El documento presenta varios modelos atómicos desarrollados a lo largo del tiempo para explicar la estructura del átomo, incluyendo el modelo planetario de Rutherford que propuso un núcleo central con electrones orbitando alrededor, el modelo cuántico de Bohr que introdujo la cuantización de los niveles de energía electrónicos, y el modelo relativista de Sommerfeld y la ecuación de Dirac que incorporaron efectos de la relatividad.

1. DEMOCRITO
Yo desarrolle la teoría atómica del
universo, y consiste en que todas las
cosas están compuestas de partículas
diminutas, invisibles e indestructibles de
materia pura, que se mueven por la
eternidad en un infinito espacio vacío.
Aunque los átomos estén hechos de la
misma materia, difieren en forma,
medida, peso, secuencia y posición.
También considere la creación de
mundos como la consecuencia natural
del incesante movimiento giratorio de
los átomos en el espacio. Los átomos
chocan y giran, formando grandes
agregaciones de materia.

2. Thomson considero al átomo como una
gran esfera con carga eléctrica positiva, en la cual se distribuyen los
electrones como pequeños granitos (de forma similar a las pepitas de
una sandía).
Thomson elaboró en 1898 la teoría del pudín de ciruelas de la
estructura atómica, en la que sostenía que los electrones eran como
“ciruelas” negativas incrustadas en un “pudín” de materia positiva,
después de medir las características del electrón, intuyó la existencia
de carga positiva en el átomo, dada la neutralidad de la materia.
En dicho modelo, el átomo está
compuesto por electrones de carga
negativa en un átomo positivo, como
pasas en un budín.

3. J.J. Thomson, en 1897, a mitad de un experimento midió la
proporción que existe entre la carga y la maza de una corriente de
electrones, usando un tubo de rayos catódicos del cual obtiene un
valor, este valor es de 1.76x 108 Coulombs .En 1906 Thomson
demuestra que el hidrógeno tiene un electrón, esto permite diversas
teorías. En concreto, era de esperar que si las cargas estaban
distribuidas acordemente al modelo de Thomson la mayoría de las
partículas atravesarían la delgada lámina sufriendo sólo ligerísimas
deflacciones en su trayectoria aproximadamente recta.
Thomson pensaba que los electrones, distribuidos uniformemente
alrededor del átomo, en distintas ocasiones, en vez de una sopa de
las cargas positivas, se postulaba con una nube de carga positiva, en
1906 Thomson fue premiado con el premio nobel de física por este
descubrimiento.
Veamos el modelo de Thomson como una forma simple, el modelo de
era parecido a un pastel de Frutas y los electrones estaban
incrustados en una masa esférica de carga positiva.

4. Modelo Atómico de Rutherford
Ernest Rutherford en sus experimentos con partículas alfa observó,
junto con sus colaboradores Hans Geiger y Ernest Marsden, que al
bombardear una fina lámina de oro con estas partículas, algunas de
ellas rebotaban contra la lámina en vez de atravesarla, lo cual era
incompatible con el modelo atómico de Joseph J. Thomson, aceptado
como válido por aquel entonces. Su estudio de la radiación le llevó a
formular una teoría de la estructura atómica que fue la primera en
describir el átomo como un núcleo denso cargado positivamente
alrededor del cual giran los electrones cargados negativamente.
En el núcleo se concentra la
carga positiva (protones) y la
mayor parte de la masa del
átomo. En la corteza, giran
alrededor del núcleo, los
electrones. Esta zona ocupa la
mayor parte del volumen atómico.

5. En 1911, Rutherford introduce el modelo planetario, que es el más
utilizado aún hoy en día. Considera que el átomo se divide en:
*Un núcleo central, que contiene los protones y neutrones (y por tanto
allí se concentra toda la carga positiva y casi toda la masa del átomo)
*Una corteza, formada por los electrones, que giran alrededor del
núcleo en órbitas circulares, de forma similar a como los planetas
giran alrededor del Sol.
Como el peso atómico de los elementos tenía un valor mucho mayor
que el calculado a base de los protones del núcleo, Rutherford
sugirió que en los núcleos de los átomos tenían que existir otras
partículas de masa casi igual a la del protón, pero sin carga
eléctrica, por lo que las llamó neutrones. El neutrón fue descubierto
experimentalmente en 1932 por Chadwick, quien, al bombardear el
berilio con partículas a, observó que se producían unas partículas
que identificó con los neutrones predichos por Rutherford.
Partícula
Carga eléctrica
(Coulombs)
Masa (kg)
electrón - 1,6021 · 10-19 9,1091 · 10-31
protón + 1,6021 · 10-19 1,6725 · 10-27
neutrón — 1,6748 · 10-27

6. Mi teoría es que los electrones
acelerados, viajando en trayectorias
curvas, y pierden energía por radiación.
Tambien que los electrones orbitan tés
no podían permanecer indefinidamente
en órbita sino que debían agotarse
rápidamente y descender en espiral
hacia el núcleo destruyendo el átomo.
Las fallas que tuvo mi modelo fueron que contradecía las
leyes del electromagnetismo de Maxwell, las cuales estaban
ampliamente comprobadas mediante numerosos datos
experimentales. Según las leyes de Maxwell, una carga
eléctrica en movimiento (como es el electrón) debería emitir
energía continuamente en forma de radiación, con lo que
llegaría un momento en que el electrón caería sobre el
núcleo y la materia se destruiría; esto debería ocurrir en un
tiempo muy breve y no explicaba los espectros atómicos.

7. MODELO ATOMICO DE BOHR
Cuando Rutherford enunció su modelo,
no tomo en cuenta algunos trabajos
publicados por sus contemporáneos y
que ponían en evidencia ciertos aspectos
negativos de su teoría. El principal
inconveniente del modelo de Rutherford
radica en que si los electrones, que son
partículas cargadas, están girando
alrededor del núcleo, van perdiendo
energía y acabarían precipitándose sobre
él en un tiempo muy pequeño (una
fracción de segundo).
Niels Bohr recibió el Premio Nobel de Física en 1922 por su teoría de
la estructura atómica. El modelo del átomo de Bohr utilizó la teoría
cuántica y la constante de Planck.
El modelo atómico de Rutherford llevaba a unas conclusiones que se contradecían
claramente con los datos experimentales. Para evitar esto, Bohr planteó unos
postulados que no estaban demostrados en principio, pero que después llevaban a
unas conclusiones que sí eran coherentes con los datos experimentales; es decir,
la justificación experimental de este modelo es a Posteriori.

8. Primer postulado
El electrón gira alrededor del núcleo en órbitas
circulares sin emitir energía radiante. La idea de
que "el electrón gira alrededor del núcleo en
órbitas circulares" existía ya en el modelo de
Rutherford, pero yo supongo que, por alguna
razón desconocida por el momento, el electrón
está incumpliendo las leyes del
electromagnetismo y no emite energía radiante,
pese a que se trata de una carga eléctrica en
movimiento, que debería emitirla continuamente.
Segundo postulado
Sólo son posibles aquellas órbitas en las que el
electrón tiene un momento angular que es múltiplo
entero de h/ (2 · ð.). Puesto que el momento angular
se define como L = mvr, tendremos:
m: masa del electrón = 9.1 · 10-31 kg
v: velocidad del electrón
r: radio de la órbita que realiza el electrón alrededor
del núcleo
h: constante de Planck
n: número cuántico = 1, 2, 3...
a0: constante = 0,529 Å
Así, el Segundo Postulado nos indica que el electrón
no puede estar a cualquier distancia del núcleo, sino
que sólo hay unas pocas órbitas posibles, las cuales
vienen definidas por los valores permitidos para un
parámetro que se denomina número cuántico, n.

9. Tercer Postulado
La energía liberada al caer el electrón desde una
órbita a otra de menor energía se emite en forma
de fotón, cuya frecuencia viene dada por la
ecuación de Planck:
Ea - Eb = h · n
Así, cuando el átomo absorbe (o emite) una
radiación, el electrón pasa a una órbita de mayor
(o menor) energía, y la diferencia entre ambas
órbitas se corresponderá con una línea del
espectro de absorción (o de emisión).
Las fallas que tuvo mi modelo son que no
permitió explicar adecuadamente el espectro
del átomo de hidrógeno, pero fallaba al
intentar aplicarlo a átomos poli electrónicos y
al intentar justificar el enlace químico.
Además, los postulados para mi modelo
suponían una mezcla un tanto confusa de
mecánica clásica y mecánica cuántica.
El modelo atómico de Bohr es un modelo cuan tizado del átomo
propuesto en 1913 por el físico danés Niels Bohr, para explicar cómo
los electrones pueden tener órbitas estables alrededor del núcleo.
Este modelo planetario es un modelo funcional que no representa el
átomo (objeto físico) en sí, sino que explica su funcionamiento por
medio de ecuaciones. Bohr se basó en el átomo de hidrógeno para
realizar el modelo que lleva su nombre. Bohr supuso además que el
momento angular de cada electrón estaba cuan tizado y sólo podía
variar en fracciones enteras de la constante de Planck.

10. MODELO ATOMICO DE SOMMERFELD
Yo en mi modelo atómico
encontré que en ciertos
átomos las velocidades de
los electrones alcanzaban
una fracción apreciable de
la velocidad de la luz.
El modelo atómico de Sommerfeld es un modelo
atómico hecho por el físico alemán Arnold
Sommerfeld (1868-1951) que básicamente es una
generalización relativista del modelo atómico de
Bohr (1913).
En 1916, Sommerfeld perfeccionó el modelo atómico de Bohr
intentando paliar los dos principales defectos de éste.
Para eso introducire dos
modificaciones básicas:
Órbitas cuasi-elípticas
para los electrones y
velocidades relativistas.

11. En el modelo de Bohr los electrones sólo giraban en órbitas
circulares. La excentricidad de la órbita dio lugar a un nuevo número
cuántico: el número cuántico azimutal, que determina la forma de los
orbitales, se lo representa con la letra l y toma valores que van desde
0 hasta n-1. Las órbitas con:
 l = 0 se denominarían posteriormente orbitales s o sharp
 l = 1 se denominarían 2 p o principal.
 l = 2 se denominarían d o diffuse.
 l = 3 se denominarían f o fundamental.
Para hacer coincidir las frecuencias
calculadas con las experimentales,
postule que el núcleo del átomo no
permanece inmóvil, sino que tanto el
núcleo como el electrón se mueven
alrededor del centro de masas del
sistema, que estará situado muy
próximo al núcleo al tener este una
masa varios miles de veces superior
a la masa del electrón.
Para explicar el desdoblamiento de las líneas espectrales,
observando al emplear espectroscopios de mejor calidad, Sommerfeld
supone que las órbitas del electrón pueden ser circulares y elípticas.
Introduce el número cuántico secundario o azimutal, en la actualidad
llamado l, que tiene los valores 0, 1, 2,…(n-1), e indica el momento
angular del electrón en la órbita en unidades de , determinando los
subniveles de energía en cada nivel cuántico y la excentricidad de la
órbita.

12. Con la ayuda de la relatividad de
Albert Einstein, hice tres
modificaciones al modelo Bohr.
1. Los electrones se mueven
alrededor del núcleo en
órbitas circulares o elípticas.
2. A partir del segundo nivel
energético existen dos o más
subniveles en el mismo nivel.
3. El electrón es una corriente
eléctrica minúscula.
En consecuencia mi modelo atómico es
una generalización del modelo atómico
de Bohr desde el punto de vista
relativista, aunque no pude demostrar las
formas de emisión de las órbitas elípticas,
solo descarte su forma circular.
Más tarde, Arnold Sommerfeld (1868-1951), en una ampliación del
modelo de Bohr, supuso que las órbitas también podían ser elípticas.

13. MODELO ATOMICO DE DIRAC- JORDAN
La ecuación de ondas relativista de la
mecánica cuántica da una descripción
de las partículas elementales de espín
½, como el electrón, y es completamente
consistente con los principios de la
mecánica cuántica y de la teoría de la
relatividad especial. Además de dar
cuenta del espín, la ecuación predice la
ocurrencia de antipartículas.
En las ecuaciones de Dirac- Jordan aparece el cuarto parámetro con
característica cuántica denominado "s", además de los ya conocidos
"n" "l" y "m".
Ya que mi ecuación fue originalmente formulada
para describir el electrón, las referencias se
harán respecto a los "electrones", mi ecuación
se presenta de la siguiente forma:

14. Siendo m la masa en reposo del electrón, c la velocidad de la luz, p el
operador de momento, es la constante de Planck, x y t son las
coordenadas del espacio y el tiempo, respectivamente; y ψ (x, t) una
función de onda de cuatro componentes. La función de onda ha de
ser formulada como un espinor (objeto matemático similar a un vector
que cambia de signo con una rotación de 2π descubierto por Pauli y
Dirac) de cuatro componentes, y no como un simple escalar, debido a
los requerimientos de la relatividad especial. Los α son operadores
lineales que gobiernan la función de onda, escritos como una matriz y
son matrices de 4×4 conocidas como matrices de Dirac. Hay más de
una forma de escoger un conjunto de matrices de Dirac; un criterio
práctico es:
Mi ecuación describe las amplitudes de
probabilidad para un electrón solo. Esta
teoría de una sola partícula da una
predicción suficientemente buena del
espín y del momento magnético del
electrón, y explica la mayor parte de la
estructura fina observada en las líneas
espectrales atómicas.

15. Mi ecuación es una extensión al
caso relativista de la ecuación
de Schrödinger, que describe la
evolución en el tiempo de un
sistema cuántico:
Para afrontar este problema, Dirac introdujo una hipótesis (conocida
como teoría de agujeros) según la cual el vacío es el estado más
importante de los cuantos, en el que todos los estados propios de
energía negativa del electrón están ocupados. Esta descripción del
vacío, como un “mar” de electrones es llamada el mar de Dirac. El
principio de exclusión de Pauli prohíbe a los electrones ocupar el
mismo estado, cualquier electrón adicional sería forzado a ocupar un
estado propio de energía positiva, y los electrones de energía positiva
no podrían decaer a estados propios de energía negativa.
También propuse la existencia de
antipartículas de los electrones conocida
como positrón. Mi teoría cuántica del
movimiento del electrón me llevó a
formular la existencia de una partícula
idéntica al electrón en todos los aspectos
excepto en la carga, el electrón con una
carga negativa y esta hipotética partícula
con una carga positiva.

16. EUGEN GOLDSTEIN
Yo descubrí una partícula que
posee carga positiva y la llame
Protón (p+) e introduje un gas
de hidrógeno en un rayo
catódico. Fui el descubridor
de los rayos positivos o
canales e introduje el término
“rayos catódicos”.
James Chadwick
Yo fui el descubridor del neutrón. Con
este descubrimiento condujo al
desarrollo de la fisión nuclear y de la
bomba atómica.
James Chadwick (1891-1974), conocido sobre todo por su descubrimiento
en 1932 de una de las partículas fundamentales de la materia, el neutrón,
un descubrimiento que condujo directamente a la fisión nuclear y a la
bomba atómica. Nació en Manchester y estudió en la Universidad Victoria.
En 1909 comenzó a trabajar bajo las órdenes del físico británico Ernest
Rutherford. Al final de la Iº Guerra Mundial, fue a la Universidad de
Cambridge con Rutherford, con quien continuó colaborando hasta 1935.
Ese año, Chadwick accedió a una cátedra de la Universidad de Liverpool.
De 1948 a 1958 fue profesor y desde 1959 miembro del Gonville College y
del Caius College de la Universidad de Cambridge.

17. Modelo atómico de Schrödinger
Núcleo
Onda electrónica
En 1926, el físico austriaco
Erwin Schrödinger introdujo un
cambio revolucionario en el
modelo atómico. Según el
modelo propuesto, los
electrones no giran en torno al
núcleo, sino que se comportan
más bien como ondas que se
desplazan alrededor del núcleo
a determinadas distancias y con
determinadas energías. Este
modelo resultó ser el más
exacto: los físicos ya no intentan
determinar la trayectoria y
posición de un electrón en el
átomo, sino que emplean
ecuaciones que describen la
onda electrónica para hallar la
región del espacio en la que
resulta más probable que se
encuentre el electrón.
Mi modelo atómico se
basa en la solución de
mi ecuación para un
potencial electrostático
con simetría esférica,
llamado también átomo
hidrogenoide. En este
modelo el electrón se
contemplaba
originalmente como una
onda estacionaria de
materia cuya amplitud
decaía rápidamente al
sobrepasar el radio
atómico.

18. Mi modelo atómico concebía originalmente
a los electrones como ondas de materia.
Así mi ecuación se interpreta como la
ecuación ondulatoria que describía la
evolución en el tiempo y el espacio de
dicha onda material.
Schrödinger compartió en 1933 el Premio
Nobel de Física con el británico Paul A. M.
Dirac por su aportación al desarrollo de la
mecánica cuántica. Su investigación incluía
importantes estudios sobre los espectros
atómicos, la termodinámica estadística y la
mecánica ondulatoria.