Introduccin.

Cada sustancia del universo, las piedras, el mar, nosotros mismos, los planetas y hasta las estrellas ms lejanas, estn enteramente formada por pequeas partculas llamadas tomos.

Son tan pequeas que no son posible fotografiarlas. Para hacernos una idea de su tamao, un punto de esta lnea puede contener dos mil millones de tomos.

Estas pequeas partculas son estudiadas por la qumica, ciencia que surgi en la edad media y que estudia la materia.

Pero si nos adentramos en la materia nos damos cuenta de que est formada por tomos. Para comprender estos tomos a lo largo de la historia diferentes cientficos han enunciado una serie de teoras que nos ayudan a comprender la complejidad de estas partculas. Estas teoras significan el asentamiento de la qumica moderna.

La qumica es probablemente la nica rama de las ciencias experimentales cuyo objeto de estudio est en permanente expansin, dado que el nmero de nuevas molculas, sintetizadas por el hombre crece da a da. El mundo actual y nuestra vida cotidiana estn marcados por un sinnmero de productos de sntesis, desde los materiales ms diversos en forma de fibras, plsticos o colorantes, hasta los medicamentos, los plaguicidas o los fertilizantes. Gran parte de la "cultura del bienestar" se fundamenta en la puesta a disposicin del hombre de estos productos que son fruto, entre otras cosas, de un profundo conocimiento de la estructura atmica y molecular.Los entes objeto de estudio por parte de la Qumica, las molculas, son tomos enlazados entre s para formar un edificio ms complejo y con propiedades completamente distintas de las de sus constituyentes. Parece lgico que una de las primeras inquietudes de los cientficos fuera conocer las caractersticas de esos constituyentes, en un primer intento para entender como se unen entre s para formar nuevos sistemas que van desde la simplicidad de una molcula de hidrgeno a la complejidad de una protena. Por otra parte, de nada servira el esfuerzo de sintetizar nuevas molculas si no fusemos capaces de entender y explicar sus estructuras y propiedades y por ende predecir su posible comportamiento y aplicaciones.

El primero en proponer una teora atmica de la materia fue Demcrito, filsofo presocrtico, quien en el siglo Va.C. afirm que todo estaba compuesto por pequeas piezas a las que llam tomos (del griego , indivisible). Su teora fue prontamente olvidada. Recin en el siglo XIX tal idea logr una extensa aceptacin cientfica gracias a los descubrimientos en el campo de la estequiometra. Los qumicos de la poca crean que las unidades bsicas de los elementos tambin eran las partculas fundamentales de la naturaleza (de ah el nombre de tomo, indivisible). Sin embargo, a finales de aquel siglo, y mediante diversos experimentos con el electromagnetismo y la radiactividad, los fsicos descubrieron que el denominado "tomo indivisible" era realmente un conglomerado de diversas partculas subatmicas (principalmente electrones, protones y neutrones), que pueden existir de forma aislada. De hecho, en ciertos ambientes, como en las estrellas de neutrones, la temperatura extrema y la elevada presin impide a los tomos existir como tales. El campo de la ciencia que estudia las partculas fundamentales de la materia se denomina fsica de partculas.

Descubrimiento de las partculas subatmicas

El tubo de rayos catdicos de Thomson, en el que observ la desviacin de los rayos catdicos por un campo elctrico.

Hasta 1897, se crea que los tomos eran la divisin ms pequea de la materia, cuando J.J Thomson descubri el electrn mediante su experimento con el tubo de rayos catdicos.[1] El tubo de rayos catdicos que us Thomson era un recipiente cerrado de vidrio, en el cual los dos electrodos estaban separados por un vaco. Cuando se aplica una diferencia de tensin a los electrodos, se generan rayos catdicos, que crean un resplandor fosforescente cuando chocan con el extremo opuesto del tubo de cristal. Mediante la experimentacin, Thomson descubri que los rayos se desviaban al aplicar un campo elctrico (adems de desviarse con los campos magnticos, cosa que ya se saba). Afirm que estos rayos, ms que ondas, estaban compuestos por partculas cargadas negativamente a las que llam "corpsculos" (ms tarde, otros cientficos las rebautizaran como electrones).

Thomson crea que los corpsculos surgan de los tomos del electrodo. De esta forma, estipul que los tomos eran divisibles, y que los corpsculos eran sus componentes. Para explicar la carga neutra del tomo, propuso que los corpsculos se distribuan en estructuras anilladas dentro de una nube positiva uniforme; ste era el modelo atmico de Thomson o "modelo del plum cake".[2]

Ya que se vio que los tomos eran realmente divisibles, los fsicos inventaron ms tarde el trmino "partculas elementales" para designar a las partculas indivisibles

Importancia

La importancia de esta teora no puede ser exagerada. Se ha dicho (por ejemplo el premio Nobel Richard Feynman) que la teora atmica es la teora ms importante en la historia de la ciencia. Esto se debe a las implicaciones que ha tenido, tanto para la ciencia bsica como por las aplicaciones que se han derivado de ella.

Toda la qumica y bioqumica modernas se basan en la teora de que la materia est compuesta de tomos de diferentes elementos, que no pueden transmutarse por mtodos qumicos. Por su parte, la qumica ha permitido el desarrollo de la industria farmacutica, petroqumica, de abonos, el desarrollo de nuevos materiales, incluidos los semiconductores, y otros avances.

Los nmeros cunticos

En particular, se refiere a los nmeros que caracterizan los estados propios estacionarios de un electrn de un tomo hidrogenoide y que, por tanto, describen los orbitales atmicos. Estos nmeros cunticos son:I) El nmero cuntico principal n Este nmero cuntico indica la distancia entre el ncleo y el electrn, medida en niveles energticos, pero la distancia media en unidades de longitud tambin crece montonamente con n. Los valores de este nmero, que corresponde al nmero del nivel energtico, varian entre 1 e infinito, mas solo se conocen tomos que tengan hasta 7 niveles energticos en su estado fundamental.II) El nmero cuntico del momento angular o azimutal (l = 0,1,2,3,4,5,...,n-1), indica la forma de los orbitales y el subnivel de energa en el que se encuentra el electrn. Un orbital de un tomo hidrogenoide tiene l nodos angulares y n-1-l nodos radiales. Si:l = 0: Subrbita "s" ("forma circular") s proviene de sharp (nitido) (*)l = 1: Subrbita "p" ("forma semicircular achatada") p proviene de principal (*)l = 2: Subrbita "d" ("forma lobular, con anillo nodal") d proviene de difuse (difuso) (*)l = 3: Subrbita "f" ("lobulares con nodos radiales") f proviene de fundamental (*)l = 4: Subrbita "g" (*)l = 5: Subrbita "h" (*)(*) Para obtener mayor informacin sobre los orbitales vea el artculo Orbital.III) El nmero cuntico magntico (m, ml), Indica la orientacin espacial del subnivel de energa, "(m = -l,...,0,...,l)". Para cada valor de l hay 2l+1 valores de m.IV) El nmero cuntico de espn (s, ms), indica el sentido de giro del campo magntico que produce el electrn al girar sobre su eje. Toma valores 1/2 y -1/2.En resumen, el estado cuntico de un electrn est determinado por sus nmeros cunticos:nombre smbolo significado orbital rango de valores valor ejemplonmero cuntico principal shell o capa nmero cuntico secundario o azimutal (momento angular) subshell o subcapa para :nmero cuntico magntico, (proyeccin del momento angular) energa shift para: Los nmeros cunticos determinan la regin del espacio-energa de mayor probabilidad para encontrar a un electrn. El desarrollo de la Teora Cuntica fue realizado por Plank, Maxwell, Schrdinger, Pauling, Heisenberg, Einstein, De Broglie y BoltzmannDescripcin de los Nmeros Cunticos:n = Nmero Cuntico Principal: Proporciona el Nivel y la distancia promedio relativa del electrn al Ncleo. n posee valores de 1, 2, 3,....l = Nmero Cuntico Azimutal: Proporciona el subnivel. cada orbital de un subnivel dado es equivalente en energa, en ausencia de un campo magntico. l posee valores desde 0 hasta n-1.m = Nmero Cuntico Magntico: Define la orientacin del Orbital. m posee valores desde -l pasando por 0 hasta +ls = Nmero Cuntico de Spin: Define el giro del Electrn. s posee valores de +1/2 y -1/2.

Anlisis de la estructura atmica

En el tomo distinguimos dos partes: el ncleo y la corteza.- El ncleo es la parte central del tomo y contiene partculas con carga positiva, los protones, y partculas que no poseen carga elctrica, es decir son neutras, los neutrones. La masa de un protn es aproximadamente igual a la de un neutrn.Todos los tomos de un elemento qumico tienen en el ncleo el mismo nmero de protones. Este nmero, que caracteriza a cada elemento y lo distingue de los dems, es el nmero atmico y se representa con la letra Z.- La corteza es la parte exterior del tomo. En ella se encuentran los electrones, con carga negativa. stos, ordenados en distintos niveles, giran alrededor del ncleo. La masa de un electrn es unas 2000 veces menor que la de un protn.Los tomos son elctricamente neutros, debido a que tienen igual nmero de protones que de electrones. As, el nmero atmico tambin coincide con el nmero de electrones.

La tabla peridica de los elementos clasifica, organiza y distribuye los distintos elementos qumicos conforme a sus propiedades y caractersticas; su funcin principal es establecer un orden especfico agrupando elementos.

Suele atribuirse la tabla a Dmitri Mendelyev, quien orden los elementos basndose en sus propiedades qumicas,[1] si bien Julius Lothar Meyer, trabajando por separado, llev a cabo un ordenamiento a partir de las propiedades fsicas de los tomos.[2] La estructura actual fue diseada por Alfred Werner a partir de la versin de Mendelyev. En 1952, el cientfico costarricense Gil Chaverri (1921-2005) present una nueva versin basada en la estructura electrnica de los elementos, la cual permite colocar las series lantnidos y los actnidos en una secuencia lgica de acuerdo con su nmero atmico.[3]

Tabla peridica de los elementos[4]

Grupo

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

I A

II A

III B

IV B

V B

VI B

VII B

VIII B

VIII B

VIII B

I B

II B

III A

IV A

V A

VI A

VII A

VIII A

Periodo

1

1H

2He

2

3Li

4Be

5B

6C

7N

8O

9F

10Ne

3

11Na

12Mg

13Al

14Si

15P

16S

17Cl

18Ar

4

19K

20Ca

21Sc

22Ti

23V

24Cr

25Mn

26Fe

27Co

28Ni

29Cu

30Zn

31Ga

32Ge

33As

34Se

35Br

36Kr

5

37Rb

38Sr

39Y

40Zr

41Nb

42Mo

43Tc

44Ru

45Rh

46Pd

47Ag

48Cd

49In

50Sn

51Sb

52Te

53I

54Xe

6

55Cs

56Ba

72Hf

73Ta

74W

75Re

76Os

77Ir

78Pt

79Au

80Hg

81Tl

82Pb

83Bi

84Po

85At

86Rn

7

87Fr

88Ra

104Rf

105Db

106Sg

107Bh

108Hs

109Mt

110Ds

111Rg

112Cn

113Uut

114Fl

115Uup

116Lv

117Uus

118Uuo

Lantnidos

57La

58Ce

59Pr

60Nd

61Pm

62Sm

63Eu

64Gd

65Tb

66Dy

67Ho

68Er

69Tm

70Yb

71Lu

Actnidos

89Ac

90Th

91Pa

92U

93Np

94Pu

95Am

96Cm

97Bk

98Cf

99Es

100Fm

101Md

102No

103Lr

Alcalinos

Alcalinotrreos

Lantnidos

Actnidos

Metales de transicin

Metales del bloque p

Metaloides

No metales

Halgenos

Gases nobles y Transactnidos

Anlisis:

La Tabla peridica es un esquema de todos los elementos qumicos dispuestos por orden de nmero atmico creciente y en una forma que refleja la estructura de los elementos. Los elementos estn ordenados en siete hileras horizontales, llamadas periodos, y en 18 columnas verticales, llamadas grupos. El primer periodo, que contiene dos elementos, el hidrgeno y el helio, y los dos periodos siguientes, cada uno con ocho elementos, se llaman periodos cortos. Los periodos restantes, llamados periodos largos, contienen 18 elementos en el caso de los periodos 4 y 5, o 32 elementos en el del periodo 6. El periodo largo 7 incluye el grupo de los actnidos, que ha sido completado sintetizando ncleos radiactivos ms all del elemento 92, el uranio.

Los grupos o columnas verticales de la tabla peridica fueron clasificados tradicionalmente de izquierda a derecha utilizando nmeros romanos seguidos de las letras "A" o "B", en donde la "B" se refiere a los elementos de transicin.

Conclusiones

Visto y considerando todo lo trabajado en el presente trabajo, podemos establecer que el modelo atmico de Bohr es muy til, pero la ciencia va evolucionando y experiencias posteriores llevaron a abandonar la idea de las rbitas estacionarias de Bohr, que se regan segn las leyes de la mecnica clsica, para establecer una nueva mecnica; la mecnica cuntica. Se abandon el concepto de rbita estacionaria, debido fundamentalmente a que no se puede determinar con precisin la posicin exacta de un electrn en un determinado instante.

Por este motivo siguieron apareciendo diferentes modelos que acumulaban ms conceptos a incluir en el desarrollo del modelo atmico actual, que podemos definir como la suma de todos los anteriores.

La experiencia de Rutherford fue crucial en la determinacin de la estructura atmica. Los prrafos que siguen son un extracto de su propia comunicacin (1911):

"Es un hecho bien conocido que las partculas alfa y beta sufren desviaciones de sus trayectorias rectilneas a causa de las interacciones con los tomos de la materia.

Parece indudable que estas partculas de movimiento veloz pasan en su recorrido a travs de los tomos, y las desviaciones observadas son debidas al campo elctrico dentro del sistema atmico.

Las observaciones de Geiger y Mardsen sobre la dispersin de partculas alfa, indican que algunas de estas partculas deben de experimentar en un solo encuentro desviaciones superiores a un ngulo recto.

Un clculo simple demuestra que el tomo debe de ser asiento de un intenso campo elctrico para que se produzca una gran desviacin en una colisin simple..."

En aquella poca Thomson haba elaborado un modelo de tomo consistente en un cierto nmero N de corpsculos cargados negativamente, acompaados de una cantidad igual de electricidad positiva distribuida uniformemente en toda una esfera. Rutherford pone a prueba este modelo y sugiere el actual modelo de tomo.

"La teora de Thomson est basada en la hiptesis de que la dispersin debida a un simple choque atmico es pequea y que la estructura supuesta para el tomo no admite una desviacin muy grande de una partcula alfa que incida sobre el mismo, a menos que se suponga que el dimetro de la esfera de electricidad positiva es pequeo en comparacin con el dimetro de influencia del tomo. Puesto que las partculas alfa y beta atraviesan el tomo, un estudio riguroso de la naturaleza de la desviacin debe proporcionar cierta luz sobre la constitucin del tomo, capaz de producir los efectos observados. En efecto, la dispersin de partculas cargadas de alta velocidad por los tomos de la materia constituyen uno de los mtodos ms prometedores de ataque del problema.."

En la simulacin de la experiencia de Rutherford, consideramos una muestra de un determinado material a elegir entre varios y la situamos en el centro de un conjunto de detectores dispuestos a su alrededor. El blanco es bombardeado por partculas alfa de cierta energa producidas por un material radioactivo. Se observa que muy pocas partculas son desviadas un ngulo apreciable, y se producen muy raramente sucesos en los que la partcula alfa retrocede.