicas de un átomo.

En efecto, el modelo de Bohr es elegante, claro y atractivo, pero... también ha sido

suplantado por otro modelo, el modelo cuántico mecánico.

Hablaremos del modelo cuántico mecánico del átomo en otro video.