Sumario Los diferentes tipos de estructura atómica a lo largo de la historia
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Grado
11022021 (8871)
Institución
University Of Buenos Aires (UBA)
Este archivo toca los temas más importantes sobre las modificaciones que ha tenido la estructura del átomo a lo largo de la historia por lo diferentes científicos que lo han descripto
TEORÍA TEMA II: Estructura Atómica y Clasificación Periódica
Introducción al átomo nuclear.
A partir del siglo XVIII, la química se convirtió en una ciencia esencialmente experimental, dejando
de lado especulaciones filosóficas que la habían gobernado. De aquí en más las observaciones y
mediciones pasaron a construir los puntos centrales del trabajo de laboratorio, permitiendo
construir hipótesis de trabajo o modelos que explicaran el porqué de los datos obtenidos. Los
estudios en diversos sistemas y de los cambios en su masa produjeron importantes resultados.
En el siglo V a.C., el filósofo griego Leucipo pensaba que sólo había un tipo de materia, y sostenía,
que si dividíamos la materia en partes cada vez más pequeñas, se obtendría una porción que no se
podría seguir dividiendo. Un discípulo suyo, el filósofo griego Demócrito (470-400 a.C.) sugirió que
toda la materia se componía de partículas indivisibles, discretas y muy pequeñas a las que llamó
átomos (significa indestructible o indivisible). Sus ideas, basadas por completo en especulaciones
filosóficas más que en pruebas experimentales, no fueron aceptadas por muchos de sus
contemporáneos. Los filósofos no utilizaban ni la medición ni la experimentación para llegar a
conclusiones, por tanto, no seguían las fases del método científico. De esta forma, se establecieron
dos teorías: atomista y continuista, que se basaban en la existencia de partes indivisibles o en que
siempre se podía seguir dividiendo. Los atomistas pensaban que todo está hecho de átomos, por
tanto si se dividía una sustancia muchas veces se llegaba a los átomos, las propiedades de la
materia varían según como se agrupen los átomos, y que los átomos no pueden verse porque son
muy pequeños. Aristóteles rechazó la teoría atomista y estableció que la materia estaba formada
por cuatro elementos: tierra, agua, aire y fuego, esta fue la teoría continuista. Gracias al prestigio
que tenía, se mantuvo vigente en el pensamiento de la humanidad durante más de 2000 años. Los
continuistas pensaban que los átomos no existen, es decir que no había límite para dividir la
materia, que las partículas (átomos) no podían verse y por tanto no existían, y que todas las
sustancias están formadas por combinación de 4 elementos básicos: agua, aire, tierra y fuego.
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,Modelos atómicos.
A finales del siglo XVIII, los científicos comenzaron a darse cuenta que el concepto de átomos daba
explicación a muchas observaciones experimentales de la naturaleza de la materia. Las evidencias
experimentales de algunas investigaciones científicas apoyaron el concepto del atomismo, lo que
condujo gradualmente a las definiciones modernas de elementos y compuestos.
John Dalton (1766-1844), un profesor inglés, trató de explicar por qué la materia se comportaba en
formas sistemáticas y formuló una definición precisa de las unidades indivisibles con las que está
formada la materia. En 1808 publicó las primeras ideas acerca de la existencia y naturaleza de los
átomos. Dalton resumía y ampliaba los nebulosos conceptos de los primeros filósofos y científicos,
con resultados experimentales reproducibles de las mediciones de otros científicos. Estas ideas
constituyen la parte central de la teoría atómica de Dalton: 1) Un elemento se compone de
partículas indivisibles en extremo pequeñas llamadas átomos. 2) Todos los átomos de un elemento
dado tienen propiedades idénticas y difieren de las de los demás elementos. 3) Los átomos no
pueden crearse, destruirse o transformarse en átomos de otro elemento. 4) Los compuestos se
forman cuando átomos de diferentes elementos se combinan entre sí en una relación de números
enteros sencilla, formando entidades definidas que se llaman moléculas. 5) El número y tipo
relativos de átomos de un compuesto dado son constantes.
El concepto de Dalton sobre un átomo es más detallado y específico que el concepto de Demócrito.
La segunda hipótesis establece que los átomos de un elemento son diferentes de los átomos de
todos los demás elementos. Dalton no intentó describir la estructura o composición de los átomos,
y tampoco tenía idea de cómo era un átomo, pero determinó que la diferencia en las propiedades
mostradas por elementos como el hidrógeno y el oxígeno, sólo se puede explicar sabiendo que los
átomos de hidrógeno son distintos a los átomos de oxígeno. La tercera hipótesis sugiere que para
formar determinado compuesto no sólo se necesitan los átomos de los elementos correctos, sino
que es indispensable un número específico de átomos. Esto es una extensión de la ley publicada en
1799 por el químico francés Joseph Proust, la Ley de las Proporciones Definidas, que establece que
muestras diferentes de un mismo compuesto siempre contienen los mismos elementos y en igual
proporción de masa. Al analizar muestras de dióxido de carbono gaseoso obtenido de diferentes
fuentes, en todas ellas se encontrará la misma proporción de masa de carbono y oxígeno. Entonces,
si la proporción de las masas de los diferentes elementos de un compuesto es una cantidad fija, la
proporción de los átomos de los elementos en dicho compuesto también debe ser constante. La
tercera hipótesis de Dalton confirma otra importante ley, la Ley de las Proporciones Múltiples, que
establece que si dos elementos pueden combinarse para formar más de un compuesto, la masa de
uno de los elementos que se combina con una masa fija del otro mantiene una relación de números
enteros pequeños. Es decir, diferentes compuestos formados por los mismos elementos difieren en
el número de átomos de cada clase, introduciendo la idea de la discontinuidad de la materia. Esta
es la primera teoría científica que considera que la materia está dividida en átomos.
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, En la década de 1890, los científicos estaban interesados en el estudio de la radiación, la emisión y
transmisión de energía a través del espacio en forma de ondas. La información obtenida por estas
investigaciones contribuyó al conocimiento de la estructura atómica. Para investigar este fenómeno
se utilizó un tubo de rayos catódicos, precursor de los tubos utilizados en los televisores. Consta de
un tubo de vidrio del cual se ha evacuado casi todo el aire. Si se colocan dos placas metálicas y se
conectan a una fuente de alto voltaje, la placa con carga negativa, llamada cátodo, emite un rayo
invisible. Este rayo catódico se dirige hacia la placa con carga positiva, llamada ánodo, que pasa por
una perforación y continúa su trayectoria hasta el otro extremo del tubo. Cuando este rayo alcanza
la superficie, recubierta de una manera especial, produce una fuerte fluorescencia o luz brillante.
La luminosidad producida por los rayos catódicos siempre se produce en la pared del tubo frente al
cátodo. Los rayos catódicos hacen girar una rueda de paletas ligeras interpuesta en su trayectoria.
Los rayos catódicos tienen las mismas características independientemente del gas presente en el
tubo o del metal que constituye los electrodos.
En algunos experimentos se colocaron, por fuera del tubo de rayos catódicos, dos placas cargadas
eléctricamente y un electroimán. Al conectar el campo magnético, dejando desconectado el campo
eléctrico, los rayos catódicos alcanzan el punto final A del tubo. Cuando está conectado solamente
el campo eléctrico, los rayos llegan al punto C. Cuando tanto el campo magnético como el eléctrico
están desconectados, o bien cuando ambos están conectados pero se balancean de forma que se
cancelen mutuamente, los rayos alcanzan el punto B. De acuerdo con la teoría electromagnética,
un cuerpo cargado, en movimiento, se comporta como un imán y puede interactuar con los campos
magnéticos y eléctricos que atraviesa. Debido a que los rayos catódicos son atraídos por la placa
con carga positiva y repelidos por la placa con carga negativa, deben consistir en partículas con
carga negativa. Actualmente, estas partículas con carga negativa se conocen como electrones.
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