Modelo atómico de Schrödinger

Modelo atómico de Schrödinger

Un teórico francés, Louis de Broglie, sugirió que los electrones dentro de los átomos podían ser descritos no sólo como partículas, como lo había planteado Niels Bohr algunos años antes, sino también como ondas.

En el año 1924, el físico Erwin Schrödinger estableció el modelo mecano-cuántico del átomo; es considerado como un modelo cuántico no relativista, ya que está basado en la solución de la ecuación que propuso Schrödinger para hallar el potencial electrostático con la simetría esférica, esta solución es conocida como átomo hidrogenoide. 

Según este modelo atómico, se dispone que los electrones eran contemplados en forma de una onda estacionaria, además que la amplitud de la materia decaía velozmente al superar el radio atómico.
En el modelo atómico que propone Schrödinger se postula que los electrones son como ondas de materia, entonces la ecuación de este describe la evolución en el tiempo y en el espacio de esta onda material. 

Biografía del científico Erwin Schrödinger

Su nombre completo era Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger, nació en Viena, Imperio austrohúngaro, el 12 de agosto de 1887. Fue un físico austríaco, naturalizado irlandés, que realizó importantes contribuciones en los campos de la mecánica cuántica y la termodinámica. Recibió el Premio Nobel de Física en 1933 por haber desarrollado la ecuación de Schrödinger.
En 1926 publicó una serie de artículos que sentaron las bases de la moderna mecánica cuántica ondulatoria, y en los cuales transcribió en derivadas parciales su célebre ecuación diferencial, que relaciona la energía asociada a una partícula microscópica con la función de onda descrita por dicha partícula. Dedujo este resultado tras adoptar la hipótesis de De Broglie, enunciada en 1924, según la cual la materia y las partículas microscópicas, éstas en especial, son de naturaleza dual y se comportan a la vez como onda y como cuerpo.
Finalmente, falleció en Viena en 1961, a los 73 años, de tuberculosis. Fue enterrado en Alpbach (Austria).

 

Insuficiencias del modelo:

En resumen el modelo de Schrödinger llega a describir de forma adecuada la estructura electrónica que tienen los átomos, pero tiene algunas carencias y fallas como las que se explican a continuación:

• El modelo, en lo que respecta a la formulación original, no posee el espín de los electrones, este error luego sería arreglado en el modelo que postularian Schrödinger-Pauli.
• Desconoce los efectos relativistas que tienen los electrones veloces, también este error es reparado en la ecuación que crea Dirac, en la cual incluye una descripción del espín electrónico.
• No puede explicar el motivo de porqué un electrón que se encuentra en estado cuántico excitado baja a un nivel inferior siempre y cuando este existiera. 

Modelo atòmico de Thomson

Modelo atómico de Thomson.

El modelo atómico de Thomson es una teoría sobre la estructura atómica propuesta en 1904 por Joseph John Thomson, quien descubrió el electrón en 1897, mucho antes del descubrimiento del protón y del neutrón. En dicho modelo, el átomo está compuesto por electrones de carga negativa en un átomo positivo. Postulaba que los electrones se distribuían uniformemente en el interior del átomo suspendidos en una nube de carga positiva. El átomo se consideraba como una esfera con carga positiva con electrones repartidos como pequeños gránulos. Este modelo tuvo insuficiencias las cuales se vieron rectificadas en 1909 por  Hans Geiger y Ernest Marsden en 1909, bajo la dirección de Ernest Rutherford

Representación esquemática del modelo de Thomson. Esfera completa de carga positiva con electrones positivos incrustados

Joseph John Thomson

Fue un profesor universitario y físico británico, galardonado con el Premio Nóbel de Física en 1906 y descubrió del electrón.

Estudio en el Owens Collage y en el Trinity Collage, de la universidad de Cambridge. En esta institución enseño matemática y física, fue profesor de física experimental en el laboratorio de Cavendish, y rector del Trinity Collage (1918-1940)

Ernest Rutherford

Fue un físico y químico británico. Se le considera el padre de la física nuclear. Descubrió la radiación alfa y beta, y que la radiactividad iba acompañada por una desintegración de los elementos.

Thomson realizo estos experimentos:

Primer experimento

En su primer experimento, se investigó si las cargas negativas podrían ser separadas de los rayos catódicos por medio de magnetismo. Construyó un tubo de rayos catódicos que termina en un par de cilindros con ranuras, esas hendiduras fueron a su vez conectadas a un electrómetro. Thomson descubrió que si los rayos son desviados magnéticamente de tal manera que no puedan entrar en las ranuras, el electrómetro registra poca carga. Thomson llegó a la conclusión de que la carga negativa es inseparable de los rayos.

Segundo experimento

En su segundo experimento investigó si los rayos pueden ser desviados por un campo eléctrico (algo que es característico de las partículas cargadas). Anteriores experimentadores no habían observado esto, pero Thomson creía que sus experimentos eran defectuosos porque contenían trazas de gas. Thomson construyó un tubo de rayos catódicos con un vacío casi perfecto, y con uno de los extremos recubierto con pintura fosforescente. Thomson descubrió que los rayos de hecho se podían doblar bajo la influencia de un campo eléctrico.

Tercer experimento

En su tercer experimento, Thomson determinó la relación entre la carga y la masa de los rayos catódicos, al medir cuánto se desvían por un campo magnético y la cantidad de energía que llevan. Encontró que la relación carga/masa era más de un millar de veces superior a la del ión Hidrógeno, lo que sugiere que las partículas son muy livianas o muy cargadas.

Las conclusiones de Thomson fueron audaces: los rayos catódicos estaban hechos de partículas que llamó "corpúsculos", y estos corpúsculos procedían de dentro de los átomos de los electrodos, lo que significa que los átomos son, de hecho, divisibles. Thomson imaginó que el átomo se compone de estos corpúsculos en un mar lleno de carga positiva; a este modelo del átomo, atribuido a Thomson, se le llamó el modelo de budín de pasas.

http://es.slideshare.net/luiisiithacardona/modelo-atmico-de-jj-thomson

Rutherford

El modelo atómico de Rutherford mantenía el planteamiento de Thomson, de que los átomos poseen electrones, pero su explicación sostenía que todo átomo estaba formado por un núcleo y una corteza. El núcleo debía tener carga positiva, un radio muy pequeño y en él se concentraba casi toda la masa del átomo. La corteza estaría formada por una nube de electrones que orbitan alrededor del núcleo.

Según Rutherford, las órbitas de los electrones no estaban muy bien definidas y formaban una estructura compleja alrededor del núcleo, dándole un tamaño y forma indefinida. También calculó que el radio atómico, según los resultados del experimento, era diez mil veces mayor que el radio del núcleo mismo, lo que implicaba un gran espacio vacío en el átomo.

Errores y éxito de Thomson

Si bien el modelo de Thomson explicaba adecuadamente muchos de los hechos observados de la química y los rayos catódicos, hacía predicciones incorrectas sobre la distribución de la carga positiva en el interior de los átomos. Las predicciones del modelo de Thomson resultaban incompatibles con los resultados del experimento de Rutherford, que sugería que la carga positiva estaba concentrada en una pequeña región en el centro del átomo, que es lo que se conoció como núcleo atómico. El modelo siguiente fue el modelo atómico de Rutherford.

El nuevo modelo atómico usó la amplia evidencia obtenida gracias al estudio de los rayos catódicos a lo largo de la segunda mitad del siglo XIX. Si bien el modelo atómico de Dalton daba debida cuenta de la formación de los procesos químicos, postulando átomos indivisibles, la evidencia adicional suministrada por los rayos catódicos sugería que esos átomos contenían partículas eléctricas de carga negativa. El modelo de Dalton ignoraba la estructura interna, pero el modelo de Thomson aunaba las virtudes del modelo de Dalton y simultáneamente podía explicar los hechos de los rayos catódicos.