Aspectos básicos sobre la teoría atómica (historia) y sus implicaciones en la modernidad

1. TEORIA Y ESTRUCTURA ATOMICA
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La teoría atómica trata de averiguar la constitución íntima de la materia. Su evolución ha sido consecuencia de la
interpretación de una serie de resultados experimentales que han sido recopilados y ensamblados a manera de
rompecabezas, hasta obtener modelos lógicos que expliquen el comportamiento de la materia.
En esta guía se describen los hechos que han permitido el desarrollo de la teoría atómica y en la mayor parte de
ellos, la forma como se han interpretado los resultados experimentales que han permitido postular el átomo
como base fundamental de la materia.
DESARROLLO DE LA TEORIA ATOMICA
La teoría se inició con Demócrito y Leucipo (400 a 370 A.C.), quienes formularon que el universo estaba formado
por partículas diminutas e indivisibles llamadas átomos (sin división). Los griegos basaron sus argumentos en la
necesidad de llegar a un punto límite cuando se divide la materia en partículas cada vez más pequeñas hasta
llegar a un punto en que es imposible dividir más. Lejos estaban los griegos de lograr obtener un átomo y más
aún de sospechar que hoy en día se pudiera dividir los átomos en diferentes partículas subatómicas. Para
Demócrito y Leucipo los átomos diferían en su forma y tamaño de tal manera que se obtendrían átomos
esféricos, cuadrados, cilíndricos, triangulares, etc.
TEORIA DE DALTON
En 1808 John Dalton un maestro de escuela inglés, revivió la teoría filosófica atomista de los griegos y formulo su
teoría así:
- Los átomos son esferas diminutas y compactas como una bola de billar.
- La materia está constituida por átomos indivisibles y eternos.
- Los átomos son inmutables, nunca pueden transformarse unos en otros. Por ninguna potencia que podamos
controlar.
- Los átomos de un mismo elemento son similares entre sí, particularmente en peso.
- Los átomos de diferentes elementos difieren entre sí por su forma, tamaño y disposición o acomodo en el
espacio generando en cada cuerpo diferentes propiedades.
Los átomos simples son las unidades fundamentales que por combinación constituyen las moléculas (átomos
complejos) idénticas entre sí y constituidas por un número entero de átomos simples, siempre en la misma
proporción. Las combinaciones o uniones químicas ocurren según proporciones numéricas simples.
Durante casi 100 años la teoría de Dalton fue satisfactoria para explicar los hechos experimentales observado por
los científicos, pero descubrimientos como la radiactividad, la descomposición del agua por medio de la corriente
eléctrica, la construcción de la batería, etc, permitieron establecer la naturaleza discontinua y eléctrica de la
materia.
NATURALEZA ELECTRICA DE LA MATERIA
Los antiguos griegos observaron que cuando un trozo de ámbar se frotaba con lana o piel adquiría el poder de
atraer objetos ligeros como plumas o trocitos de paja. Posteriormente observaron que dos varillas de ámbar
frotadas se repelían entre sí pero eran atraídas por una varilla de vidrio frotado con seda. Este fenómeno fue
estudiado por William Gilbert (1540-1603) médico quien utilizó la palabra eléctrico para describir esta fuerza de
atracción derivándola de la palabra griega Electrón que significa ámbar. Benjamín Franklin en 1752 mediante una
cometa y un cable húmedo logro conducir a la tierra la carga eléctrica de una nube. Posteriormente Faraday logró
obtener el primer motor eléctrico empleando grandes bobinas de alambre iniciándose así las investigaciones con
tubos de descarga en 1832, constituyéndose este hecho como uno de los más significativos en el desarrollo de la
teoría atómica. La información acerca de los electrones comenzó con el estudio de los rayos catódicos en 1879
por Sir William Crookes quien experimentando con tubos de vidrio, como el de la figura en los cuales había hecho
el vacío observó que se desprendía una radiación del cátodo al ánodo por lo cual la denominó rayos catódicos.
Ellos son impulsados por la gran diferencia de potencial entre los electrodos. Cuando no se hace un buen vacío,
la alta concentración de partículas en estado gaseoso que quedan dentro del tubo, impide el paso de la corriente.
En 1897 Joseph J. Thomson consiguió aclarar la naturaleza de los rayos catódicos. Para ello utilizó un tubo de
vació con campos eléctricos y magnéticos. Thomson dedujo que los componentes de los rayos catódicos no eran
átomos con carga eléctrica sino, partículas nuevas resultantes de la fragmentación del átomo, muy pequeñas, de
masa 9.1x10'28 g, carga fundamental de electricidad negativa y que llamaron electrones. En esta investigación se
encontró que la masa del electrón era de 1/1840 veces la masa del hidrógeno el átomo más pequeño existente y
por tanto resultó claro que había partículas más pequeñas que el más pequeño de los átomos, que se podían
extraer de la mayor parte de las sustancias y por ende el electrón era constituyente común de ellas.
MODELO ATOMICO DE J.J. THOMSON
Thomson demostró experimentalmente la existencia de partículas subatómicas iguales para todos los átomos, los
electrones de los cuales determinó la relación.

2. y en 1899 propuso un modelo del átomo, teniendo en cuenta que:
a. La materia se presenta normalmente neutra, lo que supone que junto a los electrones, los átomos deben
tener materia cargada positivamente.
b. Los electrones pueden ser extraídos de los átomos de cualquier sustancia pero no ocurre igual con la carga
positiva.
Con base en esto Thomson representó el átomo con un modelo estático en el cual los electrones ocupan
posiciones fijas en el seno de la masa positiva, como las uvas pasas se incrustan en la masa del helado. El
modelo macizo del Thomson fue aceptado durante algunos años porque permitía explicar cualitativamente
algunos fenómenos como la emisión de luz, por los átomos, perdida de electrones por frotamiento, pero hechos
posteriores, los modificaron.
DESCUBRIMIENTO DE LOS RAYOS X
En 1895 Wilhelm Roentgen, físico alemán, descubrió accidentalmente unos rayos a los que llamó rayos X que se
producían cuando los rayos catódicos chocaban contra el anticátodo. Comprobó también que a los rayos X eran
un tipo de radiación de alto poder de penetración, no desviable por campos eléctricos o magnéticos que podían
atravesar la materia impenetrable a la luz ordinaria y producen fluorescencia en algunas sustancias como el vidrio
y la calcita. Observó también que una placa fotográfica es ennegrecida por la radiación. Este fue el origen de los
rayos X de los cuales se han inventado modelos que se emplean en medicina y en la industria.
EXPERIMENTO DE BECQUEREL
Henry Becquerel (1852-1908) se dedico a estudiar algunos minerales fluorescentes. Escogió una sal de uranio,
la expuso a la luz del sol hasta que manifestó una intensa fluorescencia y luego la colocó sobre una placa
fotográfica envuelta en papel negro. Al revelar la placa observó que se había ennegrecido. Becquerel creyó que el
ennegrecimiento de la placa se debía a la fluorescencia. Después encontró que las sales de uranio podían
ennegrecer una placa fotográfica envuelta en papel aun cuando no hubiesen estado expuesto a la luz del sol
previamente para hacerlas fluorescentes. Becquerel interpretó esto; suponiendo que el uranio emitió
espontáneamente rayos, sin necesitar el estímulo de la luz solar, que esta emisión era la causa del
ennegrecimiento de la película fotográfica. En 1898 los esposos Pierre y Moire Curie se interesaron por los
descubrimientos de Becquerel y mediante sus investigaciones lograron descubrir los elementos radio (Ra) y
Polonio (Po) que emitían radiaciones similares al uranio (U) y por ello se les denominó materiales radiactivos.
MODELO DE ERNEST RUTHEFORD
Rutherford y un grupo de ayudantes investigaron cuidadosamente el paso de las partículas emitidas por el
elemento radiactivo Polonio, a través de una lámina delgada de un metal. Como se esperaba la mayoría de las
partículas alfa se desviaron. Rutherford en 1911 explico estos resultados suponiendo que la mayoría de las
partículas atravesaban en línea recta la lámina. Porque existía un enorme espacio vacío entre los átomos del
metal si los átomos fueron partículas sólidas, diminutas, todas las partículas alfa se hubieran desviado. Sugirió
que como eran pocas las partículas alfa que habían sido fuertemente desviadas, solo existía una diminuta parte
del átomo que debería ser densa y de carga positiva para explicar la desviación de las partículas alfa con la
misma carga. Según Rutherford el átomo está constituido por el núcleo central en el que se encuentra casi la
totalidad de la masa y toda la carga positiva del átomo, rodeado de los electrones necesarios para neutralizar el
átomo; supuso que los electrones giran en rápido movimiento alrededor del núcleo para que la fuerza centrífuga
compense exactamente la fuerza de atracción y de esta manera se evita que los electrones caigan sobre el
núcleo.
RADIACION ELECTROMAGNETICA
La luz es una forma de radiación electromagnética con la cual estamos familiarizados. Cuando la luz blanca (luz
solar) se pasa a través de un prisma de vidrio, descompone en las longitudes de onda que la constituyen, las
cuales corresponden a los colores del arco iris. Esta banda uniforme de colores se llama un espectro continuo.
En La tierra la radiación espectromagnética representa la luz como una onda continua que está siendo generada
por algún sistema de vibración.
1 = Longitud de onda a = amplitud
La energía concedida o transmitida por una onda es determinando por la frecuencia (el número de interacciones
por segundo) y la amplitud, que es la medida de la intensidad de la onda. Las longitudes de onda de las
radiaciones visibles son muy cortas. La región violeta es al de longitud de onda más corta y la región de mayor
energía. La región infrarroja es la de longitud de onda más larga o región de menor energía. Además de sus
características de onda, la radiación electromagnética también presenta algunas propiedades de partículas y se
transfiere a la materia en unidades o cuantos de energía llamados fotones. Un fotón es proporcional a la
frecuencia de la radiación.
ESPECTRO DE LOS ATOMOS
Robert Bunsen se ideó un instrumento con el cual se podía estudiar cuantitativamente la refracción y reflexión de
la luz. El estudio de la luz emitida por varios elementos cuando se les excita calentándolos hasta la

3. incandescencia ha sido de gran importancia en la investigación. El instrumento se conoce con el nombre de
Espectroscopio y al campo de estudio se le llama Espectroscopia.
Uno de los descubrimientos más importantes e interesantes es que el espectro de emisión de un elemento
excitado no esa una onda continua de luz desde el rojo al violeta sino que consiste en una serie de rayas
separadas. Se demuestra además que no había dos elementos que tuvieran espectros idénticos. Los electrones
de un átomo excitado pueden absorber energía pero solamente en cantidades definidas, esto es, los electrones
pueden existir solamente en ciertos niveles específicos de energía y no entre estos niveles. Cuando el átomo se
aparta de la región inmediata de excitación, sus electrones vuelven a sus niveles normales de energía,
desprendiendo el exceso de energía en cantidades definidas exactamente iguala la diferencia entre los niveles.
Los espectros de rayas se deben probablemente a la energía calorífica que la llama comunica a los electrones,
los cuales los eleva a niveles más bajos.
MODELOS ATOMICOS DE BOHR
En 1913 Niels Bohr propuso una teoría que se basó en el espectro de los átomos y uso el concepto de la teoría
cuántica para explicar las configuraciones electrónicas del átomo de hidrógeno. De acuerdo con esta teoría el
electrón de hidrógeno puede existir solamente en ciertas órbitas esféricas (o capas o niveles de energía) las
cuales están arregladas concéntricamente alrededor de núcleo Bohr dijo que los electrones se movían alrededor
del núcleo en varios niveles de energía, a veces como lo hacen los planetas alrededor del sol.
Los postulados de Bohr son:
- Los electrones giran determinados y definidos niveles de energía, es decir, que en el átomo existen definidos
niveles de energía en electrónica cuantificada.
- Un electrón puede saltar a un nivel de mayor energía cuando el átomo absorbe energía. Cuando un electrón
desciende o cae a un nivel de menor energía el átomo emite energía.
Sin embargo, esta analogía no es correcta debido a que el núcleo y el electrón son de cargas eléctricas opuestas
y el electrón al moverse alrededor del núcleo, a una gran velocidad, debería perder energía acercándose al
núcleo descendiendo órbitas cada vez más pequeñas.
MODELO ATOMICO ACTUAL
El modelo atómico se basa en estudios realizados por varios científicos entre los que tenemos:
ARNOLD SOMMERFELD quien estudió los espectros atómicos y descubrió que en las líneas de los espectros de
los elementos se hallaban otras más finas de lo cual concluyó que si las líneas de los espectros representaban
los niveles de energía, las líneas más finas constituían los subniveles de energía y propuso que los electrones se
hallaban en órbitas elípticas y circulares.
HEISENBERG estableció el principio de incertidumbre en el que establece que no se puede ubicar un electrón en
un sitio exacto en determinado momento sino que se definían zonas de probabilidades en la que se encontraban
los electrones.
NUMEROS CUANTICOS
Son sitios que establecen la probabilidad de encontrar un electrón y del movimiento del mismo.
Los números cuánticos son: el nivel, el subnivel, el orbital, el número cuántico magnético y el giro o espín del
electrón.
Nivel de energía o número cuántico principal:
Indica la distancia media del electrón con relación al núcleo del átomo y son posibles varios niveles determinados
según la energía. Se identifican con los números 1, 2, 3, 4,,, 5, 6, 7, etc, o con las letras K, L, M, N, O, P, Q,
respectivamente.
El nivel 1 se considera como el de menor energía N en un átomo esta determinada por la forma 2n², para el nivel
más bajo n = 1 será:
2(1)² = 2 electrones para el 2, 2(2)² = 8 electrones para el tercero 3(3)² = 18 el cuarto nivel 2(4) = 32, el número
máximo es de 32 electrones.
Los niveles superiores son incompletos. El nivel externo de un átomo neutro nunca tiene más de 8 electrones.
SUBNIVELES DE ENERGIA
Son subcapas en las que se dividen los niveles.
El número de subniveles en cada nivel de energía es igual al número cuántico principal de este (n). Así la capa
K(n) = 1 consta de un solo nivel, la capa L = (n=2) consta de 2 subniveles.

4. Los subniveles poseen también energía diferente el de menor valor energético es el $ (sharp = neto) le siguen en
su orden (principal), d (diffuse difusa) y f (fundamental)
ORBITALES
Indican la forma de la nube electrónica en la cual se mueve el electrón. Cada subnivel tiene un número
determinado de orbitales.
El subnivel S tiene 1 orbital
El subnivel P tiene 3 orbitales
El subnivel d tiene 5 orbitales y
El subnivel F tiene 7 orbitales.
Los orbitales de cada subnivel tienen un mismo valor energético entre sí:
NUMERO CUANTICO MAGNETICO
Debido al giro de los electrones alrededor del núcleo se origina un campo magnético cuya orientación depende de
la dirección y modo como giren los electrones. Número cuántico de giro (espín). Este número cuántico permite
diferenciar dos electrones que tengan iguales los tres números cuánticos n, r, m. El electrón además de girar
alrededor del núcleo (movimiento de traslación posee un movimiento de rotación (giro) sobre el mismo; esta
rotación del electrón origina un campo magnético adicional que puede orientar un electrón en el sentido de las
manecillas del reloj y el otro en sentido contrario.
CONFIGURACION ELECTRONICA O UBICACION DE LOS ELECTRONES EN EL ATOMO
Con el fin de facilitar la distribución de los electrones en los niveles y subniveles es conveniente tener en cuenta
las siguientes reglas:
1. Los electrones ocupan primero los subniveles de más baja energía siguiendo el orden indicado en la tabla
siguiente:
1S²
2S² 2P6
3S² 3P6 3d10
4S² 4P6 4d10 4F14
5S² 5P6 5d10 5F14
6S² 6P6 6d10 6F14
7S² 7P6 7d10 7F14
2. Los electrones ocupan primero los orbitales vacíos de un subnivel determinado colocando en cada uno de
ellos un electrón e- cuando se ocupen con un e- (electrón), los restantes electrones, si los hay forman pareja con
los distribuidos anteriormente. Ejemplo: El hidrógeno Z=1 posee un electrón que ocupará el subnivel de más baja
energía, o sea el 1S. La distribución electrónica del hidrógeno será: 1S1
El primer número indica el nivel en el cual está situado el electrón, a continuación se describe el subnivel
correspondiente y por último, en la forma de superíndice el número de electrones en él.
Veamos otro ejemplo:
Litio Z = 3 1S² 2S1
Posee tres electrones, dos ubicados en el primer nivel en el subnivel S y uno ubicado en el nivel 2 y el subnivel S.
Realicemos ahora la distribución electrónica del elemento de número atómico 40e indiquemos los números
cuánticos de los electrones del subnivel de mayor energía, el número de niveles, subniveles y orbitales ocupados.
- De acuerdo con la tabla la distribución electrónica será:
1S² 2S² 2P6 3S² 3P6 4S2 3D10 4P6 5S² 4D2
Los números cuánticos de los electrones 4d² son:
n=4 1=2 m=2 ms=+1/2
n=4 1=2 m=-1 ms=+1/2
El número de niveles ocupado es 5
El número de subniveles ocupados es 10
El número de orbitales ocupados es 21