Estructura аtómica

Estructura Atómica

En el átomo distinguimos dos partes: el núcleo y la corteza.

- El núcleo es la parte central del átomo y contiene partículas con carga positiva, los protones, y partículas que no poseen carga eléctrica, es decir son neutras, los neutrones. La masa de un protón es aproximadamente igual a la de un neutrón.

Todos los átomos de un elemento químico tienen en el núcleo el mismo número de protones. Este número, que caracteriza a cada elemento y lo distingue de los demás, es el número atómico y se representa con la letra Z.

- La corteza es la parte exterior del átomo. En ella se encuentran los electrones, con carga negativa. Éstos, ordenados en distintos niveles, giran alrededor del núcleo. La masa de un electrón es unas 2000 veces menor que la de un protón.

Los átomos son eléctricamente neutros, debido a que tienen igual número de protones que de electrones. Así, el número atómico también coincide con el número de electrones.

Ideas de Demócrito y Leucipo:

Demócrito pensó en la idea de que todos los cuerpos materiales son agregados de innumerables partículas tan pequeñas que no son visibles por los ojos humanos , los llamaron átomos (del griego indivisibles). Creía que había cuatro clases diferentes de átomos: los átomos de la piedra, pesados y secos; los átomos de agua, pesados y húmedos; los átomos de aire, fríos y ligeros, y los átomos de fuego, fugitivos y calientes.

Por una combinación en estas cuatro clases de átomos se suponía que están hechas todas las materias conocidas. El suelo seria una combinación de átomos de piedra y agua. Los de una planta serian átomos de piedra y agua, procedentes del suelo y átomos de fuego procedentes del sol. Por esta causa los troncos de madera seca que han perdido átomos de agua pueden arder, desprendiendo átomos de fuego (llamas) y dejando átomos de piedra(cenizas).

Esta teoría que propuso Leucipo y Demócrito no tubo gran aceptación entre los filósofos griegos y romanos, así que el átomo fue olvidado ya que la teoría de que el universo estaba compuesto por cuatro elementos (tierra, agua, fuego y aire), resulto mucho más popular, aceptada y propagada por “eruditos”, como Aristóteles.

Ideas de Aristóteles:

No existe una teoría atómica de Aristóteles, ya que el consideraba que la materia era divisible indefinidamente.

Entre los antiguos griegos, el pensamiento de la existencia de átomos, esto es partículas indivisibles, nace con Leucipo, y su discípulo Demócrito, quien es más conocido que su maestro, esta idea fue rechazada por Aristóteles.

Aristóteles tomó la idea de Empédocles de las cuatro raíces a las cuales el llamó elementos, agua, aire, tierra y fuego, de éstos estaban hechas todas las cosas, dichos elementos equivalen a los tres estados de la materia: agua, liquido; aire, gaseoso; tierra, sólido más el fuego, a estos cuatro Aristóteles añadió un quinto elemento, el éter, del cual estarían hechas las cosas celestes como las estrellas.

Modelo Atómico de Thompson:

Por ser tan pequeña la masa de los electrones, el físico inglés J. J. Thompson supuso, en 1904, que la mayor parte de la masa del átomo correspondía a la carga positiva, que, por tanto, debía ocupar la mayor parte del volumen atómico. Thompson imaginó el átomo como una especie de esfera positiva continua en la que se encuentran incrustados los electrones (como las pasas en un pudin).

Este modelo permitía explicar varios fenómenos experimentales como la electrización y la formación de iones.

- La electrización: Es el exceso o la deficiencia de electrones que tiene un cuerpo y es la responsable de su carga eléctrica negativa o positiva.

- La formación de iones: Un ion es un átomo que ha ganado o ha perdido electrones. Si gana electrones tiene carga neta negativa y se llama anión y si pierde electrones tiene carga neta positiva y se llama catión.

Modelo Atómico de Rutherford:

Para Ernest Rutherford, el átomo era un sistema planetario de electrones girando alrededor de un núcleo atómico pesado y con carga eléctrica positiva.

El modelo atómico de Rutherford puede resumirse de la siguiente manera:

-El átomo posee un núcleo central pequeño, con carga eléctrica positiva, que contiene casi toda la masa del átomo.

-Los electrones giran a grandes distancias alrededor del núcleo en órbitas circulares.

-La suma de las cargas eléctricas negativas de los electrones debe ser igual a la carga positiva del núcleo, ya que el átomo es eléctricamente neutro.

Rutherford no solo dio una idea de cómo estaba organizado un átomo, sino que también calculó cuidadosamente su tamaño (un diámetro del orden de 10-10 m) y el de su núcleo (un diámetro del orden de 10-14m). El hecho de que el núcleo tenga un diámetro unas diez mil veces menor que el átomo supone una gran cantidad de espacio vacío en la organización atómica de la materia.

Para analizar cuál era la estructura del átomo, Rutherford diseñó un experimento:

El experimento consistía en bombardear una fina lámina de oro con partículas alfa (núcleos de helio). De ser correcto el modelo atómico de Thompson, el haz de partículas debería atravesar la lámina sin sufrir desviaciones significativas a su trayectoria. Rutherford observó que un alto porcentaje de partículas atravesaban la lámina sin sufrir una desviación apreciable, pero un cierto número de ellas era desviado significativamente, a veces bajo ángulos de difusión mayores de 90 grados. Tales desviaciones no podrían ocurrir si el modelo de Thompson fuese correcto.

Modelo Atómico de Bohr:

Bohr unió la idea de átomo nuclear de Rutherford con las ideas de una nueva rama de la Ciencia: la Física Cuántica. Así, en 1913 formuló una hipótesis sobre la estructura atómica en la que estableció tres postulados:

-El electrón no puede girar en cualquier órbita, sino sólo en un cierto número de órbitas estables. En el modelo de Rutherford se aceptaba un número infinito de órbitas.

-Cuando el electrón gira en estas órbitas no emite energía.

-Cuando un átomo estable sufre una interacción, como puede ser el impacto de un electrón o el choque con otro átomo, uno de sus electrones puede pasar a otra órbita estable o ser arrancado del átomo.

El átomo de hidrógeno según el modelo atómico de Bohr:

-El átomo de hidrógeno tiene un núcleo con un protón.

-El átomo de hidrógeno tiene un electrón que está girando en la primera órbita alrededor del núcleo. Esta órbita es la de menor energía.

-Si se le comunica energía a este electrón, saltará desde la primera órbita a otra de mayor energía. cuando regrese a la primera órbita emitirá energía en forma de radiación luminosa.

Modelo Atómico Actual o Cuántico:

Fue desarrollado durante la década de 1920, sobre todo por Schrödinger y Heisenberg.

Es un modelo de gran complejidad matemática, tanta que usándolo sólo se puede resolver con exactitud el átomo de hidrógeno. Para resolver átomos distintos al de hidrógeno se recurre a métodos aproximados.

De cualquier modo, el modelo atómico mecano-cuántico encaja muy bien con las observaciones experimentales.

De este modelo no se habla de órbitas, sino de orbitales. Un orbital es una región del espacio en la que la probabilidad de encontrar al electrón es máxima. Los orbitales atómicos tienen distintas formas geométricas.

...