Estructura atómica

Estructura atómica

Objetivos: El alumno analizará el modelo atómico de Bohr y el modelo atómico de la mecánica cuántica para comprender las características magnéticas de los átomos.

El conocimiento de la estructura electrónica nos permite interpretar las semejanzas y diferencias entre las propiedades químicas de los elementos. Además la mayoría de las reacciones químicas implican una reorganización de la estructura electrónica externa de los átomos. Iniciaremos el estudio de los modelos atómicos que permiten conocer la distribución de los electrones en los átomos; desde el modelo de Thomson, pasando por el modelo de Bohr hasta llegar al modelo atómico propuesto por la mecánica cuántica.

Descubrimiento de partículas subatómicas: electrón, protón y neutrón.

¿Qué es una partícula subatómica?

Las partículas son fragmentos muy reducidas de materia que, pese a sus diminutas dimensiones, mantienen intactas las propiedades químicas de una sustancia. El adjetivo subatómico menciona al nivel de una estructura que resulta más pequeño que el del átomo, podemos decir que las partículas subatómicas son aquellas más chicas que un átomo, por ejemplo: electrón, protón y neutrón. A continuación definiré cada una de las partículas.

Electrón: una partícula elemental estable cargada negativamente que constituye uno de los componentes fundamentales del átomo. Forma parte del grupo de los leptones. Fue la primera partícula elemental descubierta.

El descubrimiento del electrón inició una nueva etapa de la física y corroboró la hipótesis de que el electrón es una partícula elemental del Universo a partir de la cual se forman todos los átomos. Se ha podido comprobar que la masa del electrón aumenta con la velocidad. También ha sido verificada la naturaleza ondulatoria del electrón. La producción de electrones libres por diferentes procedimientos y su comportamiento en medios diversos han encontrado una extraordinaria aplicación práctica y han hecho desarrollar una nueva rama de la física y de la electricidad, la electrónica. Los valores admitidos de la carga eléctrica y la masa del electrón son e = -1,602 189 2 (46) × 10-19 C, y me = 9,109 354 (47) × 10-31 kg.

Protón: se encuentra en el núcleo. Su masa es de1, 6×10-27kg. Tiene carga positiva igual en magnitud a la carga del electrón. El número atómico de un elemento indica el número de protones que tiene el núcleo. por ejemplo el núcleo del átomo de hidrogeno contiene un único protón, por lo que su número atómica (z) es 1.

Neutrón: es una partícula masiva sin carga eléctrica. Se trata de un barión (una partícula subatómica compuesta por tres quarks) formado por dos quarks abajo y un quarks arriba. Loa neutrones y protones constituyen los núcleos de los átomos. El neutrón tiene una vida de quince minutos fuera del núcleo atómico cundo emite un electrón y un antineutrón para convertirse en protón. Los neutrones, que tienen una masa similar a los protones, son necesarios para la estabilidad de los núcleos atómicos.

Modelo atómico de Bhor.

El físico danés Niels Bohr (Premio Nobel de Física 1922), propuso un nuevo modelo atómico que se basa en tres postulados:

Primer Postulado:

Los electrones giran alrededor del núcleo en órbitas estacionarias sin emitir energía

Segundo Postulado:

Los electrones solo pueden girar alrededor del núcleo en aquellas órbitas para las cuales el momento angular del electrón es un múltiplo entero de h/2p.

Siendo "h" la constante de Planck, m la masa del electrón, v su velocidad, r el radio de la órbita y n un número entero (n=1, 2, 3,...) llamado número cuántico principal, que vale 1 para la primera órbita, 2 para la segunda, etc.

Tercer postulado:

Cuando un electrón pasa de una órbita externa a una más interna, la diferencia de energía entre ambas órbitas se emite en forma de radiación electromagnética.

Mientras el electrón se mueve en cualquiera de esas órbitas no radia energía, sólo lo hace cuando cambia de órbita. Si pasa de una órbita externa (de mayor energía) a otra más interna (de menor energía) emite energía, y la absorbe cuando pasa de una órbita interna a otra más externa. Por tanto, la energía absorbida o emitida será:

En resumen podemos decir que los electrones se disponen en diversas órbitas circulares que determinan diferentes niveles de energía.

Bohr describió el átomo de hidrógeno con un protón en el núcleo, y girando a su alrededor un electrón.

En éste modelo los electrones giran en órbitas circulares alrededor del núcleo; ocupando la órbita de menor energía posible, o sea la órbita más cercana posible al núcleo.

Cada órbita se corresponde con un nivel energético que recibe el nombre de número cuántico principal, se representa con la letra " n " y toma valores desde 1 hasta 7

La teoría también nos permite calcular las velocidades del electrón en estas órbitas, y la energía. Por convenio, cuando el electrón está separado del núcleo se dice que está en el cero de energía. Cuando un electrón libre es atraído por el núcleo y confinado en una órbita n, la energía del electrón se hace negativa, y su valor

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