Fundamentos de la Física y Química: Modelos Atómicos, Leyes Ponderales y Mecánica Clásica

Modelos Atómicos Fundamentales

El Modelo Atómico de Rutherford

Rutherford realizó un experimento de bombardeo con partículas alfa sobre una lámina metálica delgada, utilizando una pantalla para observar los impactos.

Postuló que todos los átomos están formados por un núcleo y una corteza. En el núcleo, que es mucho menor que el radio del átomo, se encuentran los protones y casi toda su masa. El resto del átomo está casi vacío. A gran distancia se encuentran los electrones orbitando.

Inconvenientes del Modelo de Rutherford

• Contradecía las leyes del electromagnetismo de **Maxwell** (un electrón en órbita debería emitir energía y colapsar).
• No explicaba los **espectros atómicos** discretos.

Los Postulados de Bohr

Bohr postuló:

1. Cuando un electrón gira en una órbita, no emite energía; la órbita es **estacionaria**.
2. Solo son posibles aquellas órbitas en las que se cumple que su momento cinético es un múltiplo entero de $\hbar$ (momento cinético $L = n\frac{h}{2\pi}$).
3. La energía liberada al cambiar un electrón de órbita se emite en forma de **ondas electromagnéticas** cuya frecuencia viene dada por la diferencia de energía entre los niveles: $E_2 - E_1 = h\cdot f$.

Leyes Ponderales de la Química

Las **leyes ponderales** rigen las relaciones de masa y volumen en las reacciones químicas.

1. Ley de Conservación de la Masa (Lavoisier)

   En una reacción química, la masa se conserva. La suma de la masa de los **reactivos** es igual a la de los **productos** de la reacción.

2. Ley de la Proporción Constante (Proust)

   Cuando dos elementos se combinan para formar un compuesto, lo hacen siempre en la misma **relación de masas**.

3. Ley de las Proporciones Múltiples (Dalton)

   Si una misma cantidad de un elemento reacciona con masas distintas de otro elemento formando compuestos, las masas del otro elemento mantienen entre sí una relación de **números sencillos** (enteros).

4. Ley de las Proporciones Recíprocas (Richter)

   Las masas de distintos elementos que se combinan con igual masa de otro elemento son iguales a las masas con que aquellos se combinan entre sí; si no son iguales, son **múltiplos**.

5. Ley de los Volúmenes de Combinación (Gay-Lussac)

   Los volúmenes de combinación de los gases que intervienen en una reacción química están en una **relación sencilla de números enteros**.

Leyes de Newton y Gravitación Universal

Leyes de Newton

1. Principio de Inercia (Primera Ley)

   Un cuerpo sobre el que no actúa ninguna fuerza, o la suma de ellas es cero, se encuentra en **reposo** o en **MRU** (Movimiento Rectilíneo Uniforme).

2. Principio Fundamental (Segunda Ley)

   La fuerza total o resultante que actúa sobre un cuerpo es igual al producto de su **masa inerte** por la aceleración: $F = m\cdot a$.

3. Principio de Acción y Reacción (Tercera Ley)

   A toda acción ejercida por un cuerpo sobre otro ($F_{12}$) se opone una reacción ejercida por este sobre el primero ($F_{21}$) de la misma intensidad y dirección, pero en sentido contrario: $F_{12} = -F_{21}$.

Ley de Gravitación Universal

Dos masas $m_1$ y $m_2$ separadas a una distancia $r$ se ejercen fuerzas mutuamente cuyo valor es proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al **cuadrado de la distancia** entre ellas.