¿Cómo es realmente un ÁTOMO? La evolución de la teoría atómica

Summary

El script explora la evolución de los modelos atómicos desde la teoría atómica de Dalton hasta el modelo cuántico actual. Se narra la historia de científicos como Thompson, Rutherford y Bohr, y sus contribuciones al entendimiento del núcleo atómico y los electrones. El video también destaca la importancia de la teoría cuántica y cómo la dualidad onda-partícula de la materia influye en la descripción de los orbitales atómicos, lo que ayuda a predecir el comportamiento y la reactividad química de los elementos.

Takeaways

• 🌟 La teoría atómica es fundamental para entender la estructura y el comportamiento de los átomos, y es base de la mayoría de los avances científicos posteriores.
• 🔬 John Dalton propuso la teoría atómica moderna en 1804, estableciendo que todo está compuesto por átomos indivisibles e indestructibles, y que los átomos de un mismo elemento son idénticos.
• 💡 Joseph John Thompson descubrió el electrón y propuso el modelo del átomo conocido como 'pudín de ciruela', donde los electrones están incrustados en una matriz de carga positiva.
• 🌐 Ernest Rutherford, con sus experimentos de la capa de oro, descubrió que la carga positiva del átomo está concentrada en un núcleo pequeño y denso, lo que desafió el modelo del pudín de ciruela.
• 🚀 Niels Bohr, influenciado por la teoría cuántica de Max Planck, propuso un modelo atómico que incluía órbitas estacionarias para los electrones, lo que ayudó a explicar fenómenos como el efecto fotoeléctrico.
• 🌌 El modelo de Bohr, aunque útil, es incompleto y fue superado por el modelo mecánico cuántico, que describe el comportamiento de los electrones como ondas y no como partículas clásicas.
• 🔬 La ecuación de Schrödinger permite resolver la ecuación de onda para obtener funciones de onda que describen el comportamiento de los electrones en los orbitales atómicos.
• 🌐 Los orbitales atómicos son espacios en los que es altamente probable encontrar a un electrón, y son clave para entender la reactiviy de los elementos y su disposición en la tabla periódica.
• 🔬 La ciencia evoluciona constantemente, y los modelos atómicos han ido cambiando a medida que se han desarrollado nuevas teorías y experimentos que mejoran nuestra comprensión del átomo.
• 🌟 La comprensión del átomo y su estructura sigue siendo un campo de investigación activa, y es importante reconocer que nuestra comprensión puede seguir evolucionando y cambiando en el futuro.

Q & A

¿Qué frase habría salvado Richard Feynman en caso de una catástrofe que perdiera todo conocimiento científico?

Richard Feynman habría salvado la frase 'Todas las cosas están hechas de partículas pequeñas en constante movimiento que se atraen y se repelen entre sí', refiriéndose a los átomos y la teoría atómica.

¿Qué es la teoría atómica y por qué es fundamental para el conocimiento científico?

La teoría atómica es un conjunto de principios que describen la composición de la materia en términos de átomos, que son indivisibles y en constante movimiento. Es fundamental porque permite explicar muchos fenómenos y es la base de casi todo el conocimiento científico posterior.

¿Qué modelo atómico propuso John Dalton y cuáles eran sus cinco principios?

John Dalton propuso un modelo atómico que se basaba en cinco principios: 1) Todo está compuesto por átomos indivisibles e indestructibles. 2) Los átomos de un elemento químico son idénticos. 3) Los átomos de diferentes elementos varían en tamaño y masa. 4) Los compuestos químicos son combinaciones de números enteros de átomos. 5) Las reacciones químicas son el resultado de reordenar átomos.

¿Qué descubrió Joseph John Thompson y cómo afectó su descubrimiento a la teoría atómica?

Joseph John Thompson descubrió el electrón a través de sus experimentos con tubos de rayos catódicos. Su descubrimiento afectó la teoría atómica al proporcionar evidencia de que los átomos están compuestos por partículas subatómicas con carga negativa, lo que llevó a la teoría de los 'corpúsculos' o electrones.

¿Cuál fue el modelo atómico propuesto por Ernest Rutherford y cómo lo diferencia del modelo de Thompson?

Ernest Rutherford propuso el modelo atómico planetario, que consistía en un núcleo donde se concentra toda la carga positiva del átomo, con electrones orbitando alrededor de este núcleo. Esto se diferencia del modelo de Thompson, que sugería una distribución uniforme de carga positiva con electrones incrustados.

¿Qué fenómenos no podía explicar el modelo atómico clásico y cómo la teoría cuántica ayudó a resolverlos?

El modelo atómico clásico no podía explicar por qué los electrones en órbita no colapsaban en el núcleo emitiendo radiación electromagnética. La teoría cuántica, con la introducción de la energía cuantizada y la idea de que los electrones solo pueden estar en órbitas específicas, ayudó a resolver estos fenómenos.

¿Qué modelo atómico propuso Niels Bohr y cómo cambió nuestra comprensión del comportamiento de los electrones?

Niels Bohr propuso un modelo atómico que incluía la teoría cuántica, sugiriendo que los electrones solo pueden ocupar órbitas específicas y estacionarias, y que solo pueden cambiar de órbita absorbiendo o emitiendo energía en forma de fotónes. Esto cambió nuestra comprensión del comportamiento de los electrones al introducir la idea de energías discretas y transiciones electrónicas.

¿Qué es la ecuación de Schrödinger y cómo se relaciona con el modelo atómico cuántico?

La ecuación de Schrödinger es una ecuación de onda que describe cómo se comportan los electrones en un átomo. Resolviendo esta ecuación se obtienen las funciones de onda que definen los orbitales atómicos, que son esferas en las que es altamente probable encontrar a un electrón, formando así el modelo atómico cuántico.

¿Cómo los modelos atómicos han evolucionado a lo largo del tiempo y qué nos enseñan sobre la naturaleza de la ciencia?

Los modelos atómicos han evolucionado desde la teoría de Dalton, pasando por los modelos de Thompson, Rutherford, Bohr, hasta el modelo cuántico de Schrödinger. Esto nos enseña que la ciencia es un proceso continuo de descubrimiento y adaptación, donde los modelos se refinan o reemplazan según nuevos hallazgos y teorías.

¿Qué es el principio de exclusión de Pauli y cómo se relaciona con el modelo atómico?

El principio de exclusión de Pauli establece que no pueden existir dos electrones en el mismo estado cuántico, lo que significa que en una misma órbita atómica no pueden estar más de dos electrones con spins opuestos. Esto se relaciona con el modelo atómico al determinar cómo se distribuyen los electrones en los orbitales.

¿Cómo la función de onda de Schrödinger nos ayuda a entender el comportamiento de los electrones en un átomo?

La función de onda de Schrödinger, al ser una solución a su ecuación de onda, nos proporciona información sobre la probabilidad de encontrar un electrón en un punto específico en el espacio. Esto nos ayuda a entender cómo se distribuyen los electrones en torno al núcleo y a predecir sus propiedades y comportamientos.

Outlines

00:00

🔬 La Teoría Atómica y su Evolución

Este párrafo introduce la importancia de la teoría atómica y su relevancia para explicar fenómenos científicos. Se menciona la pregunta histórica a Richard Feynman sobre la frase que salvaría en caso de una catástrofe, a lo que respondió mencionando los átomos y su movimiento constante. La sección también aborda la evolución de los modelos atómicos, desde Dalton, Thompson, Rutherford hasta el modelo cuántico, y destaca la importancia de la teoría atómica para el entendimiento de conceptos como la presión de gases o la construcción de tecnologías avanzadas.

05:00

👨‍🔬 John Dalton y su Teoría Atómica

Se narra cómo John Dalton, basándose en observaciones experimentales y en el trabajo previo de Lavoisier y Proust, formuló su teoría atómica en 1804. Dalton propuso cinco puntos fundamentales: los átomos son indivisibles e indestructibles, los átomos de un mismo elemento son idénticos, los átomos de elementos diferentes varían en tamaño y masa, los compuestos químicos son combinaciones de átomos en números enteros y las reacciones químicas son reordenamientos de átomos. La teoría de Dalton estableció las bases para el avance posterior en la ciencia química.

10:01

🔭 Descubrimiento del Electrón por J.J. Thomson

Este párrafo relata el trabajo de Joseph John Thomson y su descubrimiento del electrón a través de experimentos con tubos de rayos catódicos. Thomson observó que los rayos se desviaban en presencia de campos eléctricos y magnéticos, lo que le permitió concluir que estaban compuestos por partículas con carga negativa. Sus hallazgos llevaron a la teoría de los 'corpúsculos', precursores de los electrones, y al modelo del átomo conocido como 'pudín de ciruela', donde los electrones estarían dispersos en una matriz de carga positiva.

15:03

🌌 Ernest Rutherford y el Modelo Planetario del Átomo

Se describe el trabajo de Ernest Rutherford, quien desafió el modelo 'pudín de ciruela' de Thomson con sus experimentos de la 'capa de oro'. Al dirigir rayos alfa a una delgada capa de oro, Rutherford observó que muchos rayos se desviaban en ángulos grandes, lo que indicaba que la carga positiva del átomo estaba concentrada en un núcleo pequeño y denso. Esto llevó a la propuesta del modelo planetario, donde los electrones orbitan alrededor de un núcleo central cargado positivamente.

20:04

🌀 Niels Bohr y la Teoría Cuántica del Átomo

Este párrafo explica cómo Niels Bohr, influenciado por la teoría cuántica de Max Planck, desarrolló un modelo atómico que incorporaba la cuantización de la energía. Bohr propuso que los electrones orbitan en órbitas discretas y estacionarias alrededor del núcleo, y que solo pueden absorber o emitir energía en cantidades específicas al saltar de una órbita a otra, lo que se manifiesta como radiación electromagnética. Este modelo fue crucial para entender fenómenos como el efecto fotoeléctrico y fue un paso importante hacia el modelo atómico cuántico actual.

25:07

🚀 El Modelo Cuántico del Átomo y la Función de Onda

El párrafo final abarca el modelo cuántico del átomo, donde se reconoce la dualidad onda-partícula de la materia y se introduce la función de onda para describir el comportamiento de los electrones. Se resalta que el modelo de Bohr, aunque útil, es obsoleto en comparación con el modelo cuántico que utiliza la ecuación de Schrödinger para predecir la probabilidad de encontrar un electrón en un área determinada, conocida como orbital. Los orbitales son fundamentales para entender la química y la tabla periódica de los elementos, y representan el estado actual de conocimiento sobre la estructura atómica.

🎥 Conclusión y Promesa de un Próximo Vídeo

Este párrafo concluye el script con un toque humorístico, prometiendo un próximo video sobre un tema más ligero, sugiriendo que el contenido será 'muy chulo'. El autor reflexiona sobre la naturaleza de la ciencia y cómo la comprensión del átomo ha evolucionado a lo largo del tiempo, admitiendo la incertidumbre inherente en el proceso científico y la posibilidad de que nuestra comprensión del átomo continúe cambiando.

Keywords

💡Cataclismo

Un cataclismo es un evento natural de gran magnitud y destrucción que puede afectar a una gran extensión geográfica. En el video, el cataclismo simboliza una pérdida total de conocimiento científico, lo cual introduce el tema de la importancia de preservar ciertos conocimientos fundamentales, como la teoría atómica, para futuras generaciones.

💡Teoría atómica

La teoría atómica es el concepto central del video y se refiere a la comprensión científica de la estructura y el comportamiento de los átomos. La explicación de esta teoría a lo largo del video muestra su evolución desde las ideas de Dalton hasta el modelo cuántico, destacando su importancia en la explicación de fenómenos físicos y químicos.

💡Modelos atómicos

Los modelos atómicos son representaciones teóricas de la estructura del átomo. El video describe varios modelos, como los de Dalton, Thompson, Rutherford y el modelo cuántico, cada uno con su propio enfoque y contribución al entendimiento del átomo.

💡Electrones

Los electrones son partículas subatómicas con carga negativa mencionadas en el script en relación con los experimentos de Thompson y su teoría de los 'corpúsculos', que más tarde se identificarían como electrones. Son fundamentales en la formación de los modelos atómicos y en la comprensión de la conductividad eléctrica y otros fenómenos.

💡Núcleo atómico

El núcleo atómico es la parte central de un átomo, compuesta principalmente de protones y neutrones, y es donde se encuentra la mayoría de la masa del átomo. El video menciona el núcleo en el contexto del modelo de Rutherford, donde se describe como un conjunto de carga positiva en el centro del átomo.

💡Teoría cuántica

La teoría cuántica es un enfoque científico que describe el comportamiento de la materia y la energía a nivel subatómico. En el video, se destaca cómo la teoría cuántica, especialmente a través del trabajo de Niels Bohr, ayudó a explicar fenómenos que no podían ser interpretados por la física clásica.

💡Función de onda

La función de onda es una representación matemática utilizada en la mecánica cuántica para describir el comportamiento de partículas subatómicas como los electrones. El video la menciona en el contexto de cómo se describen los orbitales atómicos y la probabilidad de encontrar a un electrón en un espacio determinado.

💡Orbitales atómicos

Los orbitales atómicos son áreas en el espacio donde es más probable encontrar a un electrón en un átomo. El video los describe como una consecuencia de la aplicación de la mecánica cuántica, y son esenciales para entender la estructura electrónica de los átomos y su reactivad química.

💡Ecuación de Schrödinger

La ecuación de Schrödinger es una ecuación matemática fundamental en la mecánica cuántica que describe cómo la función de onda de una partícula evoluciona en el tiempo. En el video, se presenta como el método para determinar las funciones de onda que definen los orbitales atómicos.

💡Principio de exclusión de Pauli

El principio de exclusión de Pauli es un principio cuántico que establece que no pueden existir dos partículas idénticas en el mismo estado cuántico. En el video, se menciona en relación con el número de electrones que pueden ocupar un orbital atómico, lo que afecta la estructura electrónica de los átomos.

Highlights

La frase clave que Richard Feynman consideraría salvar en caso de cataclismo es 'todas las cosas están hechas de partículas pequeñas en constante movimiento que se atraen y se repelen entre sí', refiriéndose a los átomos y la teoría atómica.

La teoría atómica es fundamental para explicar fenómenos como la presión de gases, cambios de fase y la construcción de dispositivos electrónicos.

John Dalton propuso la teoría atómica moderna basada en observaciones experimentales y la ley de conservación de masa de Lavoisier y la ley de proporciones constantes de Proust.

Dalton formuló cinco principios fundamentales de la teoría atómica, incluyendo que los átomos son indivisibles y que los compuestos químicos son combinaciones de átomos en números enteros.

Joseph John Thompson descubrió el electrón a través de experimentos con tubos de rayos catódicos, lo que llevó a la teoría de los corpúsculos dentro de los átomos.

Thompson propuso el modelo del átomo conocido como 'pudín de ciruela', donde los electrones están incrustados en una matriz de carga positiva.

Ernest Rutherford rebatió el modelo del 'pudín de ciruela' con experimentos que demostraron que la carga positiva está concentrada en un núcleo central del átomo.

Rutherford y Hans Geiger diseñaron los experimentos de la 'capa de oro', que revelaron la existencia del núcleo atómico.

Niels Bohr, bajo la supervisión de Rutherford, propuso un modelo atómico que incluía las ideas de la teoría cuántica y la energía cuantizada de Max Planck.

Bohr teorizó que los electrones solo pueden estar en órbitas específicas y que las transiciones entre ellas involucran la absorción o emisión de energía en forma de radiación electromagnética.

El modelo de Bohr ayudó a explicar el efecto fotoeléctrico y predecir el comportamiento de los electrones en átomos de hidrógeno.

El modelo mecánico cuántico, propuesto por Erwin Schrödinger, describe el comportamiento de los electrones como ondas y utiliza la ecuación de Schrödinger para encontrar funciones de onda.

La dualidad onda-partícula de la materia, sugerida por Louis de Broglie, fue fundamental para el desarrollo del modelo cuántico.

Los orbitales atómicos son espacios de probabilidad donde es altamente probable encontrar a un electrón, descritos por las soluciones de la ecuación de Schrödinger.

El principio de exclusión de Pauli establece que un orbital solo puede contener dos electrones con spins opuestos.

El modelo cuántico ayuda a predecir la reactividad química de los elementos y su orden en la tabla periódica.

La evolución de los modelos atómicos demuestra la naturaleza dinámica de la ciencia, que se basa en la revisión y actualización de teorías según nuevos hallazgos.

La comprensión del átomo ha cambiado significativamente a lo largo del tiempo, y el modelo actual sigue siendo objeto de investigación y posible refinamiento.

Transcripts

si en caso de cataclismo se perdiera

todo el conocimiento científico y

solamente pudieras salvar una frase para

las siguientes generaciones que poblaran

la tierra cuál sería en 1961 un alumno

de pregrado en caltech le hizo a Richard

feinmann esta misma pregunta En una

conferencia el físico respondió que la

frase que él salvaría es todas las cosas

están hechas de partículas pequeñas en

constante movimiento que se atraen y se

repelen entre sí estaba hablando por

supuesto de los átomos y de la teoría

atómica antes de nada recordaros que

estáis viendo Sainz matters y yo soy Ana

morales y este vídeo está patrocinado

por la universitat politécnica de

valencia la upv en la que ahora podéis

cursar un montón de grados y másters muy

interesantes dicho esto vamos a hablar

de la teoría atómica y de la evolución

del modelo del átomo la razón por la que

feinmann respondió que lo primero que

deberíamos salvar del conocimiento es la

teoría atómica es que hay muchísimas

cosas que podemos explicar en términos

de átomos A qué velocidad van cuántos

hay cómo están colocados Es respondiendo

a este tipo de preguntas que podemos

hablar de presión de gases de cambios de

fase o de condiciones atmosféricas y que

podemos construir cosas como bombillas

motores y teléfonos móviles por eso y

por muchas cosas más quiero que hagamos

un pequeño viaje a través de las

diferentes teorías que han intentado

explicar qué es y cómo funciona un átomo

los modelos atómicos de Dalton Thompson

Rutherford y el modelo mecánico cuántico

que es el concepto de átomo vigente hoy

en día

[Aplausos]

[Música]

empezamos nuestro viaje en el New

College Manchester que se convertiría en

lo que más tarde se conocería como el

Harris Manchester College fue allí donde

el físico químico y meteorólogo inglés

John Dalton propuso una formulación

moderna de la teoría atómica por primera

vez Dalton pudo construir su teoría

gracias a una serie de observaciones

experimentales basadas en el anterior

trabajo de Antonio Lavoisier y Joseph

dos químicos franceses famosos por sus

leyes de conservación de masa y de

proporciones constantes por un lado

Antón Lavoisier descubrió que la masa de

los elementos químicos al principio de

una reacción Siempre es igual a la masa

de los productos finales de la reacción

siempre que hablemos de un sistema

estanco Por ejemplo si se hace

reaccionar gas metano con oxígeno un

proceso que llamamos combustión los

productos de la reacción eran dióxido de

carbono y agua y la masa de estos

productos era la misma que la de los

reactivos iniciales

observación dio lugar a que lo formulaba

lo que se conoce como ley de

conservación de masa por otro lado

cuando Joseph Bruce hacía reaccionar un

elemento con oxígeno el contenido de

oxígeno del producto final estaba fijado

en uno o dos valores y en algunos casos

más pero el producto final nunca tenía

un contenido de oxígeno al azar por

ejemplo el producto de hacer reaccionar

hierro con oxígeno siempre contenía o

bien un 27% de oxígeno o bien un 48%. Si

en lugar de hierro usaba cobre Entonces

el producto tenía un 18 o un 25% de

oxígeno Bruce concluyó basándose en

estas observaciones que los elementos se

combinan entre sí en proporciones

constantes y definidas Esta es la ley de

preposiciones constantes de prust piensa

que para aquel entonces no existía aún

el concepto de estequiometría para

explicar la ley de conservación de masa

y la ley de proporciones constantes

entre otras observaciones John Dalton

formuló en 1804 una teoría que se

reunificaría todas estas ideas bajo

cinco directrices que reciben el nombre

de teoría atómica 1 todo está compuesto

por átomos que son indivisibles

indestructibles dos todos los átomos de

un elemento químico son idénticos 3 los

átomos de diferentes elementos químicos

varían en tamaño y masa 4 los compuestos

químicos son combinaciones de números

enteros de átomos y 5 una reacción

química es el resultado de reordenar

átomos para Dalton el mundo estaba

formado por pequeñas piezas como estas

bolitas que podrían combinarse con otras

piezas para formar compuestos lo cual

explica que se conserve la masa porque

los átomos al principio de la reacción

son los mismos que hay al final además

las piezas no se podían combinar

arbitrariamente ya que por ejemplo un

átomo de carbono solo se podía combinar

con un átomo de oxígeno o con dos átomos

de oxígeno pero no con uno y medio

Porque no es un número entero la

presentación de la teoría atómica fue

uno de más importantes de la historia de

la ciencia porque asienta las bases de

casi todo lo que vino después sin

embargo igual te habrás fijado en que

esta teoría tiene un par de errores que

más tarde hemos tenido que revisar y

modificar esto es más que normal y

necesario porque el conocimiento se

construye y evoluciona a través de las

generaciones porque tenemos tecnologías

más punteras y porque la humanidad

avanza socialmente y tenemos que revisar

lo que hemos hecho con anterioridad para

poder adaptarlo a los experimentos y

conclusiones modernas

nuestra siguiente parada Cambridge Reino

Unido nos lleva a hablar del que

posiblemente sea uno de los científicos

más brillantes que ha habido jamás ser

Joseph John Thompson fue Thompson quien

descubrió lo que más tarde se conocería

como electrón y fueron sus experimentos

con tubos de rayos catódicos los que lo

llevaron a escribir estas conclusiones

en abril de 1897 un tubo de rayos

catódicos que es un tubo de vidrio

sellado en el que se ha hecho el vacío

es decir el que se ha extraído todo el

aire del interior vale o la mayoría de

partículas al menos porque él vacía

absoluto aún no se ha conseguido en uno

de los extremos del tubo se coloca un

cátodo que es un material conductor del

que emana corriente eléctrica y un ánodo

que es un material conductor que recibe

corriente eléctrica al aplicar un

voltaje un rayo de partículas fluye del

cátodo al arroz este Rayo católico viaja

hasta el final del tubo de vidrio que

está revestido de un material

fosforescente que brilla cuando las

partículas de nuestro Rayo impactan

contra él de esta forma podemos detectar

un rayo catódico con un tubo de vidrio y

un voltaje aplicado sin embargo De qué

está hecho un rayo catódico qué

partículas son las que se desprenden del

cátodo son átomos o qué son Thompson

comprobó que al colocar dos placas

cargadas negativa y positivamente

alrededor del Rayo católico el Rayo se

desviaba alejándose de la placa negativa

y acercándose a la positiva esto

significaba que el Rayo catódico estaba

compuesto por partículas cargadas

negativamente pues las cargas iguales se

repelen y las opuestas se atraen el

físico añadió además dos imanes a cada

lado del Rayo y observó que el campo

magnético generado por estos también lo

desviaba este resultado le permitió

calcular la ratio carga masa de las

partículas que conformaban el Rayo

católico y Consecuentemente comprobar

que la masa de dichas partículas era

aproximadamente mil veces más pequeña

que la masa teórica de los átomos lo más

impactante fue que al cambiar el

material del cátodo los resultados eran

completamente idénticos es decir que ya

podía salir este rayo de partículas

despedido de un cátodo de plata como de

uno de hierro como de uno de cobre que

la masa y la carga negativa de las

partículas era exactamente la misma fue

este experimento el que le llevó a

concluir su teoría de los corpúsculos

que ahora llamamos electrones y dice así

uno los rayos catódicos están compuestos

por partículas cargadas dos estas

partículas corpúsculos son componentes

de los átomos 3 los corpúsculos que

constituyen los átomos de todos los

elementos son idénticos 4 estos

corpúsculos son los únicos componentes

de los átomos integrados en una matriz

si bien estas hipótesis fueron

controversiales en su momento tras años

de investigación las aceptamos casi

todas a excepción de la última Y es que

Thomson creía que los átomos estaban

compuestos por una matriz cargada

positivamente a la que podríamos Llamar

sopa en la cual estaban integrados los

corpúsculos con carga negativa este fue

el primer modelo de átomo que

incorporaba la existencia de los

electrones y se conoce comúnmente como

el modelo del pudin de ciruela

[Música]

nuestro viaje nos lleva a hablar de

Ernest Rutherford también en Manchester

este físico inglés nacido en Nueva

Zelanda fue el padre de la física

nuclear y la enciclopedia británica lo

considera el mejor experimentalista

después de Michael faraday descubrió los

conceptos de semivira radioactiva

partículas Alfa y partículas Beta sin

embargo lo que nos concierne ahora mismo

es su visión del átomo y sus componentes

y cómo logró rebatir el modelo del Putin

de ciruela de Thompson Rutherford se

preguntaba si había alguna forma de

determinar la distribución de carga que

hay en los átomos la presencia de los

electrones era Ya casi indiscutible pero

estaban realmente incrustados en una

matriz de carga positiva o no con esta

pregunta en mente Rutherford diseñó

junto con

hansen una serie de experimentos para

poder determinar la distribución de la

carga dentro del átomo comúnmente

llamados experimentos guyer marchen o

experimentos de la capa de oro de

Rutherford resulta que las partículas

Alfa que son partículas minúsculas

cargadas positivamente de hecho

constituidas dos protones y dos

neutrones Aunque Rutherford y Compañía

esto aún no lo supieran se pueden

generar en masa en un rayo de partículas

Alfa Rutherford y marchen dirigieron uno

de estos rayos hacia una capa de oro

extremadamente fina dentro de una

cápsula revestida con un material

fosforescente algo parecido al tubo de

rayos catódicos de Thomson pero con un

rayo de partículas Alfa que tienen mucha

más masa y viajan más rápidamente que

los electrones la hipótesis era la

siguiente si el modelo del pudín de

ciruela de Thomson era correcto las

partículas Alfa deberían atravesar los

átomos Porque tanto la carga positiva

como la negativa de estos estaría bien

distribuida en todo el volumen del átomo

si por el contrario los rayos Alfa se

desviaban esto querría decir según los

cálculos de nuestros físicos que la

carga positiva está acumulada en un

punto Cuanto más concentrada está la

carga más potente Es simplemente

efectivamente el resultado evidenció que

la trayectoria de los rayos Alfa se

desviaba cuando estos impactan contra

los átomos de un material el oro en este

caso no solamente se desviaron en

diversos ángulos sino que algunos

Incluso efectuaron un cambio de sentido

volviendo de nuevo al lugar donde se

habían generado la fuente de partículas

Alfa esto significaba entonces que la

carga positiva del átomo estaba

concentrada en un punto central de este

lo que Rutherford llamaría el núcleo

Fíjate que el padre de la física nuclear

descubrió el núcleo casualidad pues no

claro el modelo que es ruteford propuso

consistía en un núcleo donde toda la

carga positiva del átomo estaba

concentrada y una esfera donde los

electrones podían moverse libremente

atados a este núcleo por las fuerzas

electrostáticas que atraen a las cargas

negativas y a las positivas entre sí

algo parecido a como los planetas

orbitan alrededor del sol por tanto el

modelo de Rutherford a veces conocido

como el modelo Planetario quedaría así

uno el átomo es en su mayoría espacio

vacío 2 los electrones cargados

negativamente orbitan por el espacio

alrededor de un núcleo 3 el núcleo

contiene toda la carga positiva que no

se haya distribuida homogéneamente 4 el

núcleo ocupa el centro del átomo Aunque

la hipótesis de que los átomos tienen un

núcleo con carga positiva y una nube de

electrones alrededor No es del todo

falsa faltarían unos cuantos matices

para redondear la visión que tenemos del

átomo y es que resulta que mientras

tanto un joven danés bajo la supervisión

de Rutherford en realidad que estaba en

dos partes intentaría Añadir al átomo

una de las últimas piezas que faltaban

la teoría cuántica y Esto fue vital

porque definiría la energía que pueden

tener los electrones dar una idea de su

distribución por orbitales y explicar y

predecir fenómenos como los rayos x las

florescencia la fosforescencia los

enlaces iónicos y muchísimos más así que

ha llegado el momento vamos a

remangarnos un poco porque vamos a

hablar de nills

[Música]

en 1911 niels borg que era un físico de

origen danés viajaría a Reino Unido

gracias a una importante beca de la

fundación

allí trabajaría y compartiría ideas con

los científicos que en aquel momento

estaban intentando dilucidar la

estructura tónica Thompson Rutherford y

brack que amamos en este canal Aunque

vos no consiguió impresionar a Thompson

con sus propios experimentos con rayos

catódicos sí que logró capturar la

atención de físicos más jóvenes entre

ellos los mismos ernst Rutherford y Max

planck y Esto fue vital porque Max

planck Mientras tanto estaba

desarrollando una teoría que desafiaría

todo lo que se conocía sobre la física

hasta el momento la teoría cuántica Es

que la física clásica o la física de

toda la vida la de Newton La del

madrileño uniforme y compañía era

incapaz de resolver algunos fenómenos

estrechamente ligados a la estructura

atómica y a los electrones

que el modelo atómico de router fallaba

en algo fundamental y es que las leyes

de la física clásica predecían que los

electrones al orbitar alrededor de un

núcleo debían emitir energía en forma de

radiación electromagnética al

transformar su energía cinética en

radiación los electrones deberían

Describir una órbita en espiral

que colapsará al cabo de 16 picos

segundos contra el núcleo En otras

palabras si el átomo se trata como un

sistema clásico por ejemplo un sistema

solar en que el sol está cargado

positivamente y los planetas están

cargados negativamente Entonces el

resultado es que los átomos no son

estables y claro está son estables

porque si no ni tú ni yo estaríamos aquí

básicamente para solucionar este

problema del colapso de los átomos de

Rutherford propuso en 1913 un modelo

atómico que incluía también las ideas de

Max planck que había propuesto que la

energía estaba cuantizada y que una

radiación electromagnética una luz tiene

una energía igual a la constante de

planck por su frecuencia Pero antes de

explicar el modelo de Bohr vamos a dejar

Clara una cosa

toda esta explicación de momento es en

base al átomo de hidrógeno que sabemos

tiene un solo electrón y un solo protón

por tanto tenemos un sistema con un

núcleo positivo y un solo electrón

orbitando alrededor de este en este

modelo el electrón no puede estar en

cualquier parte tiene que estar en una

órbita específica el electrón podría

encontrarse en cualquiera de estas

órbitas pero lo va a hacer

preferentemente en la de menor energía

que es la que se encuentra más cerca del

núcleo ya que un sistema Por lo general

tiende a ser más estable cuando es menos

energético así el átomo de hidrógeno en

su estado fundamental tendrá su electrón

tranquilamente orbitando en la primera

capa sin embargo bor teorizaba que hay

otras capas dos tres cuatro cuyo radio

va un aumento estas capas estarían a una

distancia del núcleo fija Y serían

concéntricas cada capa además tendría

una energía asociada que iría en aumento

es decir si un electrón estuviera

orbitando en la capa 4 es detendría más

energía asociada que si estuviera

orbitando en la capa 3 pero claro el

electrón prefiere estar fundamental como

hemos dicho tranquilamente orbitando

alrededor del núcleo en la órbita

descrita por la capa 1 para poder

orbitar en una capa superior pongamos

dos habría que suministrarle energía de

hecho habría que suministrarle una

cantidad de energía igual a la

diferencia energética entre las capas 1

y 2 Ni más ni menos si a es electrón le

damos esa cantidad exacta de energía

puede aumentar su nivel de uno a dos y

orbitar en la segunda capa y aún más

importante un electrón en capas

superiores a uno puede perder energía

que siempre la diferencia entre la capa

de la que parte y la capa a la que se

dirige y regresará capas inferiores

emitiendo Esa diferencia de energía

entre capas en forma de radiación

electromagnética liberando un fotón con

una frecuencia asociada que es lo que

aportaba plan si te fijas en el esquema

verás que las diferentes transiciones

que pueden hacer los electrones para

relajarse hacia capas con menor energía

son específicas cada una de estas

transiciones tiene una diferencia de

energía asociada que en forma de

radiación electromagnética es decir en

forma de fotón con una frecuencia que se

relaciona con su energía a través de la

constante de planck esta fue la

explicación que dio Board al experimento

de balmer que era un señor suizo que

había observado que el hidrógeno emitía

colores específicos cuando se les

suministraba energía que en este caso

eran rojo

cian azul Violeta y morado y que

corresponden a las transiciones del

electrón de hidrógeno cayendo desde

estas capas hasta la capa 2 el modelo de

borg nos queda entonces así uno un

electrón describe una órbita alrededor

del núcleo sin emitir radiación

electromagnética al contrario que en un

sistema clásico 2 estas órbitas son

estacionarias y cada una de ellas se

encuentra una distancia del núcleo

diferente tres un electrón no puede

orbitar a una distancia distinta a la de

estas órbitas pues está obligado a girar

solo en estas órbitas de radio fijado 4

cada órbita tiene una energía superior a

la que la precede 5 los electrones solo

pierden o ganan energía cuando saltan de

una órbita a otra absorbiendo o

emitiendo radiación electromagnética en

el proceso 6 esta radiación

electromagnética tiene una frecuencia

específica que es proporcional a la

diferencia de energía entre órbitas

relacionadas entre sí por la constante

de planck y 7 las órbitas pueden

contener un número máximo de dos

electrones cuando una órbita está llena

los electrones comienzan a ocupar la

siguiente órbita esto forma parte de

algo que se llama principio de exclusión

de pauli y que no hemos explicado si

queréis lo podéis Buscar pero es que si

no me sale un vídeo de 4 horas con todas

estas observaciones Bohr pudo construir

en 1913 una teoría que no solo nos

ayudaría a predecir el comportamiento de

los electrones dentro del átomo sino que

unificaría la teoría cuántica con el

modelo atómico Y encima facilitaría la

explicación de muchos fenómenos Como por

ejemplo el efecto fotoeléctrico de

Einstein sin embargo Pese a que este sea

un modelo que funciona en la práctica

debo decirte muy a mi pesar porque me

gusta mucho que la teoría de Board es

incompleta harían falta unos 13

frenéticos años de investigación

científica para un físico pusiera Un

puño sobre la mesa y revelar al que

sería el modelo vigente hasta la fecha

el modelo mecánico cuántico

[Música]

Austria el 12 de agosto de 1887 él es el

padre del siguiente modelo atómico Pero

antes de endiosar más a este hombre le

recomiendo que le eches un ojo a la

descripción donde voy a dejar algunos

artículos sobre cosas bastante chungas

que hizo el rodinger y que seguramente

te cambian la perspectiva de hecho me

gustaría hablar de ellas en un vídeo

pero ahora no me da tiempo si queréis

que hable de las cosas chungas que ha

hecho rodinger me lo dejáis en los

comentarios pero de momento volvamos a

los modelos atómicos recuerdas eso que

decíamos de que los electrones están

asociados a órbitas circulares alrededor

del núcleo según el modelo de Bohr

es mentira Bueno en realidad más que

mentira es un modelo relativamente

obsoleto es importante conocerlo Porque

nos ayuda a predecir el comportamiento

de algunos fenómenos y usarlos sigue

siendo válido hoy en día de hecho es muy

común estudiar química en Secundaria con

el modelo de Bohr y no llegar a ver en

profundidad el modelo cuántico hasta los

primeros años de la universidad y es que

resulta que hasta ahora hemos estado

viendo teorías que se sostienen sobre la

idea de que los electrones se comportan

como partículas igual que lo harían los

planetas del sistema solar es decir que

hasta ahora hemos considerado que los

electrones son objetos localizados a los

que se puede atribuir características

como masa volumen y carga y esto

relativamente cierto pero incompleto

porque los electrones igual que los

fotones y toda la materia una escala

extremadamente pequeña al tamaño importa

se comportan como partículas y como

ondas tal y como dijo Luis de brogli que

adaptando las ideas de Einstein y planck

plantearía una teoría que decía que la

materia pequeña estaba sujeta a lo que

llamamos dualidad Honda partícula Este

era el punto en el que los días

anteriores fallaron intentamos escribir

los electrones solamente como partículas

pero resulta que era muy importante

también describirlos como ondas tal y

como haríamos con las cuerdas de una

guitarra por ponerte un ejemplo práctico

de entender obviamente no es así

exactamente como lo haríamos y para

describir el comportamiento de una onda

Siempre vamos a necesitar

una función y la función que Define

estas ondas en nuestro caso electrones

es la función de onda y esta función es

extremadamente importante porque

haciendo las preguntas correctas nos

puede ayudar a predecir todo aquello

sobre nuestro electrón que sea medible

físicamente es decir observable energía

total momento momento angular Spin

energía genética etc y para encontrar la

función de onda que describe nuestro

sistema vamos a necesitar una ecuación

de onda que será específica para cada

sistema que queramos describir en

resumen resolver la ecuación de onda de

rodinger nos permite encontrar las

funciones de onda que describen Cómo se

comportan los electrones alrededor de un

estas funciones nos van a permitir

calcular observables de nuestro sistema

como la energía Pero además nos van a

permitir Describir el comportamiento más

probable de los electrones y el espacio

que ocupan es decir nos permite calcular

y describir los orbitales atómicos que

es uno de los conceptos clave para poder

entender el mundo de los átomos y cómo

se comportan entre ellos orbital atómico

es el nombre que recibe una función de

onda que hemos encontrado como solución

a la ecuación de onda de rodinger para

un átomo y define un espacio en el que

es altamente probable que se encuentre

un electrón y es importante Añadir que

en el modelo mecánico cuántico del átomo

no hablamos de posiciones certeras sino

de probabilidades Aunque definamos Estos

espacios donde es probable que los

electrones se encuentren esto no quiere

decir que la probabilidad de que el

electrón esté en otro sitio sea cero

vale estas soluciones a la ecuación de

onda los orbitales atómicos describen

Estos espacios en que probablemente se

colocan los electrones y en cada uno de

ellos caben dos electrones a medida que

avanzamos en la tabla periódica y nos

encontramos átomos con máximas

electrones aparecen orbitales más y más

complejos lo cual tiene mucho que ver

con el orden de la tabla periódica y con

cómo se comporta cada elemento cosa de

la que ya hablamos en este vídeo o por

aquí largo y tendido por tanto el modelo

cuántico nos quedaría así uno las

partículas se pueden tratar como ondas

de materia dos la ecuación de onda de

rodinger se puede resolver para obtener

una serie de funciones de onda que

definen un espacio donde es altamente

probable que se encuentre el electrón 3

Estos espacios de probabilidad se

conocen como orbitales atómicos y son la

descripción del átomo y los electrones

más aceptada hasta la fecha 4 los

orbitales atómicos nos ayudan a predecir

el comportamiento y la reactividad de

los distintos elementos así como

ordenarlos en la tabla periódica si bien

hemos visto que una serie de científicos

de dimensiones titánicas se fueron

refutando teorías y modelos uno tras

otro es importantísimo entender que

todos los modelos atómicos supusieron un

gran avance para el mundo científico hay

que comprender que la ciencia es todo

eso que hacemos para intentar Describir

el mundo de la manera más objetiva y

fiel a la naturaleza si es que eso es

posible y que la gran mayoría de veces

la ciencia de ayer de ahora y

posiblemente de mañana no tiene todas

las respuestas Pues la ciencia como el

arte la cultura la filosofía está

evolucionando constantemente y esto es

estrictamente necesario hay que revisar

los modelos actualizarlos y nunca dar

por sentado que la comunidad científica

lo sabe absolutamente todo los

científicos somos personas cuyas

características fundamentales son el

escepticismo y la presunción de

objetividad en nuestro trabajo pero no

lo sabemos todo y por eso investigamos

Entonces cómo es un átomo en realidad

pues no lo sabemos y yo personalmente

creo que es casi absurdo preguntárselo

es como preguntar qué es la realidad la

realidad para nosotros es como

percibimos el mundo y la idea de el

átomo ha ido cambiando mucho con los

años pero más que corregir errores hemos

ido hilando más fino cuándo vamos a

terminar de afinar la idea del átomo

quién sabe lo único que podemos hacer es

construir modelos que concuerden con los

experimentos y seguir intentando

comprender el mundo Aunque comprender lo

del todo sea quizás imposible

recordaros que podéis ver los cursos de

grado y Máster de la upv en su web y nos

vemos en el siguiente vídeo en el que

esta vez sí vamos a hablar de los

vampiros que lo tengo por ahí

escondido el vídeo ese Pero va a quedar

muy chulos lo prometo