Lee atentamente el guión e intercala las respuestas a las actividades. Si lo deseas, la última pregunta la puedes desarrollar en un PowerPoint.
Los problemas que no fueron resueltos por el modelo atómico de Rutherford, junto con otros como la radiación del cuerpo negro, el efecto fotoeléctrico y el efecto Compton, provocaron a principios del siglo XX una crisis en el cuerpo de conocimientos de la época, y ello llevó a crear un nuevo marco conceptual en dos direcciones fundamentales: La Relatividad y la Física cuántica.
El primer intento de resolver las dificultades planteadas lo llevó a cabo el físico danés Niels Bohr en 1913, apoyándose en las hipótesis del alemán Max Planck. Planck en 1900 había llegado a la conclusión de que la energía no es divisible indefinidamente, sino que existen últimas porciones de energía a las que llamó «cuantos»; por esta razón, la energía emitida o absorbida por un cuerpo sólo puede ser un número entero de cuantos
A.16. Describe el efecto fotoeléctrico. En 1905 Albert Einstein resuelve el enigma que entraña este fenómeno ¿Cómo explica Einstein el efecto fotoeléctrico?
A.17. Describe el modelo propuesto por Bohr para superar los problemas a los que no podía dar respuesta el modelo de Rutherford. Analízalo y trata de interpretar los espectros atómicos de rayas.
Hay que significar que las hipótesis del modelo de Bohr fueron emitidas para explicar las rayas del espectro de hidrógeno, sin ninguna fundamentación teórica. No hay que olvidar que seguían infringiendo las leyes de la mecánica y del electromagnetismo, al decir que los electrones giraban en órbitas circulares sin emitir energía. Por otra parte, el modelo de Bohr no pudo explicar los espectros de átomos con más de un electrón ni por qué existían direcciones privilegiadas en los enlaces químicos entre átomos ( por ejemplo, la molécula de CO2 es lineal y la de H2O es angular). Todo ello hizo que dicho modelo fuese sufriendo diversas modificaciones, como la de Sommerfeld, que lo fueron mejorando pero que no lograron resolver de forma coherente la totalidad de los inconvenientes que se presentaban.
En 1922 el físico francés Louis Víctor de Broglie se planteó que si la luz, cuya naturaleza ondulatoria estaba fuera de toda duda, podía tener comportamiento corpuscular (los fotones), las partículas podían tener a su vez comportamiento ondulatorio. De Broglie incluso calculó matemáticamente cuál debía ser la longitud de onda asociada al electrón.
A pesar de la explicación de Einstein sobre el efecto fotoeléctrico en 1905, no había ninguna prueba experimental que demostrara fehacientemente que la luz estaba formada de fotones.
En 1923 el norteamericano Arthur Holly Comton, detectó que al exponer electrones a un haz de rayos X, el electrón salía despedido dotado de una velocidad, a la vez que los rayos X aumentaban su longitud de onda o sea, ha disminuido su energía.
A.18. Busca información sobre el efecto Compton.
La interpretación de este fenómeno sugería que el electrón adquiría energía como si del choque con una partícula se tratara, mientras que los rayos X, actuando como partícula (fotón), cedían parte de su energía y salían también desviados tras el choque.
En 1925 la hipótesis de De Broglie tuvo confirmación cuando dos científicos norteamericanos, Davisson y Germer, observaron casualmente como un haz de electrones se difractaba tras atravesar un cristal de níquel ¡¡Típico del comportamiento ondulatorio!! En consecuencia, las ondas asociadas a los electrones postuladas por De Broglie existían realmente.
A.19. Busca una imagen de difracción de un rayo de luz y otra de un haz de electrones.
MODELO CUÁNTICO ACTUAL
En 1926 la evidencia de la doble naturaleza del electrón, corpuscular y ondulatoria, llevó al austriaco Erwin Schrödinger a la idea de que era posible describirlo matemáticamente por medio de una ecuación de onda. El átomo dejó de ser “un sistema solar” y los electrones dejaron de se “bolitas” convirtiéndose en un sistema cuántico
En 1927 el físico alemán Werner Heisenberg dedujo que es imposible determinar simultáneamente y con toda precisión la posición y la velocidad de un electrón. Si se quiere conocer las dos magnitudes, tiene que ser a costa de perder precisión en ambas.
Al aplicar la ecuación de ondas de Schrödinger al electrón del átomo de hidrógeno se encuentra que la energía debe asumir ciertos valores y aparecen cuatro números cuánticos que especifican dichas energías y el comportamiento del electrón. La solución de la ecuación para cada valor permitido de la energía determina una región del espacio donde queda limitada la probabilidad de encontrar al electrón; esta región se denomina orbital atómico o nube electrónica. Ello hace que podamos imaginar un átomo con muchos electrones como una serie de nubes de carga de distintas formas y tamaños con el núcleo en el centro de todas ellas. Es importante resaltar que los orbitales no son receptáculos vacíos que pueden ser ocupados por electrones.
En este modelo atómico el salto de un electrón de un nivel de energía a otro supone un cambio en el que una nube de carga se convierte en otra que puede tener diferente forma y tamaño.
Las direcciones privilegiadas en los enlaces entre átomos se pueden explicar teniendo en cuenta las diferentes formas de las nubes de carga electrónicas.
En un átomo multielectrónico cada electrón tiene un conjunto único de números cuánticos, es decir, tiene una combinación única de n, l, ml, ms que es distinta de los otros electrones del átomo. Esta generalización se llama Principio de exclusión de Pauli.
A.20. Confecciona, a modo de resumen, un itinerario de los modelos que han ido surgiendo a lo largo del proceso de búsqueda de una estructura consistente del átomo, señalando las características más sobresalientes de cada uno de ellos y destacando las ideas fundamentales que han intervenido en esta evolución.
