Teoría atómica de Dalton.
Las leyes ponderales de las combinaciones
químicas encontraron una explicación satisfactoria en la teoría atómica
formulada por DALTON en 1803 y publicada en 1808. Dalton reinterpreta
las leyes ponderales basándose en el concepto de átomo. Establece
los siguientes postulados o hipótesis, partiendo de la idea de
que la materia es discontinua:
Los elementos están
constituidos por átomos consistentes en partículas materiales separadas e
indestructibles;
Los átomos de un
mismo elemento son iguales en masa y en todas las demás cualidades.
Los átomos de los distintos elementos
tienen diferentes masa y propiedades
Los compuestos se
forman por la unión de átomos de los correspondientes elementos en una relación
numérica sencilla. Los «átomos» de un determinado compuesto son a su vez
idénticos en masa y en todas sus otras propiedades.
Aunque el químico irlandés HIGGINS, en
1789, había sido el primero en aplicar la hipótesis atómica a las reacciones
químicas, es Dalton quien le comunica una base más sólida al asociar a los
átomos la idea de masa.
Los átomos de DALTON difieren de los átomos
imaginados por los filósofos griegos, los cuales los suponían formados por la
misma materia primordial aunque difiriendo en forma y tamaño. La hipótesis
atómica de los antiguos era una doctrina filosófica aceptada en sus
especulaciones científicas por hombres como GALILEO, BOYLE, NEWTON, etc., pero
no fue hasta DALTON en que constituye una verdadera teoría científica mediante
la cual podían explicarse y coordinarse cuantitativamente los fenómenos
observados y las leyes de las combinaciones químicas.
La teoría atómica constituyó tan sólo
inicialmente una hipótesis de trabajo, muy fecunda en el desarrollo posterior
de la Química, pues no fue hasta finales del siglo XIX en que fue
universalmente aceptada al conocerse pruebas físicas concluyentes de la
existencia real de los átomos. Pero fue entonces cuando se llegó a la
conclusión de que los átomos eran entidades complejas formadas por partículas
más sencillas y que los átomos de un mismo elemento tenían en muchísimos casos
masa distinta. Estas modificaciones sorprendentes de las ideas
de DALTON acerca de la naturaleza de los átomos no invalidan en el
campo de la Química los resultados brillantes de la teoría atómica.
Los principios fundamentales de esta teoría
son:
1. La materia está formada por minúsculas
partículas indivisibles llamadas átomos.
2. Hay distintas clases de átomos que se
distinguen por su masa y sus propiedades. Todos los átomos de un elemento
poseen las mismas propiedades químicas. Los átomos de elementos distintos
tienen propiedades diferentes.
3. Los compuestos se forman al combinarse
los átomos de dos o más elementos en proporciones fijas y sencillas. De modo
que en un compuesto los de átomos de cada tipo están en una relación de números
enteros o fracciones sencillas.
4. En las reacciones químicas, los átomos
se intercambian de una a otra sustancia, pero ningún átomo de un elemento
desaparece ni se transforma en un átomo de otro elemento.
Justificación de las leyes ponderales.
Las suposiciones de DALTON permiten
explicar fácilmente las leyes ponderales de las combinaciones químicas, ya que
la composición en peso de un determinado compuesto viene determinada por el
número y peso de los átomos elementales que integran el «átomo» del compuesto.
Ley de la conservación de la materia.
Por ser los átomos indivisibles e
indestructibles los cambios químicos han de consistir únicamente en un
reagrupamiento de átomos y, por tanto, no puede haber en el mismo variación
alguna de masa al no variar el número de átomos presentes.
Ley de las proporciones definidas.
Si se combinan n átomos del elemento A con m átomos
del elemento B y los pesos
respectivos de estos átomos son a y b
Ley de las proporciones múltiples.
Si dos elementos se unen en varias proporciones
para formar distintos compuestos quiere decir que sus átomos se unen en
relaciones numéricas diferentes. Si un átomo del elemento A se une, por ejemplo, con uno y con dos átomos del elemento B, se comprende que la relación en peso
de las cantidades de este elemento (uno y dos átomos) que se unen con una misma
cantidad de aquél (un átomo) estén en relación de 1 : 2. Si los
átomos de los elementos A y B se unen en otras cualesquiera
relaciones numéricas, siempre de números enteros sencillos, se encontrará
igualmente una relación sencilla entre las cantidades de uno de los elementos
que se unen con una cantidad determinada del otro elemento.
Ley de las proporciones recíprocas.
Si suponemos que los elementos se uniesen
siempre en la relación atómica 1 :
1, la ley de las proporciones
recíprocas no sólo sería evidente sino que los pesos de combinación serían a su
vez los pesos atómicos. Aunque los elementos se unen en relaciones atómicas
diferentes, 1 : 2, 1 : 3, 2 : 3 etcétera, puede fácilmente
calcularse que las cantidades en peso de distintos elementos que se unen con
una cantidad fija de un elemento dado han de estar en relación sencilla con sus
respectivos pesos atómicos y que dichas cantidades, multiplicadas
necesariamente en todo caso por números enteros sencillos, han de ser las que
se combinen entre sí en las correspondientes combinaciones mutuas.
Fracaso ante la ley de Gay-Lussac.
Para DALTON las últimas
partículas de los elementos gaseosos como el hidrógeno, oxígeno, cloro,
etc., eran necesariamente simples y estaban constituidas por un solo
átomo (así, H, O, CI, N, ...) y que las de compuestos gaseosos tan
corrientes como el agua o el cloruro de hidrógeno eran naturalmente
compuestas pero formadas por sólo dos átomos distintos (HO,
CIH, ... ). Sin embargo, con estas fórmulas no se podían explicar las
relaciones volumétricas de Gay-Lussac:
La conclusión experimental de GAY-LUSSAC de
que un volumen de cloro se une con un volumen de hidrógeno para dar lugar
a dos volúmenes de cloruro
de hidrógeno llevó a DALTON a suponer que en los volúmenes iguales de
cloro y de hidrógeno debían existir igual número de átomos.
Al imaginar que estos elementos se unen
átomo a átomo, formarán un mismo
número de «átomos» (hoy moléculas) decloruro de hidrógeno, al
ser estos «átomos» indivisibles, debían
ocupar, en cambio, un volumen doble según los resultados de Gay
Lussac.
La hipótesis de que en volúmenes iguales de
gases debían existir igual número de «átomos» tuvo DALTON que
descartarla llegando a la conclusión de que los resultados de GAY-LUSSAC eran
inexactos.
Por el contrario, si la ley de Gay-Lussac
era cierta estaba en contradicción con los postulados de DALTON y su teoría
atómica.
Modelo atómico de Thomson
Descubrimiento del electrón (descubierto en el año 1897; en 1898
Thomson propuso un modelo atómico, que tomaba en cuenta la existencia de dicha
partícula subatómica.
Thomson suponía que los electrones se distribuía de una forma uniforme
alrededor del átomo, conocido este modelo como Pastel de pasas, es la teoría de
estructura atómica, Thomson descubre el
electrón antes que se descubrirse el protón
y el neutrón..
Si observamos este modelo, veremos que el átomo se compone por
electrones de carga negativa en el átomo
positivo, tal se aprecia en el modelo de pasas de budín.
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
novel de física por este descubrimiento.
Si pensamos que el átomo no deja de ser un sistema material, con una
cierta energía interna, es por eso que esta energía provoca un grado de
vibración de los electrones contenidos que contiene su estructura atómica, si
se enfoca desde este punto de vista el modelo atómico de Thomson se puede
afirmar que es muy dinámico por consecuencia de la gran movilidad de los
electrones en el “seno” de la mencionada estructura.Para lograr una
interpretación del modelo atómico desde un ángulo microscópico, entonces se
puede definir como una estructura estática, ya que los mismos se encuentran
atrapados dentro del “seno” de la masa que define la carga positiva del átomo.
Veamos el modelo de una forma simple, el modelo de Thomson era
parecido a un pastel de Frutas: los electrones estaban incrustados en una masa
esférica de carga positiva,
La carga negativa del electrón era la misma que la carga positiva de
la esfera, es por esto que se deduce que el átomo era neutro,Thomson: también
explicó la forma de los iones, tanto
positivos como negativos
Thomson y su experimento: JJ Thomson, (en 1897), a mitad de un
experimento midió la proporción que existe entre la carga y la masa 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
Primer experimento de Thomson.
Thomson investigó si podrían
ser separadas las cargas negativas de los rayos catódicos y utiliza un medio el
del magnetismo.
Para este experimento construyo
un tubo de rayos catódicos el cual al final del tubo termina en dos cilindros
con ranuras, las ranuras fueron conectadas a su vez a un electrómetro.
Con este método Thomson
descubre que cuando los rayos son desviados magnéticamente de tal forma que no
puedan entrar en las hendiduras, el electrómetro marca al registrar poca carga.
Esto llevo a Thomson a la
conclusión que la carga negativa es inseparable de los rayos
Segundo Experimento de Thomson
Para este segundo
experimento, JJ Thomson construye un
tubo de rayos catódicos, logrando un vacío casi perfecto, en uno de sus
extremos lo recubre con pintura fosforescente.
La intención del este
experimento era investigar si estos rayos podían ser desviados con un campo
eléctrico, se conocía que en anteriores experimentos no se habían observado
este fenómeno (esto es muy característico de las partículas con carga).
Con la creación de este tubo en
el que en uno de sus extremos estaba recubierto con pintura fosforescente,
Thomson descubre que muchos rayos si se podían doblar con la influencia de un
campo magnetizado.
Thomson Tercer experimento.
Para el tercer experimento,
Thomson fundamento la relación que hay entre la masa de los rayos catódicos y
la carga, para esto mide la cantidad que se desvía por un campo magnético y
cuanta cantidad de carga de energía contenida.
La relación masa/carga que
encuentra es de un millar de veces superior a la que contiene el ión de
Hidrógeno, esto indica que bien las partículas deben ser más livianas o con
mucha más carga.
Aquí Thomson toma una posición
audaz: Thomson, a los rayos catódicos que estaban cargados por partículas les
llamó “corpúsculos” dichos corpúsculos se originaban dentro de los atomos de
los electrodos, a lo que esto significaba, que los átomos deben ser divisibles,
imagina “un mar” totalmente repleto de cargas positivas en estos corpúsculos en
el átomo, es por esto que se le llama y conoce con el nombre de budín de pasas
al modelo de Thomson.
El premio novel de física lo
obtiene en 1906, gracias al trabajo que realizo sobre la conducción de la
electricidad a través de los gases.
La forma de su explicación de
que el átomo esta formado por un núcleo unido y compacto y que en su exterior
la denomina como corteza, deja mucha puertas abiertas tanto para Ernest
Rutherford o Niels Bohr, quienes continúan con esta investigación dando luz y
planteando otras teorías para los atomos y las partes diferenciadas
POSTULADOS DE THOMSON
Con las informaciones de las
que se disponía en esa época, presento algunas hipótesis entre 1898 y 1904 en
un intento de justificar dos hechos relativos.
a) Que
la materia es eléctricamente
neutra, esto permitiría pensar que aparte de electrones, es posible que halla
partículas con cargas positivas.
b). Es posible extraer
electrones de los átomos, pero no del mismo modo las cargas positivas.
Propuso un modelo para en átomo
donde la mayoría de la masa asociada con la carga positiva ( Si al tener poca
masa del electrón al compararla con la de los átomos) y si suponía que un
cierto número de electrones de forma distribuida uniformemente dentro una maza
con carga positiva, de aquí viene la comparación siguiente ( “una especie de
paste o calabaza en la que los electrones estuviesen incrustados como si fueran
trocitos de fruta o pepitas”).En realidad podemos afirmar que este fue el
primer modelo realmente atómico,con referencia a la constitución de los átomos,
aunque muy limitado, y esto fue sustituido rápidamente por otros.
Su trabajo consistía en una
esfera uniforme de materia cargada positivamente en las que se podía hallar
incrustados electrones de modo parecido a la disposición de las semillas de
sandía.
Este simple modelo explica de
echo que la materia fuese eléctricamente neutra, pues los átomos de Thomson la
carga positiva era neutra por la negatividad.
También se podía decir que los
electrones podrían ser arrancados de la esfera si la energía en juego era
suficientemente importante como sucedía en los tubos se descarga.
En 1897 demuestra que los rayos
se podían desviar en un campo eléctrico y estos eran atraídos por el polo
positivo, esto probaba que estas eran
cargas eléctricas negativas
Lo explico de otra forma veamos
lo siguiente:
Calcula la relación entre la
carga y la masa de esas partículas.
Para lograr demostrar este
calculo realizó un experimento: Hizo pasar un haz de rayos catódicos por un
campo magnético y uno eléctrico.
El segundo paso consistía en
eliminar el campo magnético y medir la desviación sufrida por el haz debido al
campo eléctrico. Resulta que los rayos catódicos tienen una relación carga a
masa más de 1.000 veces superior a la de cualquier ion.
Esta contatación llevó a
Thomson a suponer que las partículas que forman los rayos catódicos no eran
átomos cargados sino fragmentos de átomos, es decir, partículas subatómicas a
las que llamó electrones.
Las placas se colocan dentro de
un tubo de vidrio cerrado, al que se le extrae el aire, y se introduce un gas a
presión reducida.
