¿Qué es el modelo atómico de John Dalton?

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El modelo atómico de Dalton establece los pilares fundamentales para que otros lo puedieran mejorar más tarde. Aunque algunas de sus conclusiones fueron incorrectas, sus contribuciones fueron vitales. Definió un átomo como la partícula indivisible más pequeña .


¿Qué es la teoria atómica?

La creencia de que toda la materia está compuesta de elementos diminutos e indivisibles, tiene raíces muy profundas. Inicialmente, la teoría apareció hace miles de años en los textos griegos e indios como una idea filosófica. Sin embargo, no se aceptó científicamente hasta el siglo XIX, cuando un enfoque basado en la evidencia comenzó a revelar cómo era el modelo atómico.

Fue en este momento cuando John Dalton, un químico, meteorólogo y físico inglés, comenzó una serie de experimentos que culminarían cuando él propusiera la teoría de las composiciones atómicas, que luego se conocería como la Teoría atómica de Dalton, que se convertiría en uno de los piedras angulares de la física y la química modernas.

Más allá de crear un modelo para las interacciones atómicas, a John Dalton también se le atribuye el desarrollo de leyes para comprender cómo funcionan los gases. Con el tiempo, esto lo llevaría a concluir cosas sobre cómo interactúan los átomos, el peso de los átomos, y a diseñar leyes que establezcan la teoría atómica como disciplina científica.

John Dalton 1766-1844
John Dalton 1766-1844

Leyes de gas de Dalton:

A Dalton se le ocurrió su teoría de los átomos como resultado de su investigación sobre los gases. Esto comenzó en 1800, cuando Dalton se convirtió en secretario de la Sociedad Literaria y Filosófica de Manchester. Mientras estaba allí, Dalton comenzó a presentar una serie de ensayos que resumían sus experimentos sobre la constitución de gases mixtos, incluida la presión del vapor y otros vapores a diferentes temperaturas, en la evaporación. y sobre la dilatación térmica de los gases.

En sus ensayos, Dalton describió experimentos en los que trató de determinar la presión del vapor en varios puntos entre 0 y 100 ° C (32 y 212 ° F). Basándose en sus observaciones de seis líquidos diferentes, Dalton concluyó que la variación de la presión de vapor para todos los líquidos era equivalente, para la misma variación de temperatura, y el mismo vapor para cualquier presión dada.

También concluyó que todos los fluidos elásticos bajo la misma presión se expanden por igual cuando se aplica calor. Además, observó que para cualquier expansión dada de mercurio (es decir, un aumento notorio de la temperatura con un termómetro de mercurio), que la expansión correspondiente del aire es proporcionalmente menor, cuanto más alta es la temperatura.

Una representación de la estructura atómica del átomo de helio
Una representación de la estructura atómica del átomo de helio

Esto se convirtió en la base de la Ley de Dalton (también conocida como ley de presiones parciales de Dalton), que establecía que en una mezcla de gases que no reaccionan, la presión total ejercida es igual a la suma de las presiones parciales de los gases individuales.

História, Investigación y experimentos de Dalton:

En el curso de esta investigación sobre gases, Dalton también descubrió que ciertos gases solo podían combinarse en ciertas proporciones, incluso si dos compuestos diferentes compartían el mismo elemento común o grupo de elementos.

Estos experimentos se basaron en dos teorías que surgieron cerca del final del siglo XVIII y que trataron las reacciones químicas. La primera fue la ley de conservación de masa , formulada por Antoine Lavoisier en 1789, que establece que la masa total en una reacción química permanece constante, es decir, que los reactivos tienen la misma masa que los productos.

La segunda fue la ley de proporciones definidas , primero probada por el químico francés Joseph Louis Proust en 1799. Esta ley establece que si un compuesto se descompone en sus elementos constituyentes, entonces las masas de los constituyentes siempre tendrán las mismas proporciones, independientemente de de la cantidad o fuente de la sustancia original.

ley de las proporciones definidas
ley de las proporciones definidas

Al estudiar estas leyes y desarrollarlas, Dalton desarrolló su ley de múltiples proporciones . Esta ley establece que si dos elementos se pueden combinar para formar varios compuestos posibles, las relaciones de las masas del segundo elemento, que se combinan con una masa fija del primer elemento, serán proporciones de números enteros pequeños.

En otras palabras, los elementos se combinan en el nivel atómico en proporciones fijas que, naturalmente, difieren según los compuestos que se combinan, debido a sus pesos atómicos únicos. Los hallazgos se convirtieron en la base de las Leyes o Modelos Atómicos de Dalton, que se centran en cinco teoremas básicos.

El estado en que los elementos, en su estado más puro, consisten en partículas llamadas átomos; que los átomos de un elemento específico son todos iguales, hasta el último átomo; que los átomos de diferentes elementos se pueden diferenciar por sus pesos atómicos; que los átomos de los elementos se unen para formar compuestos químicos; y que los átomos no pueden ser creados ni destruidos en la reacción química, solo cambia la agrupación.

Dalton también creía que la teoría atómica podría explicar por qué el agua absorbía diferentes gases en diferentes proporciones; por ejemplo, descubrió que el agua absorbía el dióxido de carbono mucho mejor que el nitrógeno. Dalton planteó la hipótesis de que esto se debía a las diferencias en masa y complejidad de las partículas respectivas de los gases.

El modelo de Dalton del átomo, basado en los cinco puntos de su teoría atómica
El modelo de Dalton del átomo, basado en los cinco puntos de su teoría atómica

De hecho, fue esta misma observación la que se cree que fue la primera vez que Dalton insinuó la supuesta existencia de átomos. En el documento que abordaba la absorción de gases en el agua, que se publicó por primera vez en 1805, escribió:

“¿Por qué el agua no admite la mayor parte de todo tipo de gas por igual? “Esta pregunta la he considerado debidamente, y aunque no soy capaz de satisfacerme completamente, estoy casi convencido de que la circunstancia depende del peso y el número de las partículas finales de los diversos gases “.

Dalton propuso que cada elemento químico está compuesto de átomos de un tipo único y único, y aunque no pueden alterarse o destruirse por medios químicos, pueden combinarse para formar estructuras más complejas (es decir, compuestos químicos). Esto marcó la primera teoría verdaderamente científica del átomo, ya que Dalton llegó a sus conclusiones mediante la experimentación y el examen de los resultados de una manera empírica.

Dalton y pesas atómicas:

Dalton también comenzó a estudiar los pesos atómicos en función de las relaciones de masa en las que se combinaron, tomando el átomo de hidrógeno como estándar. Sin embargo, Dalton se vio limitado por la crudeza de sus instrumentos de laboratorio y el hecho de que no concibió que los átomos de ciertos elementos existen en forma molecular, como el oxígeno puro (O 2 ).

También creía que el compuesto más simple entre dos elementos es siempre un átomo cada uno. Esto se ilustró mejor en cómo pensaba que la fórmula química para el agua era HO, no H 2 O.

John Dalton, el padre de la teoría atómica moderna
John Dalton, el padre de la teoría atómica moderna

En 1803, Dalton presentó oralmente su primera lista de pesos atómicos relativos para varias sustancias. Este artículo se publicó en 1805, pero no discutió allí exactamente cómo obtuvo estas cifras. En 1807, su método fue revelado por su conocido Thomas Thomson, en la tercera edición del libro de texto de Thomson, A System of Chemistry . Finalmente, Dalton publicó un relato completo en su propio libro de texto, Un nuevo sistema de filosofía química , en 1808 y 1810.

Defectos científicos:

El principal defecto en la teoría de Dalton, es decir, la existencia de moléculas y átomos, fue corregido en principio en 1811 por Amedeo Avogadro. Avogadro propuso que volúmenes iguales de dos gases cualesquiera, a temperatura y presión iguales, contienen números iguales de moléculas. En otras palabras, la masa de las partículas de un gas no afecta el volumen que ocupa.

La ley de Avogadro le permitió deducir la naturaleza diatómica de numerosos gases al estudiar los volúmenes a los que reaccionaban. Por lo tanto, Avogadro pudo ofrecer estimaciones más precisas de la masa atómica de oxígeno y varios otros elementos, e hizo una clara distinción entre moléculas y átomos. Por desgracia, estos y otros descubrimientos contradijeron y refinaron las teorías de Dalton.

Por ejemplo, desde entonces los científicos han descubierto que el átomo, que alguna vez se pensó que era la parte más pequeña de la materia, de hecho puede subdividirse en partículas elementales incluso más pequeñas. Y mientras que Dalton concibió como átomos como una entidad única sin separación entre cargas positivas, negativas y neutrales, los experimentos posteriores de JJ Thomson , Ernest Rutherford y Neils Bohr revelaron una estructura más compleja para el átomo.

El modelo de Neils Bohr es un átomo de nitrógeno
El modelo de Neils Bohr es un átomo de nitrógeno

Estas teorías fueron luego validadas por observaciones hechas con el microscopio electrónico. También sabemos que el peso atómico es un producto de la estructura de los propios átomos. Por lo tanto, el Modelo Atómico de Dalton, en su forma más pura, ahora solo se considera válido para las reacciones químicas. Sin embargo, esto no disminuye la contribución de Dalton a la ciencia moderna.

Antes de su época, el átomo era poco más que un constructo filosófico transmitido desde la antigüedad clásica. El innovador trabajo de Dalton no solo hizo de la teoría una realidad, sino que también llevó a muchos otros descubrimientos, como la teoría de la relatividad de Einstein y la teoría cuántica de Planck, dos campos de estudio que forman la base de nuestra comprensión moderna del cosmos.


Resumen

  • La teoría atómica de Dalton fue el primer intento completo de describir toda la materia en términos de átomos y sus propiedades.
  • Dalton basó su teoría en la ley de conservación de la masa y la ley de composición constante .
  • La primera parte de su teoría afirma que toda la materia está hecha de átomos, que son indivisibles.
  • La segunda parte de la teoría dice que todos los átomos de un elemento dado son idénticos en masa y propiedades.
  • La tercera parte dice que los compuestos son combinaciones de dos o más tipos diferentes de átomos.
  • La cuarta parte de la teoría afirma que una reacción química es un reordenamiento de los átomos.
  • Partes de la teoría debían modificarse en función de la existencia de partículas subatómicas e isótopos.