EL TOMO DIVISIBLE

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EL ÁTOMO DIVISIBLE

• MODELOS ATÓMICOS
• Abril 2006

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• A MEDIADOS DEL XIX, ESTUDIOS RELACIONADOS CON
  LA NATURALEZA ELÉCTRICA DE LA MATERIA Y EN
  CONCRETO, CON LA NATURALEZA DE LA CHISPA QUE
  SALTA ENTRE DOS OBJETOS CARGADOS QUE ESTÁN
  PRÓXIMOS, CUESTIONARON AL ÁTOMO COMO PARTÍCULA
  INDIVISIBLE.
• EL DESCUBRIMIENTO DE LOS RAYOS CATÓDICOS CONDUJO
  AL DESCUBRIMIENTO DEL ELECTRÓN Y POR TANTO A LA
  IDEA DE UN ÁTOMO DIVISIBLE.

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DESCUBRIMIENTO DE LOS RAYOS CATÓDICOS

• 1875 WILLIAN CROOKE ESTUDIANDO LA CHISPA QE
  SALTA ENTRE DOS ELECTRODOS INTRODUCIDOS EN UN
  TUBO DE VIDRIO QUE CONTIENE UN GAS, OBSERVÓ QUE
  CUANDO LA PRESIÓN DEL GAS ES BAJA NO SE PRODUCE
  CHISPA Y APARECE UNA LUZ CARACTERÍSTICA DEL GAS.
• SI LA PRESIÓN DEL GAS SE REDUCE AÚN MÁS
  DESAPARECE LA LUZ DE COLOR EMITIDA POR EL GAS Y
  APARECE UNA DÉBIL FLUORESCENCIA EN LA PARED DEL
  TUBO DE VIDRIO FRENTE AL CÁTODO O ELECTRODO
  NEGATIVO.

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• ESTA FLUORESCENCIA PROCEDÍA DEL CHOQUE DE UNOS
  RAYOS PROCEDENTES DEL CÁTODO CON LA PARED DEL
  TUBO.

• EUGEN GOLDSTEIN LLAMÓ A ESTOS RAYOS RAYOS
  CATÓDICOS

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TUBO DE RAYOS CATÓDICOS
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• FLUORESCENCIA
• CÁTODO ÁNODO

RAYOS CATÓDICOS
ESQUEMA DE TUBO DE VIDRIO CON UN GAS A ALTO VACÍO
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DESCUBRIMIENTO DEL ELECTRÓN

• 1897 JOSEPH JOHN THOMSON ESTUDIANDO SI LOS RAYOS
  CATÓDICOS SE DESVIABAN EN PRESENCIA DE CAMPOS
  ELÉCTRICOS Y MAGNÉTICOS, COMPROBÓ QUE TENÍAN
  CARGA ELÉCTRICA NEGATIVA Y HALLÓ SU RELACIÓN
  CARGA/MASA (1,76.1011 C/kg).
• LA RELACIÓN CARGA/MASA ERA SIEMPRE LA MISMA
  INDEPENDIENTEMENTE DEL TIPO DE GAS DEL TUBO, DEL
  TIPO DE METAL DEL CÁTODO

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• LAS PROPIEDADES DE LOS RAYOS CATÓDICOS SE PODÍAN
  EXPLICAR SI ESTUVIERAN FORMADOS POR PARTÍCULAS
  MÁS PEQUEÑAS QUE LOS ÁTOMOS Y SE LES LLAMÓ
  ELECTRONES.
• ROBERT MILLIKAN, CON SU EXPERIMENTO DE LA GOTA DE
  ACEITE, DETERMINÓ EN 1909 LA CARGA ELÉCTRICA DEL
  ELECTRÓN (1,602.10-19 C) Y A CONTINUACIÓN SU MASA
  (9,1.10-31 kg, dos mil veces inferior a la del
  átomo de H)

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J.J. THOMSON 1897
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PROBLEMAS QUE PLANTEÓ EL DESCUBRIMIENTO DEL
ELECTRÓN

• SI LA MATERIA ES NEUTRA, ADEMÁS DE ELECTRONES
  DEBE HABER CARGA POSITIVA EN LOS ÁTOMOS, PERO
  CÓMO SE ENCUENTRAN DENTRO DEL ÁTOMO?
• SI LOS ELECTRONES TIENEN MASA TAN PEQUEÑA,DÓNDE
  SE ENCUENTRA LA MAYOR PARTE DE LA MASA DE LOS
  ÁTOMOS?
• POR QUÉ LAS PARTÍCULAS QUE SE OBTENÍAN DE LOS
  ÁTOMOS ERAN SIEMPRE ELECTRONES Y NUNCA PARTÍCULAS
  CON CARGA POSITIVA?

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MODELOS ATÓMICOS

• 1.-MODELO DE THOMSON (1904)
• IMAGINÓ A LOS ÁTOMOS COMO ESFERAS MACIZAS DE
  CARGA POSITIVA NEUTRALIZADA POR LOS ELECTRONES,
  QUE ESTARÍAN INCRUSTADOS EN ELLAS.
• 2.-MODELO DE RUTHERFORD (1911)
• IMAGINÓ A LOS ÁTOMOS CASI VACÍOS, CON LA
  CARGA POSITIVA CONCENTRADA EN UNA ZONA LLAMADA
  NÚCLEO Y LOS ELECTRONES DANDO VUELTAS EN TORNO A
  ÉL.

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ERNEST RUTHERFORD
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MODELOS ATÓMICOS

• SI IMAGINAMOS UN ÁTOMO CON LAS DIMENSIONES DE UN
  ESTADIO DE FÚTBOL, SU NÚCLEO SERÍA DEL TAMAÑO DE
  UNA CANICA COLOCADA EN EL CENTRO.
• EXPERIMENTO DE RUTHERFORD
• Dirigió sobre una lámina de oro muy fina un
  haz de partículas a (carga ) procedentes de una
  fuente radiactiva. La mayoría pasaba en línea
  recta, pero alguna rebotaba.
• PARTÍCULAS a LÁMINA
  DE ORO

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(No Transcript)
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MODELOS ATÓMICOS
LAS PALABRAS DE RUTHERFORD DESPUÉS DE REALIZAR
EL EXPERIMENTO FUERON ES LO MÁS INCREIBLE QUE
ME HA SUCEDIDO EN MI VIDA. CASI TAN INCREIBLE
COMO SI AL DISPARAR BALAS CONTRA UN PAPEL DE
SEDA, ALGUNAS SE VOLVIERAN CONTRA USTED.
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DESCUBRIMIENTO DEL PROTÓN

• EN 1886,GOLDSTEIN UTILIZÓ UN TUBO DE RAYOS
  CATÓDICOS CON UN CÁTODO PERFORADO Y OBSERVÓ UNOS
  RAYOS QUE IBAN EN SENTIDO OPUESTO A LOS RAYOS
  CATÓDICOS, ES DECIR, SALÍAN DEL ÁNODO () YSE
  MOVÍAN HACIA EL ELECTRODO NEGATIVO O CÁTODO.
• ESTOS RAYOS POSITIVOS ERAN DESVIADOS POR CAMPOS
  ELÉCTRICOS Y MAGNÉTICOS, LO QUE DEMUESTRA SU
  NATURALEZA ELÉCTRICA, AUNQUE DE SIGNO CONTRARIO A
  LA DE LOS RAYOS CATÓDICOS.

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LA RELACIÓN CARGA/MASA DE LAS PARTÍCULAS
POSITIVAS SÍ DEPENDE DEL TIPO DE GAS ENCERRADO EN
EL TUBO. SI EL GAS ERA HIDRÓGENO CADA PARTÍCULA
POSITIVA TENÍA UNA MASA 2000 VECES MAYOR QUE LA
DEL ELECTRÓN Y POR TANTO PRACTICAMENTE IGUAL A LA
DEL ÁTOMO DE H. SU CARGA IGUAL A LA DEL
ELECTRÓN.
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DESCUBRIMIENTO DEL PROTÓN

• LA PARTÍCULA SE IDENTIFICÓ CON EL IÓN H Y
  ERNEST RUTHERFORD LE LLAMÓ PROTÓN.

Rutherford en 1919 a través de reacciones como
7N14 partícula a ? 8O16
1H1 Siempre aparecía el núcleo
de Hidrógeno (H). Independiente de si era
Nitrógeno (N) u otro núcleo, p.e. Boro, Fluor,
Neón, Sodio etc... Se concluyó que el núcleo de
Hidrógeno era uno de los componentes
fundamentales de todos los núcleosel protón.
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DESCUBRIMIENTO DEL NEUTRÓN

• CON EL DESCUBRIMIENTO DEL PROTÓN, SURGIÓ LA
  PREGUNTA CUÁL ES LA ESTRUCTURA DEL NÚCLEO?CÓMO
  PUEDEN PERMANECER LOS PROTONES, SIENDO CARGAS DEL
  MISMO SIGNO, EN UN ESPACIO TAN REDUCIDO?
• EN 1920, RUTHERFORD SUGIRIÓ LA EXISTENCIA DE
  OTRA PARTÍCULA SIN CARGA A LA QUE LLAMÓ NEUTRÓN.
  ENTRE PROTONES Y NEUTRONES EXISTIRÍAN FUERZAS
  ATRACTIVAS DE UNA NUEVA NATURALEZA (FUERZAS
  NUCLEARES) QUE SUPERASEN A LAS FUERZAS DE
  REPULSIÓN ELÉCTRICAS.

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Descubrimiento del neutrón
J. Chadwick, 1932

• BOMBARDEÓ BERILIO CON PARTÍCULAS a Y DETECTÓ POR
  PRIMERA VEZ
• A LOS NEUTRONES YA PREDICHOS EN 1920 POR
  RUTHERFORD.
• LAS PARTÍCULAS FUNDAMENTALES CONSTITUYENTES DEL
  ÁTOMO
• DESCUBIERTAS HASTA ESE MOMENTO

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MODELOS ATÓMICOS
                                           
                                   

• 3.- MODELO DE BOHR (1913)
• EL DANÉS NIELS BOHR ELABORA UN NUEVO MODELO
  ATÓMICO PARA SUPERAR LOS FALLOS DEL MODELO
  NUCLEAR DE RHUTERFORD, A SABER
• 1.- CUALQUIER CARGA EN MOVIMIENTO EMITE ENERGÍA,
  POR TANTO EL ELECTRÓN TERMINARÍA CHOCANDO CON EL
  NÚCLEO.

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• 2.- EL Nº DE PROTONES, ELECTRONES Y NEUTRONES NO
  EXPLICABA QUE HUBIERA ÁTOMOS CON PROPIEDADES MUY
  DIFERENTES (Li y He) Y OTROS CON PROPIEDADES MUY
  PARECIDAS (Li y Na). NO EXPLICABA CÓMO ESTABAN
  DISTRIBUIDOS LOS ELECTRONES.
• 3.- TAMPOCO SE EXPLICA EL HECHO DE QUE CADA
  ELEMENTO QUÍMICO GENERA UN ESPECTRO DE EMISIÓN
  CARACTERÍSTICO.

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Los átomos de gases calientes emiten y absorben
luz a ciertas longitudes de onda. En el gráfico
de arriba, se demuestran tres espectros de
emisión y uno de absorción.
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MODELOS ATÓMICOS

• MODELO DE BOHR
• ( COMPAGINÓ EL ÁTOMO NUCLEAR DE RUTHERFORD CON LA
  NUEVA FÍSICA QUE ESTABA SURGIENDO, FÍSICA
  CUÁNTICA)
• 1.- MIENTRAS EL ELECTRÓN ESTÁ EN UNA ÓRBITA
  DETERMINADA NO IRRADIA ENERGÍA (ÓRBITA
  ESTACIONARIA).
• 2.- UN ELECTRÓN NO PUEDE ENCONTRARSE A CUALQUIER
  DISTANCIA DEL NÚCLEO (EL RADIO DE LA ÓRBITA ESTÁ
  CUANTIZADO), POR LO TANTO LA ENERGÍA DEL SISTEMA
  HA DE TENER UNOS VALORES DETERMINADOS.
• 3.- ES SÓLO CUANDO EL ELECTRÓN PASA DE UNA ÓRBITA
  A OTRA CUANDO EMITE O ABSORBE LA DIFERENCIA DE
  ENERGÍA ?E EN FORMA DE RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA
  (FOTONES).

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ÁTOMO DE HIDRÓGENO


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   Diagrama del modelo atómico de Bohr. Niels
Bohr s
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FALLOS DEL MODELO DE BOHR

• SÓLO PODÍA EXPLICAR EL ESPECTRO DE EMISIÓN DEL
  HIDRÓGENO.
• NO PODÍA EXPLICAR POR QUÉ EN UN MISMO ESPECTRO
  HABÍA UNAS RAYAS MÁS INTENSAS QUE OTRAS.
• EN EL ENLACE QUÍMICO, NO PODÍA EXPLICAR POR QUÉ
  UNAS MOLÉCULAS SON LINEALES ( CO2) Y OTRAS
  ANGULARES (H2O).

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MODELO CUÁNTICO ACTUAL

• EL FRANCÉS LOUIS DE BROGLIE (1924) PROPUSO QUE
  LOS ELECTRONES POSEEN NO SÓLO PROPIEDADES COMO
  PARTÍCULAS SINO QUE TAMBIÉN SE COMPORTAN COMO
  ONDAS.
• UN AÑO DESPUÉS, DAVISSON Y GERMER LO COMPROBARON
  EXPERIMENTALMENTE AL OBTENER LA DIFRACCIÓN DE
  ELECTRONES.
• ENTRE 1925 Y 1930, CIENTÍFICOS COMO EL ALEMAN
  WERNER HEISENBERG, EL AUSTRIACO ERWIN SCHRÖDINGER
  Y EL INGLÉS PAUL DIRAC DESARROLLARON LA MECÁNICA
  CUÁNTICA.

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CON ESTE NUEVO MODELO YA NO SE HABLA DE ÓRBITA
(SINO DE ORBITAL), LOS ELECTRONES NO SON COMO
PEQUEÑAS BOLITAS DESCRIBIENDO TRAYECTORIAS
DETERMINADAS UN ORBITAL ATÓMICO ES UNA ZONA
EN LA QUE HAY MAYOR PROBABILIDAD DE ENCONTRAR U N
ELECTRÓN
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Quarks

• Fueron predichos teóricamente en 1961 por M.
  Gell-Mann y Y. Neeman.

Serían los constituyentes fundamentales del
protón y neutrón.
Hay seis tipos distintos de quarks que los
físicos han denominado de la siguiente manera
"up" (arriba), "down" (abajo), "charm" (encanto),
"strange" (extraño), "top" (cima) y "bottom"
(fondo).

• Fuerón observadas experimentalmente en colisiones
  electrón-protón
• en DESY (Hamburgo) hacia 1968.

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1970
1910
1897
1932
1808
1919