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Se dice que en realidad fue el primero que propuso la existencia de partículas indivisibles.
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Dijo que la materia podía dividirse en cada vez en trozos de materia cada vez más pequeños hasta llegar a un trozo que ya no podía dividirse más.
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Se refirió a la unidad mínima de materia como átomo, el cual pensaba que era individisible. También afirmó que todo estaba consituido por átomos y espacio vacío.
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Pensó que toda la materia estaba hecha por 4 elementos: agua, tierra, aire y fuego; y que estos se hallaban en constante movimiento debido a fuerzas espirituales del amor y odio.
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Añadió el concepto de aleatoriedad al movimiento de los átomos.
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Al igual que Empédocles, pensó que casi todo estaba formado por unidades o partículas mínimas de aire, agua, fuego y tierra, excepto aquello intangible como el tiempo, espacio, éter, espíritu y alma.
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Postuló que la materia no se crea ni se destruye, solo se transforma. Con esto se dio paso a la explicación de las reacciones químicas y da indicios del reordenamiento de las partículas (átomos) de la materia.
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Realizó el primer modelo atómico científico y postuló que los átomos son como diminutas esferas indivisibles, duras y de carga neutra.
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Descubrió experimentlamente que en los átomos hay unas partículas diminutas, con carga eléctrica negativa, a las que se llamó electrones.
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Representó al átomo como un cubo, donde los electrones del átomo están situados en los ocho vértices de un cubo; con este modelo se dio un gran paso en el comprendimiento del enlace químico al añadir los conceptos de valencia, enlace covalente, regla del octeto y estructura de Lewis.
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Planteó al átomo como si fuera el planeta Saturno, donde la gran masa del centro es de carga positiva y hay anillos de partículas negativas orbitando alrededor de esta carga positiva.
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Presentó su modelo donde afirmaba que el átomo es una esfera de carga eléctrica positiva con electrones (carga elécrica negativa) incrustrados o distribuidos en su interior y alrededor del átomo, formando así un átomo de carga neutra.
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Propuso al igual que el modelo de Thomson, que la carga positiva está concentrada en el centro del átomo, sin embargo, las cargas negativas son externas o están alrededor de masa central.
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Demostró experimentalmente que los átomos no son macizos, como se creía, sino que están vacíos en su mayor parte y en su centro hay un pequeño núcleo. Dedujo que el átomo debía estar formado por una corteza con los electrones girando alrededor de un núcleo central cargado positivamente, como si de un sistema planetario se tratara.
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Describió que en el átomo los electrones giran en una órbita circular estable a cierta distancia del núcleo en unos niveles bien definidos, esto para explicar los espectros de emisión del átomo. Añadió el concepto de cuantización de la energía a los modelos atómicos.
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Arnold Sommerfeld modificó el modelo atómico de Bohr para introducir el concepto de subniveles de energía dentro de un mismo nivel energético y que los electrones además de seguir órbitas circulares, seguían órbitas elípticas.
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Planteó que los electrones tienen un comportamiento ondulatorio, es decir, sin posición definida dentro del átomo en una nube o zona de probabilidad, introduciendo así el concepto de orbital. Es un modelo cuántico no relativista.
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Es la versión relativista del modelo de Schrödinger, la cual tiene en cuenta otras interacciones y propiedades cuánticas como el espín, y, predice la existencia de la antimateria.
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Descubrió el neutrón, partícula con carga eléctrica neutra o sin carga, y con ello los modelos atómicos incluyeron al neutrón junto con el protón en el núcleo del átomo.