La teoría atómica es una teoría científica de la naturaleza de la materia. La teoría atómica afirma que la materia está compuesta de unidades llamadas átomos.
La teoría atómica comenzó como un concepto filosófico en la antigua Grecia. Entonces se creía que un átomo era una entidad indivisible. La palabra átomo se origina en el adjetivo atómico del griego antiguo, que significa "indivisible".
A partir del siglo XIX los científicos empezaron a experimentar y a desarrollar teorías científicas.
A principios del siglo XX, los físicos descubrieron que el "átomo indivisible" en realidad es un conglomerado de partículas subatómicas diferentes (electrones, protones y neutrones).
La física de partículas es el campo científico que estudia las partículas subatómicas. En este campo los físicos esperan descubrir la verdadera naturaleza fundamental de la materia.
¿Qué descubrió John Dalton sobre el átomo?
John Dalton desarrolló la ley de proporciones múltiples y más tarde propuso un primer modelo atómico científico: la teoría atómica de Dalton.
Cerca del final del siglo XVIII, surgieron dos leyes sobre las reacciones químicas, sin hacer referencia a la noción de teoría atómica:
Ley de conservación de masa (Antoine Lavoisier, 1789), que establece que la masa total en una reacción química permanece constante.
Ley de las proporciones definidas (Joseph Louis Proust, 1799). Esta ley establece que, si un compuesto se descompone en sus elementos constituyentes, las masas de los compuestos constituyentes siempre tendrán las mismas proporciones.
Ley de proporciones múltiples
John Dalton estudió ambas leyes y desarrolló la ley de proporciones múltiples:
“Si dos elementos se pueden combinar para formar una serie de compuestos, la relación de masa del segundo elemento que se combina con una masa fija del primer elemento será una relación de números enteros pequeños.”
Modelo atómico de Dalton
Dalton propuso que cada elemento químico estaba compuesto de átomos de un solo tipo. Aunque no se podían modificar o destruir por medios químicos, se podían combinar para formar estructuras más complejas (moléculas).
Dalton llegó a estas conclusiones empíricamente y siguiendo un método científico. Por lo tanto, esta era la primera teoría verdaderamente científica del átomo.
La teoría atómica de Dalton se basa en los siguientes enunciados:
La materia está formada por átomos, que son partículas indivisibles e indestructibles.
Todos los átomos de un mismo elemento químico son iguales en masa y propiedades y diferentes de los átomos de cualquier otro elemento.
Los compuestos se forman por combinaciones de átomos de diferentes elementos.
El descubrimiento de las partículas subatómicas
En 1897, JJ Thomson descubrió el electrón:
El átomo no era la partícula más pequeña de un elemento.
Thomson sugirió que los átomos eran divisibles, con otros elementos constituyentes.
Descubrimiento del núcleo atómico
En 1909, Rutherford descubrió que la mayoría de la masa y la carga positiva del átomo se concentran en una fracción muy pequeña de su volumen en un área que asumió que estaba en el centro.
Este descubrimiento llevó a Rutherford a proponer un modelo atómico planetario en el que una nube de electrones rodea un núcleo pequeño y compacto de carga positiva.
El modelo cuántico del átomo
La teoría cuántica revolucionó la física a principios del siglo XX, cuando Max Planck y Albert Einstein postuló que la energía luminosa se emite o se absorbe en cantidades discretas conocidas como los cuantos.
El modelo planetario anterior planteaba dos deficiencias significativas:.
A diferencia de los planetas, los electrones son partículas cargadas. Se sabe que una carga eléctrica del acelerador emite ondas electromagnéticas. Una partícula en órbita debería perder constantemente energía y girar en espiral hacia el núcleo, chocando con ella en una fracción de segundo.
El modelo planetario no podía explicar los espectros de emisión y absorción de los átomos observados.
Teoría atómica de Bohr
En 1913, Niels Bohr desarrolló el modelo atómico de de Bohr: “los electrones sólo pueden girar alrededor del núcleo en cierta órbita circular con el momento angular y la energía distancia fija desde el núcleo (es decir, alcance) es proporcional a la energía.”
En este modelo, un electrón no puede entrar en el núcleo, porque no podía perder energía en una forma continua; En su lugar, sólo podía realizar saltos cuánticos instantáneos entre niveles de energía fijos.
¿Qué es la dualidad onda-partícula?
En 1924, Louis de Broglie afirmó que todas las partículas en movimiento exhibían alguna forma de onda.
La ecuación de Schrödinger (1926) describe un electrón como una onda en lugar de una partícula puntual. Max Born, en cambio, sugirió que la función de onda de Schrödinger podría usarse para calcular la probabilidad de encontrar un electrón en cualquier lugar alrededor del núcleo.
Ambas teorías introdujeron la idea de dualidad onda-partícula: “El electrón puede exhibir tanto propiedades de longitud de onda como de partícula.”
Principio de incertidumbre de Heisenberg
Una consecuencia de la descripción de los electrones como una onda es la imposibilidad matemática de calcular simultáneamente la posición y el impulso de un electrón.
Esto se conoció como el principio de incertidumbre de Heisenberg (Werner Heisenberg, 1927). Este principio Invalidó el modelo de Bohr con sus órbitas circulares claras y claramente definidas.
¿Cómo es el modelo atómico moderno?
El modelo moderno del átomo describe las posiciones de los electrones en un átomo en términos de probabilidades.
Se puede encontrar un electrón a cualquier distancia del núcleo, pero, dependiendo de su nivel de energía, ocurre con más frecuencia en algunas regiones alrededor del núcleo que en otras; este patrón de probabilidad se llama orbital atómico.
