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Sommerfeld se baso en la teoría de la relatividad de Einstein

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Sommerfeld se baso en la teoría de la relatividad de Einstein

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Modelo Atómico de Sommerfeld

El modelo atómico de Sommerfeld es una versión mejorada del modelo de Bohr, en el que el comportamiento de los electrones se explica por la existencia de diferentes niveles de energía dentro del átomo. Arnold Sommerfeld publicó en 1916 su propuesta explicando las limitaciones de este modelo aplicando la teoría de la relatividad de Einstein.

El destacado físico alemán encontró que en algunos átomos los electrones alcanzaban velocidades cercanas a la de la luz. En vista de ello, decidió basar su análisis en la teoría relativista. Esta decisión fue controvertida por aquel entonces, ya que la teoría de la relatividad aún no había sido aceptada en la comunidad científica.

De esta manera, Sommerfeld desafió los preceptos científicos de la época y dio un enfoque diferente a la modelización atómica.

Modelo Atómico de Sommerfeld

El modelo atómico de Sommerfeld surge para perfeccionar las deficiencias del modelo atómico de Bohr. Las propuestas de este modelo, en términos generales, son las siguientes:

- Los electrones describen órbitas circulares alrededor del núcleo, sin irradiar energía.

- No todas las órbitas eran posibles. Sólo se habilitan aquellas órbitas cuyo momento angular del electrón cumple ciertas características. Cabe señalar que el momento angular de una partícula depende de un compendio de todas sus magnitudes (velocidad, masa y distancia) con respecto al centro de rotación.

- La energía liberada cuando un electrón desciende de una órbita a otra se emite en forma de energía luminosa (fotón).

Aunque el modelo atómico de Bohr describía perfectamente el comportamiento del átomo de hidrógeno, sus postulados no eran replicables a otros tipos de elementos.

Al analizar los espectros obtenidos a partir de átomos de elementos distintos del hidrógeno, se detectó que los electrones que se encontraban en el mismo nivel de energía podían contener energías diferentes.

Así, cada una de las bases del modelo era refutable desde el punto de vista de la física clásica. La siguiente lista detalla las teorías que contradicen el modelo, según la numeración anterior:

- Según las leyes electromagnéticas de Maxwell, todas las cargas sometidas a una cierta aceleración emiten energía en forma de radiación electromagnética.

- Frente a la posición de la física clásica, era inconcebible que un electrón no pudiera orbitar libremente a cualquier distancia del núcleo.

- Para entonces, la comunidad científica tenía una firme convicción sobre la naturaleza ondulatoria de la luz, y la idea de que debería presentarse como una partícula no se contempló hasta entonces.

Modelo Atómico de Sommerfeld Características

Arnold Sommerfeld concluyó que la diferencia de energía entre los electrones -a pesar de que estaban en el mismo nivel de energía- se debía a la existencia de subniveles de energía dentro de cada nivel.

Sommerfeld se basó en la Ley de Coulomb para afirmar que si un electrón está sujeto a una fuerza inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, la trayectoria descrita debe ser elíptica y no estrictamente circular.

Además, se basó en la teoría de la relatividad de Einstein para tratar los electrones de manera diferente y evaluar su comportamiento en términos de las velocidades alcanzadas por estas partículas fundamentales.

El uso de espectroscopios de alta resolución para el análisis de la teoría atómica reveló la existencia de líneas espectrales muy finas que Niels Bohr no había detectado, y para las cuales el modelo propuesto por él no proporcionaba una solución.

Ante ello, Sommerfeld repitió los experimentos de descomposición de la luz en su espectro electromagnético mediante el uso de electroscopios de última generación para entonces.

De su investigación, Sommerfeld dedujo que la energía contenida en la órbita estacionaria del electrón depende de las longitudes de los semiejes de la elipse que describe esa órbita.

Esta dependencia viene dada por el cociente que existe entre la longitud del medio eje mayor y la longitud del medio eje menor de la elipse, y su valor es relativo.

Por lo tanto, cuando un electrón cambia de un nivel de energía a uno más bajo, se pueden habilitar diferentes órbitas dependiendo de la longitud del eje medio menor de la elipse.

Además, Sommerfeld también observó que las líneas espectrales estaban desplegadas. La explicación que el científico atribuyó a este fenómeno fue la versatilidad de las órbitas, ya que éstas bien podrían ser elípticas o circulares.

De esta manera, Sommerfeld explicó por qué se veían líneas espectrales finas en el momento de realizar el análisis con el espectroscopio.

Modelo Atómico de Sommerfeld Postulados

Después de varios meses de estudios aplicando la ley de Coulomb y la teoría de la relatividad para explicar las deficiencias del modelo de Bohr, en 1916 Sommerfeld anunció dos modificaciones básicas a ese modelo:

- Las órbitas de los electrones pueden ser circulares o elípticas.

- Los electrones alcanzan velocidades relativistas, es decir, valores cercanos a la velocidad de la luz.

Sommerfeld definió dos variables cuánticas que permiten describir el momento angular orbital y la forma orbital de cada átomo. Estos son:

Número cuántico principal "n".
Cuantiza el semieje mayor de la elipse descrita por el electrón.

Número cuántico secundario "I".
Cuantiza el eje medio menor de la elipse descrita por el electrón.

Este último valor, también conocido como número cuántico azimutal, se designa con la letra "I" y adquiere valores que van de 0 a n-1, siendo n el número cuántico principal del átomo.

Dependiendo del valor del número cuántico azimutal, Sommerfeld asignó diferentes nombres a las órbitas, como se detalla a continuación:

- l=0 → orbitals S.

- l=1 → main orbital orbital orbital orbital p.

- l=2 → orbital difuso u orbital d.

- I=3 → fundamental orbital u orbital f.

Además, Sommerfeld indicó que el núcleo de los átomos no era estático. Según el modelo que propuso, tanto el núcleo como los electrones se mueven alrededor del centro de masa del átomo.

Vídeos de Modelo Atómico de Sommerfeld

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Modelo Atómico de Sommerfeld - Modelos Atómicos

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Modelo Atómico de Sommerfeld El modelo atómico de Sommerfeld es una versión mejorada del modelo de Bohr, en el que el comportamiento de los electrones se explica por la existencia de diferentes niveles de energía dentro del átomo. Arnold Sommerfeld publicó en 1916 su propuesta explicando las limitaciones de este modelo aplicando la teoría de la relatividad de Einstein.

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Historia del experimento y modelo de Rutherford

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Historia del experimento y modelo de Rutherford

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el modelo atómico de Thomson se llamó modelo de "budín de pasas"

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el modelo atómico de Thomson se llamó modelo de "budín de pasas"

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También conocido como el modelo de la bola de billar. Desarrollado en 1804.
Después del Atomismo y las corrientes filosóficas Griegas, pasaron más de 2 mil años para que otra teoría atómica trascendiera en el mundo científico y ésta salió de los estudios de John Dalton, un físico, químico y meteorólogo inglés que propuso inicialmente la teoría atómica moderna y que también es conocido por sus estudios sobre la incapacidad para distinguir colores por el ojo humano, condición conocida como Daltonismo.

La idea del átomo como lo presentó el filosofo griego Demócrito no tuvo gran aceptación e incluso a muchos científicos a lo largo de los siglos les pareció hasta ridícula. Sin embargo, en 1804, John Dalton, basado en las ideas de los Atomistas, según algunos historiadores, presentó un modelo atómico que finalmente tuvo resonancia en los físicos de la época.

Para empezar, Dalton era un científico y su modelo fue el resultado de las conclusiones de varios experimentos que realizó con gases. Con base en los resultados de sus investigaciones, Dalton pudo demostrar que los átomos realmente existen, algo que Demócrito solo había inferido, creando una de las teorías más importantes en la historia de la física moderna.

Principios básicos del modelo atómico de Dalton.

1. Toda la materia está hecha de átomos.
Absolutamente todo lo que conocemos está hecho de átomos tanto en la tierra como en el universo conocido. Cada uno de los elementos está hecho de átomos.

2. Los átomos son indivisibles e indestructibles.
Dalton pensaba que los átomos eran las partículas más pequeñas de la materia y eran químicamente indestructibles.

3. Todos los átomos de un elemento dado son idénticos .
Para un elemento determinado, todos sus átomos tienen la misma masa y las mismas características.

4. Los átomos de diferentes elementos varían en masa y propiedades.
Cada elemento tiene átomos de características y masa diferentes.

5. Los compuestos están formados por una combinación de dos o más tipos diferentes de átomos.
Un compuesto determinado siempre tiene los mismos tipos de átomos combinados y en las mismas proporciones.

6. Una reacción química es una reorganización de átomos.
Las reacciones químicas son el resultado de una separación, unión o reorganización de átomos. Sin embargo, los átomos de un elemento nunca cambian a átomos de otro elemento como resultado de una reacción química.

Consideraciones adicionales del Modelo de Dalton.

Adicionalmente a estos principios básicos, Dalton propuso que los átomos de dos elementos que interactúan entre sí para formar moléculas, obedecen la Ley de Conservación de la Masa. Lo que significa que el número y las clases de átomos que contienen las moléculas son iguales al número y tipo de átomos de los productos usados en la reacción química.

Otro importante aspecto de su teoría fue la Ley de Proporciones Múltiples que indica que al combinar los átomos de dos elementos, solo se pueden combinar de acuerdo a una relación de números enteros como 1:1, 2:1, 2:2, etc. Por ejemplo, el agua H2O se combina en la proporción 2:1, lo que significa que tiene dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Por lo tanto, ninguna otra proporción de estos elementos puede usarse para producir agua. No se puede producir agua usando 3 átomos de hidrógeno y dos de oxígeno (3:2).

Dalton también creó una "Tabla de pesos atómicos" y usando la información de esta tabla, colocó los elementos en un orden determinado por el peso de los elementos, comparándolos con el hidrógeno, el elemento más ligero, que es el número uno en la tabla y tiene el número atómico de 1.

El modelo de bola de billar.

Una conclusión de pensar que los átomos eran las partículas mas pequeñas de la materia fue visualizarlos como esferas sólidas y duras por lo que muchas de sus presentaciones las hizo con modelos hechos con bolas de madera lo que le dio el nombre de modelo de bola de billar.

Los Experimentos de Dalton

A diferencia de los Atomistas que solo usaron la lógica para definir al átomo, Dalton respaldó sus afirmaciones con una gran cantidad de experimentos que demostraron la existencia de los átomos, todos desde el punto de vista de la química. Algunos de los más conocidos fueron:

Realizó experimentos con gases, estudiando las características de la presión de este estado de la materia, concluyendo que los átomos de los gases deben estar en constante movimiento aleatorio.

Otros experimentos consistieron en la combinación de elementos para crear moléculas de compuestos, lo que le permitió afirmar que un compuesto determinado siempre está formado por los mismos elementos en las mismas proporciones y siguiendo su "Ley de las Proporciones Múltiples".

Aceptación del Modelo Atómico de Dalton.

La teoría atómica de Dalton fue aceptada por muchos científicos de la época casi de inmediato y es la base de algunas partes de la teoría actual. Sin embargo, los científicos ahora saben que los átomos no son las partículas más pequeñas de la materia ya que como sabemos los átomos tienen varios tipos de partículas más pequeñas, como protones, neutrones y electrones. La teoría de Dalton se convirtió rápidamente en la base teórica de la química.

Limitaciones y Errores en la Teoría de Dalton

Dalton pensaba que los átomos de todos los elementos permanecían individuales por lo que no pudo percatarse que en algunos elementos los átomos existen en moléculas, como por ejemplo el oxígeno puro que existe como O2 (o sea una molécula del mismo elemento con dos átomos de oxígeno).

También pensó erróneamente que el compuesto más simple entre dos elementos es siempre un átomo de cada uno. Esto lo llevó a concluir que el agua era HO en vez de H2O.

El rudimentario equipo usado por Daltón también lo llevó a algunas conclusiones equivocadas. Inicialmente dio al oxígeno el valor de 5.5, o sea 5.5 veces más pesado que el átomo de Hidrógeno que era la referencia. Años más tarde corrigió sus valores y dio al oxígeno el valor de 7, aún cuando otros científicos contemporáneos daban el valor de 8 al oxígeno.

Impacto de la Teoría de Dalton.

Aunque la teoría atómica moderna ha alcanzado niveles impensables, en esencia la teoría de Dalton sigue siendo válida en algunos aspectos. No obstante es conocido que los átomos se pueden separar mediante reacciones nucleares, sigue siendo válido que son inseparables mediante reacciones químicas tal como lo postuló Dalton.

Adicionalmente, hoy sabemos que no todos los átomos de un mismo elemento tienen la misma masa, ya que existen los isótopos, o átomos con neutrones adicionales que tienen una masa mayor aún siendo del mismo elemento.

¿Quién era John Dalton?

John Dalton nación en Inglaterra, de origen humilde, recibió educación inicialmente de su padre y de una escuela en su pueblo natal. Sin embargo, su condición económica lo hizo empezar a trabajar a la temprana edad de 10 años en una casa, aunque se dice que comenzó a enseñar en una escuela desde los 12 años y a los 14 ya era experto en latín.

Dalton siguió dando clases y recibiendo instrucción informal de personajes de la zona, pero a la edad de 27 fue nombrado profesor de matemáticas y filosofía natural en una universidad pequeña de Manchester donde permaneció 7 años, hasta que decidió ser tutor privado de las mismas materias.

Contribuciones Científicas.

Definitivamente la más importante de sus contribuciones fue su teoría sobre el Átomo, pero Dalton también hizo estudios en:

Meteorología.

Mediciones de las alturas de las montañas.

Ceguera a los colores. Condición llamada Daltonismo en su honor.

Algunas Leyes relacionadas con los gases.

Y muchas otras publicaciones de temas menores como el color del cielo e incluso gramática inglesa.

Dalton era reservado y nunca se casó. Dedicado a sus investigaciones, vivió una vida modesta y sin grandes reflectores. En 1837 y 1838 tuvo ataques que lo dejaron sin habla, aunque siguió investigando hasta 1844 año en que murió.

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modelo atomico de dalton caracteristicas

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Modelo Atómico de Dalton - Información y Características - Geografía

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El modelo atómico de Dalton fue propuesto en 1804 por el científico británico John Dalton. En el proponía que toda la materia está hecha de átomos, químicamente indivisibles e indestructibles. Aunque tenía algunas deficiencias fue la base de un nuevo campo de la física y de la ciencia en general.