La estructura del átomo Modelo cuántico-mecánico de un átomo

El siguiente artículo describe un átomoy su estructura: cómo se descubrió, cómo se desarrolló la teoría en sus mentes y durante los experimentos, pensadores y científicos. El modelo de la mecánica cuántica del átomo como el más moderno de hoy describe completamente su comportamiento y las partículas que componen la composición. Acerca de ella y sus características leer a continuación.

El concepto de un átomo

Un mínimo químicamente indivisibleUn elemento químico con un conjunto de características características de él es un átomo. Incluye electrones y un núcleo, que a su vez contiene protones con carga positiva y neutrones sin carga. Si contiene la misma cantidad de protones y electrones, entonces el átomo mismo será eléctricamente neutro. De lo contrario, tiene una carga: positiva o negativa. Entonces el átomo se llama ion. Por lo tanto, su clasificación se lleva a cabo: el elemento químico está determinado por el número de protones, y su isótopo por neutrones. Vinculados entre sí sobre la base de enlaces interatómicos, los átomos forman moléculas.

Un poco de historia

Por primera vez, el antiguo indio yfilósofos griegos antiguos Y durante los siglos XVII y XVIII, los químicos confirmaron la idea, probando experimentalmente que algunas sustancias no se pueden descomponer en sus elementos constituyentes a través de experimentos químicos. Sin embargo, desde finales del siglo XIX hasta principios del siglo XX, los físicos descubrieron partículas subatómicas, lo que dejaba en claro que el átomo no era indivisible. En 1860, los químicos formularon los conceptos de átomo y molécula, donde el átomo se convirtió en la partícula más pequeña del elemento, que formaba parte de sustancias simples y complejas.

Modelos de la estructura del átomo

1. Piezas de materia. Demócrito cree que las propiedades de las sustancias pueden determinarse por la masa, la forma y otros parámetros que caracterizan a los átomos. Por ejemplo, el fuego tiene átomos agudos, por lo que tiene la capacidad de quemarse; Los sólidos contienen partículas rugosas, por lo que están muy unidos entre sí; en el agua son lisos, por lo que tiene la capacidad de fluir. Según Demócrito, incluso el alma humana se compone de átomos.
2. Modelos de Thomson. El científico considera el átomo como un cuerpo con carga positiva, dentro del cual hay electrones. Estos modelos fueron refutados por Rutherford, después de haber llevado a cabo su famosa experiencia.
3. Los primeros modelos planetarios de Nagaoka. A principios del siglo XX, Hantaro Nagaoka propuso modelos de núcleos atómicos similares al planeta Saturno. En ellos, alrededor del pequeño núcleo, con carga positiva, los electrones en el anillo giraban. Estas versiones, como las anteriores, demostraron ser erróneas.
4. Modelos planetarios de Bohr-Rutherford. Después de varios experimentos, Ernest Rutherford sugirió que el átomo es similar al sistema planetario. En él, los electrones se mueven en órbitas alrededor del núcleo, que se carga positivamente y está en el centro. Pero la electrodinámica clásica contradijo esto porque, según él, el electrón, en movimiento, irradia ondas electromagnéticas y, por lo tanto, pierde energía. Bohr introdujo postulados especiales sobre los cuales los electrones no irradiaban energía mientras se encontraban en algunos estados específicos. Resultó que la mecánica clásica era incapaz de describir estos modelos de la estructura del átomo. Esto condujo más tarde a la aparición de la mecánica cuántica, que hace posible explicar tanto este fenómeno como muchos otros.

Modelo cuántico-mecánico de un átomo

Este modelo es el desarrollo del anterior. El modelo mecánico cuántico del átomo supone que los neutrones y los protones cargados positivamente están en el núcleo del átomo. A su alrededor se encuentran electrones cargados negativamente. Pero en mecánica cuántica, los electrones no se mueven a lo largo de trayectorias predeterminadas. Por lo tanto, en 1927 W. Heisenberg expresó el principio de incertidumbre, según el cual parece imposible determinar con precisión la coordenada de una partícula y su velocidad o momento.

Las propiedades químicas de los electrones están determinadas por suconcha En la tabla periódica, los átomos están dispuestos de acuerdo con las cargas eléctricas de los núcleos (estamos hablando de la cantidad de protones), mientras que los neutrones no afectan las propiedades químicas. El modelo cuántico-mecánico del átomo demostró que su masa principal está en el núcleo, mientras que la fracción de electrones sigue siendo insignificante. Se mide en unidades atómicas de masa, que es igual a 1/12 de la masa del átomo de isótopo de carbono de C12.

Función de onda y orbital

De acuerdo con el principio de B. Geyzentberg, no se puede decir con absoluta certeza que un electrón que tiene cierta velocidad se encuentre en un punto particular del espacio. Para describir las propiedades de los electrones, use la función de onda de psi.

La probabilidad de detectar una partícula en un particulartiempo es directamente proporcional al cuadrado de su valor absoluto, que se calcula durante un tiempo específico. Psi al cuadrado llama densidad de probabilidad que caracteriza a los electrones alrededor del núcleo en forma de una nube de electrones. De lo que será más, la probabilidad será mayor que el electrón en un cierto espacio del átomo.

Para una mejor comprensión, uno puede imaginarfotografías superpuestas una sobre la otra, donde las posiciones electrónicas se fijan en momentos diferentes. En el lugar donde los puntos serán más grandes y la nube se volverá más densa, y la probabilidad de encontrar el electrón es la más alta.

Se calcula, por ejemplo, que el modelo de mecánica cuántica del átomo de hidrógeno incluye la mayor densidad de la nube de electrones ubicada a una distancia de 0,053 nanómetros del núcleo.

La órbita de la mecánica clásica fue reemplazada pornube cuántica de electrones La función de onda del electrón psi aquí se llama orbital, que se caracteriza por la forma y la energía de la nube de electrones en el espacio. Con referencia a un átomo, nos referimos al espacio alrededor del núcleo, en el que es más probable encontrar el electrón.

Imposible es posible?

Al igual que toda la teoría, el modelo cuántico-mecánicola estructura del átomo hizo una verdadera revolución en el mundo científico y entre los habitantes. Después de todo, y hasta el día de hoy es difícil imaginar que la misma partícula al mismo tiempo no puede estar en un lugar al mismo tiempo, ¡sino en diferentes lugares! Para proteger los patrones establecidos, se dice que en el microcosmos hay eventos que son impensables y no lo son en el macrocosmos. Pero, ¿es realmente así? ¿O la gente simplemente teme admitir la posibilidad de que "una gota es como el océano y el océano es una gota"?