El documento describe la evolución de los modelos atómicos desde Demócrito hasta la mecánica cuántica. Se mencionan los modelos de Thomson, Rutherford, Bohr, Schrödinger y otros, así como los descubrimientos de electrones, neutrones, radiactividad y dualidad onda-partícula que llevaron al desarrollo de la teoría cuántica.

1. ESTRUCTURA DE LA
MATERIA
Evolución de los modelos atómicos:
desde Demócrito a la Mecánica
Cuántica

2. EL ATOMISMO
El concepto atómico de la materia surgió aproximadamente hace 450
años a.C, cuando el filósofo griego Leucipo afirmaba que la materia
era discontinua porque estaría formada por partículas discretas
indivisibles llamadas átomos (griego “átomo”: indivisible), que seria el
limite de la división de la materia.
Demócrito (380 años a.C), discípulo
de Leucipo, sostenía que el elemento
último de la división de la materia, es
el átomo, partícula eterna, indivisible,
invisible y homogénea

3. El siguiente avance se dio recién en el año 1773, gracias al
importante trabajo del químico Francés Antoine-Laurent de
Lavoisier, quien postuló que la materia no se crea ni se destruye,
sino que simplemente se transforma...
Desde entonces se realizaron
importantes descubrimientos
para la época, que poco a poco
fueron forjando la evolución de
la teoría atómica para llegar al
modelo atómico actual

4. ELECTRÓLISIS de Michael Faraday
Al descomponer sustancias aplicando corriente eléctrica puso de
manifiesto la relación existente entre la estructura interna de la
materia y su carga eléctrica
Es decir, la materia posee una
parte de ella con carga eléctrica
negativa. Quizás también con
carga positiva…

5. MODELO ATÓMICO de John Dalton
En 1794, el químico y físico francés J.
Dalton propuso el primer modelo atómico
con bases científicas. En su trabajo se
afirmaba que la materia está compuesta por
partículas muy pequeñas (átomos)
indivisibles e indestructibles, aún después
de combinarlas en las reacciones químicas.
También descubrió que los átomos de
un mismo elemento son iguales, y que
se podían formar compuestos
químicos uniendo dos o más átomos
de distintos elementos.

6. LOS RAYOS CATÓDICOS de Julius Plücker (1858)
En 1897, Thompson estudió estos rayos observando que cuando en un tubo de
vidrio al vacío, con electrodos a gran voltaje se produce una descarga, se
aprecia una luminosidad o fluorescencia verdosa en la pared localizada frente
al cátodo (ánodo), que los investigadores supusieron que era debida a la
existencia de unos rayos procedentes de allí (rayos catódicos).
Según Thomson, estos rayos:
Se propagan en línea recta.
Al colocar un imán, se produce la desviación de los rayos.
Producen efectos mecánicos, térmicos, químicos y
lSumi sien opsoonse. unas aspas delante, las hace girar, demostrando
así que eran partículas con masa de la materia. Sus
componentes, son universales, puesto que al cambiar el gas
contenido en el tubo, no cambia la naturaleza de los rayos.
Thomson, al estudiar las propiedades y los
efectos de los rayos catódicos, dedujo
inicialmente su carácter corpuscular y la
naturaleza eléctrica negativa (había descubierto
los electrones).

7. RAYOS CANALES Eugen Goldstein (1886)
Los rayos canales, también conocidos con el nombre de rayos
anódicos o positivos, son haces de rayos positivos constituidos
por cationes atómicos o moleculares que se desplazan hacia el
átomo más cercano y se introducen en el núcleo para así
formar el rayo anódico electrodo negativo en un tubo de
Crookes.

8. RAYOS X de Roentgen (1895)
Cuando los rayos catódicos chocan contra la
superficie de un metal (que hace de ánodo) se
produce la emisión de una radiación
electromagnética muy fuerte, que al ser
desconocida se le llamó rayos X. Wilhelm
Roentgen los descubrió mientras experimentaba
con tubos de Hittorff-Crookes y la bobina de
Ruhmkorff al investigar la fluorescencia que
producían los rayos catódicos.
Tras cubrir el tubo con un cartón negro para eliminar la luz
visible, observó un débil resplandor amarillo-verdoso
proveniente de una pantalla, que desaparecía al apagar el tubo.
Determinó que los rayos creaban una radiación muy penetrante,
pero invisible, que atravesaba grandes espesores de papel e
incluso metales poco densos. Usó placas fotográficas, para
demostrar que los objetos eran más o menos transparentes a
los rayos X dependiendo de su espesor y realizó la primera
radiografía humana, usando la mano de su mujer

9. LA RADIACTIVIDAD de Henry Becquerel (1896)
Descubrió que ciertas sales de uranio emiten radiaciones
espontáneamente, al observar que velaban las placas fotográficas
envueltas en papel negro. Hizo ensayos con el mineral en diversas
formas y la intensidad de la misteriosa radiación era siempre la
misma.
Por tanto, esta nueva propiedad de la materia, que
recibió el nombre de radiactividad, no dependía de la
forma física o química en la que se encontraban los
átomos del cuerpo radiactivo,
sino que era una
propiedad del
interior mismo del
átomo.

10. Modelo atómico de Thompson (1897)
Luego del descubrimiento del electrón por Thomson, se
determinó que la materia se componía de dos partes, una
negativa y una positiva. La parte negativa estaba constituida por
electrones, los cuales se encontraban según este modelo
inmersos en una masa de carga positiva a manera de pasas en
un pastel o uvas en gelatina
Este modelo es también
conocido como “Budín
con pasas”

11. Modelo atómico de Jean Perrin (1898)
Jean Baptiste Perrin propuso un modelo modificado a partir del
modelo de Thompson donde las "pasas" (electrones) se
situaban en la parte exterior del "pastel“.
Y el “pastel” era la parte
positiva del átomo

12. TEORÍA CUÁNTICA de Max Planck (1900)
Fue Max Planck quien enunció la hipótesis de que la radiación
electromagnética es absorbida y emitida por la materia en forma de
«cuantos» de luz o fotones de energía mediante una constante
estadística, que se denominó constante de Planck.
Su historia es inherente al siglo XX, ya que la
primera formulación cuántica de un fenómeno fue
dada a conocer por él mismo, el 14 de diciembre
de 1900 en una sesión de la Sociedad Física de
la Academia de Ciencias de Berlín.
Rayo Fotónico

13. INTERPRETACIÓN DEL FENÓMENO FOTOELÉCTRICO Einstein (1905)
Cuando luz de alta frecuencia cae sobre una superficie pulida de un
metal, logra arrancar electrones convirtiendo la energía del fotón en un
trabajo para arrancar el electrón de la superficie del metal.
Einstein interpretó este fenómeno
usando la cuántica de Max Planck

14. Modelo atómico de Rutherford (1911)
Este modelo fue desarrollado por el
físico Ernest Rutherford (1911). Superó
al modelo de Thomson, al decir que el
átomo se compone de una parte
positiva y una negativa, sin embargo,
postula que la parte positiva se
concentra en un núcleo, el cual
contiene virtualmente toda la masa del
átomo, mientras que los electrones se
ubican alrededor del núcleo en órbitas
circulares o elípticas con un espacio
vacío entre ellos. El modelo es
conocido como un Sistema Planetario
Solar en miniatura. Rutherford predijo
la existencia del neutrón en el año
1920.

15. Por desgracia, el modelo
atómico de Rutherford
presentaba varias
incongruencias:
* Contradecía las leyes del
electromagnetismo de Maxwell.
Según las leyes de Maxwell,
una carga eléctrica en
movimiento (el electrón)
debería emitir energía
constantemente en forma de
radiación y llegaría un
momento en que este caería
sobre el núcleo y la materia se
destruiría. Todo ocurriría muy
brevemente.
* No explicaba los espectros
atómicos.
Experiencia de Rutherford

16. Modelo atómico de Niels Böhr (1913)
Es un modelo para el átomo de hidrógeno
tomando como punto de partida el modelo de
Rutherford, Niels Bohr trata de incorporar los
fenómenos de absorción y emisión de los gases,
así como la nueva teoría de la cuantización de la
energía desarrollada por Max Planck y el
fenómeno del efecto fotoeléctrico observado por
Einstein.
“El átomo es un pequeño sistema solar con un
núcleo en el centro y electrones moviéndose
alrededor del núcleo en órbitas bien definidas y
circulares.” Las órbitas están cuantizadas (los
electrones pueden estar solo en ciertas órbitas o
niveles de energía).

17. * Cada órbita tiene una energía asociada. La más externa es la de
mayor energía.
* Los electrones no radian energía (luz) mientras permanezcan en
órbitas estables.
* Los electrones pueden saltar de una a otra órbita. Si lo hace
desde una de menor energía a una de mayor energía absorbe un
cuanto de energía (una paquete de energía),
igual a la diferencia de
energía asociada a cada
órbita. Si pasa de una de
mayor a una de menor,
pierde energía en forma
de radiación ( cuanto de
luz) o fotón.

18. Modelo atómico de Sommerfeld (1916)
El físico alemán Arnold Sommerfeld, creó
este modelo para mejorar al modelo de
Bohr porque tenía insuficiencias, ya que
aunque funcionaba perfectamente para el
átomo de hidrógeno, no explicaba los
espectros realizados para los átomos de
otros elementos, Sommerfeld llegó a la
conclusión, de que este comportamiento de
los electrones se podía explicar, si dentro
de un mismo nivel de energía existían
distintos subniveles energéticos, lo que
hacía que hubiesen diversas variaciones de
energía, dentro de un mismo nivel.

19. Teóricamente, en 1916, Sommerfeld perfecciona el modelo de
Bohr, intentando solucionar sus dos defectos con dos variantes:
Los electrones describían órbitas cuasi- elípticas.
Los electrones tienen velocidades relativistas.
Una órbita céntrica dio lugar a un nuevo número cuántico, que se
denominaría como Azimutal y que definiría la forma de los
orbitales

20. ECUACIÓN DE ONDA de Schrodinger (1925)
Formuló una ecuación que permitió evaluar los niveles cuantificados de
energía del electrón en el átomo de hidrógeno, explicando el espectro de
emisión del hidrógeno (regiones de probabilidad electrónica o
REEMPES) descritos por ciertos parámetros o números cuánticos (n, l,
ml). En razón del carácter probabilista que se introducía, la mecánica
ondulatoria de Schrödinger suscitó inicialmente la desconfianza de
algunos físicos como Einstein y del mismo Schrödinger.

21. Modelo atómico de Erwin Schrödinger (1926)
Después de que De Broglie propuso la naturaleza ondulatoria
de la materia en 1924, la cual fue generalizada por
Schrödinger en 1926, se actualizó nuevamente el modelo del
átomo.
En este modelo se abandona la concepción de los electrones
como esferas diminutas con carga que giran en torno al
núcleo, que es una extrapolación de la experiencia a nivel
macroscópico hacia las diminutas dimensiones del átomo.
En vez de esto, Schrödinger describe a los electrones
por medio de una función de onda, el cuadrado de la
cual representa la probabilidad de presencia en una
región delimitada del espacio. Esta zona de
probabilidad se conoce como orbital. La gráfica
siguiente muestra los orbitales para los primeros
niveles de energía disponibles en el átomo de
hidrógeno.

22. DUALIDAD DEL ELECTRÓN de Broglie (1924)
En 1924, el físico francés, Louis-Victor de Broglie, formuló
una hipótesis en la que afirmaba que: “Toda la materia
presenta características tanto ondulatorias como
corpusculares comportándose de uno u otro modo
dependiendo del experimento específico”. Así estableció
que el electrón tiene naturaleza ondulatoria y a la vez es
una partícula. Tomó como base la teoría de Planck y la
explicación del efecto fotoeléctrico de Einstein.
Actualmente se considera que la dualidad
onda-partícula es un “concepto de la mecánica
cuántica según el cual no hay diferencias
fundamentales entre partículas y ondas: las
partículas pueden comportarse como ondas y
viceversa”.

23. PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE de Heisenberg
(1925)
Werner Heisenberg enunció que: “Es imposible
determinar la posición y la cantidad de movimiento
en forma exacta y simultánea. Todo cálculo, incluiría
una incertidumbre.
En otras palabras, cuanta mayor
certeza se busca en determinar la
posición de una partícula, menos
se conoce su cantidad de
movimientos lineales y por tanto,
su masa y velocidad.

24. ECUACIÓN DE ONDA RELATIVISTA de Paul Dirac (1928)
Esta ecuación de la mecánica cuántica fue formulada
por Dirac. Describe las partículas elementales de espín
½, como el electrón, y es completamente consistente
con los principios de la mecánica cuántica y la teoría de
la relatividad especial.
Describe los estados probables electrónicos con los números
cuánticos además obtiene soluciones para un electrón positivo que se
descubriría después con el nombre de positrón. Además de dar
cuenta del espín, la ecuación predice la ocurrencia de antipartículas.

25. DESCUBRIMIENTO DEL NEUTRÓN por Chadwick (1932)
El físico inglés James Chadwick, realizó experimentos de los
que obtuvo resultados que no concordaban con los que
predecían las fórmulas físicas: la energía producida por la
radiación era muy superior y en los choques no se
conservaba el momento. Para explicar tales resultados, era
necesario optar por una de las siguientes hipótesis: o bien se
aceptaba la no conservación del momento en las colisiones
o se afirmaba la naturaleza corpuscular de la radiación.
Como la primera hipótesis contradecía las leyes de la física,
se prefirió la segunda. Así, los resultados quedaban explicados pero era
necesario aceptar que las partículas que
formaban la radiación no tenían carga eléctrica.
Tales partículas tenían una masa muy semejante
al protón, pero sin carga eléctrica, por lo que se
pensó que eran el resultado de la unión de un
protón y un electrón (dipolo eléctrico). Posteriores
experimentos descartarían la idea del dipolo y se
conoció la naturaleza de los neutrones. Chadwick
completó el modelo del átomo.

26. SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO Y EL NEUTRÓN (1924)
En 1924, el sabio peruano Santiago Antúnez
de Mayolo, durante el III Congreso Científico
Panamericano presenta la ponencia
“Hipótesis sobre la constitución de la
materia”, en la que predijo la existencia de un
elemento neutro dentro del átomo, 8 años
antes de su descubrimiento.
Así mismo predijo también la existencia
de un electrón positivo: el positrón
Cabe resaltar al respecto, que en la
actualidad en ninguna obra especializada
sobre el neutrón se menciona la
predicción de Antúnez de Mayolo.

27. LOS QUARKs de Murray Gell-Mann y Kazuhiko
Nishijima (1964)
Los quarks, junto con los leptones, son los
constituyentes fundamentales de la materia. Varias
especies de quarks se combinan de manera específica
para formar partículas tales como protones y neutrones.
Los quarks son las únicas partículas fundamentales que
interactúan con las cuatro fuerzas fundamentales.
Forman, junto a los leptones, la materia visible.
Hay seis tipos distintos de quarks que los
físicos de partículas han denominado de la
siguiente manera:
● up (arriba) ● down (abajo)
● charm (encanto) ● strange (extraño)
● top (cima) ● bottom (fondo).

28. Fueron nombrados arbitrariamente basados en la necesidad de nombrarlos de
una manera fácil de recordar y usar, además de los correspondientes
antiquarks. Las variedades extraña, encanto, fondo y cima son muy inestables
y se desintegraron en una fracción de segundo después del Big Bang, pero los
físicos de partículas pueden recrearlos y estudiarlos. Las variedades arriba y
abajo sí se mantienen, y se distinguen entre otras cosas por su carga eléctrica.