La idea de que la materia está constituida por partículas muy pequeñas es muy antigua, y ya aparece recogida en los escritos de Demócrito (400 a. C.). Sin embargo la primera evidencia experimental fue establecida en 1805 por Dalton, cuya teoría atómica en lo esencial ha soportado bastante bien el paso de los años. La teoría atómica de Dalton tiene tres postulados:
- Los elementos están constituidos por partículas pequeñas llamadas átomos. Los átomos de los mismos elementos tienen las mismas propiedades.
- Los átomos de distintos elementos tienen distintas propiedades. En una reacción química ordinaria los átomos no pueden desaparecer ni dar lugar a otros átomos.
- Un compuesto es la combinación de átomos de dos o más elementos.
Los científicos se empezaron a preguntar si habría partículas subatómicas. Thomson, Millikan y Rutherford fueron los pioneros en su descubrimiento. En 1897 Thomson realizaba experimentos en los que estudiaba el efecto de grandes voltajes en gases. Aplicó una diferencia de potencial entre dos electrodos situados en un tubo de vidrio sellado y lleno de gas. Observó unos rayos que salían del cátodo hacia el ánodo. Estos rayos tuvieron dos grandes consecuencias. 1) Estos rayos catódicos son corrientes de partículas cargadas negativamente (electrones). 2) La televisión. Thomson propuso un modelo atómico según el cual los átomos eran esferas macizas de carga positiva, con los electrones en su interior de modo que globalmente eran neutros.
Millikan en 1910 logró determinar el valor de la carga del electrón en 1’602 10-19 Culombios. En el mismo año, Rutherford y sus estudiantes realizaron en experimento consistente en bombardear una lámina muy fina de oro con partículas alfa (átomos de He sin electrones), y recogían el resultado en una placa fotográfica. Observaron que la mayor parte de las radiaciones atravesaban el oro sin desviarse, unas pocas se desviaban ligeramente, y muy pocas rebotaban. Para explicar esto ideó una nueva teoría atómica. Según ésta el átomo consta de un núcleo pequeño con relación al tamaño total del átomo. Este núcleo tiene la mayor parte de la masa, además de la carga positiva del átomo. Los electrones giran en órbitas como planetas alrededor del núcleo. Con este modelo se puede aplicar la ley de Coulomb. Aquí los electrones giran en órbitas circulares fijas y explica que los electrones no son atraídos por el núcleo debido a la gran velocidad a la que se mueven.
Newton fue uno de los primeros científicos que demostraron con un prisma que la luz blanca se componía de varios colores. Gran parte del conocimiento de la estructura atómica se debe al avance de la espectroscopia (análisis de la radiación absorbida o emitida por una sustancia). Cuando los electrones se calientan o sus vapores se someten a descargas eléctricas emiten luz de distintos colores. Esto es así porque los átomos adquieren una energía que cambia su estructura atómica. Cuando el átomo se reajusta emite esa energía en forma de cuantos de energía (la energía que posee un fotón).
El átomo de H cuando se calienta muestra tres líneas en su espectro visible. La más intensa aparece a 656 nm (rojo). La frecuencia de todas las líneas de todo el espectro del hidrógeno se puede calcular con:
Cuando nf= 1 las líneas aparecen en el UV (serie Lyman).
Cuando nf= 2 las líneas aparecen en el espectro visible (serie Balmer).
Cuando nf= 3 las líneas aparecen en el IR (serie Paschen).
Cuando nf= 2 las líneas aparecen en el espectro visible (serie Balmer).
Cuando nf= 3 las líneas aparecen en el IR (serie Paschen).
Plank, en el 1900, concluyó que la radiación no puede ser emitida ni absorbida de forma continua, sino en unas cantidades definidas múltiplos de la frecuencia de luz correspondiente. La energía se absorbe o se emite en unidades llamadas cuantos ó fotones.
En 1913 se conocía el espectro del H y la hipótesis de Plank. Entonces Bohr establece su modelo de tres postulados.
Un electrón, cuando se mueve en una órbita no emite energía (es estacionario). Al no emitir energía su velocidad es constante y no acerca al núcleo.
Para un electrón sólo son posibles aquellas órbitas en las que el momento cinético es un múltiplo de:
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