Conceptos Básicos de la Teoría Ondulatoria

Las ondas electromagnéticas son la forma que adopta la energía electromagnética cuando se propaga. La energía electromagnética puede presentarse de diferentes formas, por ejemplo, rayos X o ultravioleta. Las magnitudes que caracterizan a una onda son la longitud de onda (distancia mínima entre dos puntos en concordancia de fase, la unidad son «m»), el periodo (T, tiempo que tarda una onda en recorrer una distancia igual a la longitud de onda, las unidades son «segundos») y la frecuencia (f, es el número de longitudes de onda que pasan por un punto determinado en un segundo, unidades: «s^-1» o «Hertz»). Los diferentes tipos de radiaciones electromagnéticas se diferencian por la longitud de onda y la frecuencia, que están relacionadas.

Teoría Mecano-Cuántica

Esta teoría se basa en dos principios:

• Principio de De Broglie: El electrón (e^–) tiene carácter ondulatorio.
• Principio de Incertidumbre de Heisenberg: Es imposible calcular simultáneamente la cantidad de movimiento y la posición de un electrón en un momento determinado.

Modelos Atómicos Actuales

Un orbital es la región del espacio en torno al núcleo en la que hay una gran probabilidad de encontrar el e^–. Cada orbital está determinado por tres números cuánticos: n (principal, determina el tamaño del orbital), l (secundario, determina la forma del orbital) y m_l (magnético, determina la orientación del orbital).

Configuraciones Electrónicas

Nos indican cómo están distribuidos los e^– de los átomos en los orbitales correspondientes. Hay que tener en cuenta el número de e^– que tiene el átomo y el diagrama de Moeller, y se deben respetar las siguientes reglas:

• En un átomo no pueden haber dos e^– con los cuatro números cuánticos iguales (Principio de Pauli).
• Los e^– ocupan en primer lugar los orbitales de mínima energía (Principio de Aufbau).
• Los electrones tienden a colocarse de manera que haya el máximo número de e^– desapareados (Regla de Hund).

Espectros Atómicos

Es la descomposición de la luz en colores. Cada color corresponde a una radiación electromagnética (desde las ondas de radiación hasta los rayos alfa). Los espectros se clasifican en:

• Espectro continuo: Abarcan todas las radiaciones comprendidas entre dos extremos, pasando de unas a otras gradualmente.
• Espectro discontinuo: Donde la descomposición de la luz proviene de una luz en concreto.
• Espectros de absorción: Provienen de la fuente emisora, pero que han atravesado una materia determinada que absorbe determinadas radiaciones que desaparecen del espectro.

Modelo de Bohr

El modelo de Rutherford no explicaba de manera suficiente las observaciones experimentales y, por tanto, había que elaborar uno más satisfactorio. En 1913, con solo 28 años, Bohr, basándose en el modelo de su maestro Rutherford, se atrevió a establecer un modelo nuevo para el átomo de hidrógeno, un átomo con un solo e^–. Bohr resolvió las deficiencias del modelo de su maestro. Elaboró un modelo atómico basado en unas condiciones previas y tres postulados que no eran demostrables.

• Consideraciones previas: El núcleo del átomo es muy pequeño y en él se concentra la carga positiva y casi toda la masa del átomo.
• Primer postulado: El e^– gira alrededor del núcleo en órbitas circulares bien definidas sin emitir energía ni absorberla. El radio atómico es constante.
• Segundo postulado: Solo están permitidas para el e^– las órbitas circulares, la energía de las cuales tiene unos ciertos valores determinados. No puede haber órbitas con valores de energía intermedios entre las órbitas. El e^– tiene una energía determinada y diferente en cada órbita. El estado de mínima energía, conocido con el nombre de estado fundamental del átomo de hidrógeno, corresponde al e^– situado en la primera órbita. Es posible que el e^– absorba energía y pase a una órbita más lejana al núcleo (estado excitado).
• Tercer postulado: Para que un e^– pueda pasar de una órbita inferior a una superior, es necesario que absorba energía, y si pasa de una superior a una inferior, emite energía en forma de radiación electromagnética.

La novedad que introdujo Bohr con este postulado fue el hecho de representar las órbitas como niveles de energía con valores determinados, lo que permitía explicar perfectamente la observación experimental de las líneas espectrales discontinuas.

Teorías Atómicas

Teoría de Demócrito

A finales del siglo V a.C. surgió en la antigua Grecia la escuela atomista. Los principales representantes de este movimiento eran Leucipo, Anaxágoras y Demócrito. También llamada pluralista, en contraposición a la monista de Tales o Anaxímenes. La escuela pluralista entendía la materia como plural, es decir, formada por diferentes tipos de sustancias, mientras que la monista pensaba que la materia estaba constituida por un solo elemento (agua, aire, etc.).

• Anaxágoras y la teoría de las homeomerías: Los cuerpos o mundos están constituidos por homeomerías de diversas clases. Las homeomerías serían lo que actualmente llamamos átomos.

Demócrito de Abdera

Ha pasado a la historia de la filosofía y de la ciencia por su intuición sobre la existencia en el interior de la materia de unas partículas que llamó átomos, término griego que significa «indivisible». Su teoría se basa en los siguientes principios:

• Los átomos se mueven en el vacío, provocando un remolino que hace que choquen entre ellos. Según estos choques, se forman los diferentes cuerpos.
• La diferenciación entre cuerpos está determinada por la forma, la posición y la medida de los átomos que los constituyen. Por ejemplo, los átomos de agua son suaves y redondos.

La introducción del átomo, el vacío y el azar se adelantaron 15 siglos a la concepción de la materia, en la cual, como veremos más adelante, estos conceptos resultan clave. Pese a esto, pasarán muchos siglos hasta que esta teoría atómica sea aceptada.

Aristóteles, discípulo de Platón, tenía ideas muy diferentes a las de la escuela de Demócrito. La doctrina de Aristóteles o aristotelismo entendía la materia como continua, compuesta de una sola sustancia, de uno de los cuatro elementos aristotélicos: fuego, aire, agua o tierra. El platonismo y el aristotelismo hicieron que la teoría atómica de Demócrito cayera en el olvido.

Teoría de Dalton

Propuso, a principios del siglo XIX, una teoría atómica basada en unos postulados que tenían en cuenta las leyes fundamentales de la química que en aquel momento se conocían:

• Ley de conservación de la masa o de Lavoisier.
• Ley de las proporciones definidas o de Proust.
• Ley de las proporciones recíprocas o de Richter.
• Ley de las proporciones múltiples o de Dalton.

Enuncia:

• Los átomos de un elemento son iguales en masa y propiedades.
• La materia está formada por átomos.
• Los compuestos son la unión de átomos.
• La relación fija de átomos de un compuesto hace que este tenga unas características y una masa constante.

Los Primeros Modelos Atómicos

El descubrimiento del electrón en 1897 marcó el inicio de los primeros modelos atómicos modernos: modelo de Kelvin (1902), de J.J. Thomson (1903) y modelo de Nagaoka (1904).

Modelo Atómico de Rutherford

Las partículas alfa son núcleos de helio y, por tanto, partículas con carga positiva. La mayoría de las partículas alfa atravesaban las láminas metálicas sin modificar su trayectoria. Algunas de estas partículas, sin embargo, se desviaban.

Enuncia:

• La masa de los átomos está prácticamente concentrada en el núcleo.
• La carga positiva también radica en el núcleo.
• Los electrones circulan en órbitas circulares alrededor del núcleo.
• La mayor parte del átomo es un gran espacio vacío.

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