Modelo Atómico de Sommerfeld (1916)
Arnold Sommerfeld fue un físico alemán. El modelo atómico de Sommerfeld mejora el modelo de Bohr al incorporar conceptos de la teoría de la relatividad de Einstein.
A diferencia del modelo de Bohr, que solo consideraba órbitas circulares, Sommerfeld propuso que los electrones pueden moverse en órbitas elípticas. Introdujo el número cuántico azimutal (l), que determina la forma de los orbitales y puede tomar valores desde 0 hasta (n-1). También considero que los electrones pueden alcanzar velocidades cercanas a la de la luz, lo que requiere un tratamiento relativista.
Los postulados de su modelo son:
- Órbitas elípticas y circulares: Los electrones se mueven en estos tipos de órbitas alrededor del núcleo.
- Subniveles de energía: Dentro de un mismo nivel, hay diferentes subniveles, donde la energía varia en muy pequeña proporción y se explica a partir del número cuántico azimutal.
- Centro de masas: tanto el núcleo como el electrón están girando alrededor de un punto central que se encuentra muy cerca del núcleo debido a su mayor masa y este punto es el centro de masa del sistema.
Entre las limitaciones de este modelo nos encontramos la gran complejidad matemática, una aplicación limitada y que no incluye el spin que es fundamental para el modelo mecano-cuántico actual.
Modelo Atómico de Schrödinger (1926)
El modelo atómico de Schrödinger, propuesto por el físico austriaco Erwin Schrödinger en 1926, describe el comportamiento de los electrones en un átomo utilizando la mecánica cuántica.
En lugar de órbitas definidas, los electrones se describen como ondas estacionarias y se encuentran en regiones llamadas orbitales, que son regiones del espacio donde es probable encontrar un electrón. Este modelo introdujo la ecuación de Schrödinger, que describe cómo cambian las ondas de los electrones con el tiempo. La mecánica cuántica también introdujo el principio de incertidumbre de Heisenberg, que establece que no se pueden conocer simultáneamente con precisión la posición y el momento de un electrón.
Los postulados de su modelo son:
- Dualidad onda – partícula: Los electrones tienen propiedades tanto de partículas como de ondas
- Ecuación de Schrödinger: Esta ecuación matemática describe cómo cambia la función de onda de un electrón con el tiempo, que ofrece información de la probabilidad de encontrar al electrón en una determinada posición
- Niveles y subniveles de energía: Los electrones ocupan diferentes niveles de energía y dentro de estos niveles, hay subniveles
Entre sus limitaciones encontramos que, aunque es el modelo más aceptado, sigue siendo una aproximación y no puede describir todos los fenómenos atómicos con precisión absoluta y se centra en los electrones y no en la estabilidad del núcleo.
Modelo Cuántico o de Nube Electrónica
El modelo actual combina las ideas de Schrödinger y otros científicos. Describe el átomo con un núcleo compuesto de protones y neutrones, y electrones que se encuentran en orbitales con diferentes formas y energías. Este modelo se basa en la teoría cuántica y la teoría de la relatividad, proporcionando una comprensión más completa y precisa de la estructura atómica. También incluye la teoría del modelo estándar de partículas, que describe las interacciones fundamentales entre las partículas subatómicas.
Este modelo propone que:
- Los electrones no orbitan el núcleo en trayectorias definidas como planetas alrededor del sol, sino que se encuentran en regiones llamadas orbitales.
- Un orbital es una región del espacio donde es más probable encontrar un electrón. Estos orbitales tienen formas y tamaños específicos, determinados por las soluciones de la ecuación de Schrödinger.
- Los electrones tienen propiedades tanto de partículas como de ondas, lo que se conoce como dualidad onda-partícula.
Este modelo se desarrolla a partir de:
- Principio de Incertidumbre de Heisenberg: Establece que no es posible conocer simultáneamente la posición exacta y la velocidad exacta de un electrón. Esto implica que solo podemos hablar de probabilidades de encontrar un electrón en una cierta región.
- Ecuación de Schrödinger: Describe matemáticamente cómo cambian las ondas de probabilidad de los electrones en el tiempo. Las soluciones a esta ecuación nos dan los orbitales.
- Números Cuánticos: Describen las propiedades de los electrones en los átomos. Incluyen el número cuántico principal (n), el número cuántico del momento angular (l), el número cuántico magnético (m) y el número cuántico de espín (s).
- Principio de exclusión de Pauli: Establece que no puede haber dos electrones en un átomo con los mismos cuatro números cuánticos
Este modelo es el más preciso y completo que tenemos hasta ahora para describir el comportamiento de los átomos y ha sido fundamental para el desarrollo de tecnologías modernas como los semiconductores y la computación cuántica.
Diferencias entre el modelo de Schrödinger y el modelo actual:
Mientras el modelo de Schrödinger describe los electrones principalmente como ondas estacionarias, el modelo actual considera tanto la naturaleza ondulatoria como la naturaleza de partícula de los electrones.
Mientras que Schrödinger no incluye el concepto de espín, el modelo actual incluye el espín del electrón, una propiedad fundamental para la estructura electrónica.
Mientras Schrödinger se basa en la ecuación de Schrödinger para describir la probabilidad de encontrar un electrón, el modelo actual además de la ecuación de Schrödinger, incorpora el principio de exclusión de Pauli y la dualidad onda-partícula.
Mientras que Schrödinger proporciona una descripción precisa pero no completa de los electrones el modelo actual si es completa y precisa ya que incluye el spin y el proceso de exclusión de Pauli