Evolución de los Modelos Atómicos

Modelo de Demócrito

La materia no puede dividirse indefinidamente en partes cada vez más pequeñas, sino que está formada por partículas muy pequeñas que lo constituyen todo. A estas partículas las llamó átomos (indivisible, en griego). Los átomos son muy pequeños, eternos, indivisibles, homogéneos, incompresibles e invisibles. Se diferencian solo en forma y tamaño, pero no por cualidades internas. Las propiedades de la materia varían según el agrupamiento de los átomos.

Modelo de Dalton

El primer modelo atómico con bases científicas, formulado entre 1803 y 1807. Sus postulados principales son:

• La materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas átomos, que son indivisibles y no se pueden destruir.
• Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí, tienen la misma masa y propiedades.
• Los átomos de diferentes elementos tienen masas diferentes. Comparando las masas de los elementos con las del hidrógeno tomado como la unidad, propuso el concepto de peso atómico relativo.
• Los átomos permanecen sin división, aun cuando se combinen en las reacciones químicas.
• Los átomos, al combinarse para formar compuestos, se unen en proporciones de números enteros sencillos.
• Los átomos de elementos diferentes se pueden combinar en proporciones distintas y formar más de un compuesto.
• Los compuestos químicos se forman al unirse átomos de dos o más elementos distintos.

Modelo de Thomson

El átomo está compuesto por electrones de carga negativa incrustados en una esfera de carga positiva, como un pudin de pasas. Los electrones se distribuían uniformemente en el interior de la esfera positiva. El átomo se consideraba como una esfera con carga positiva con electrones repartidos como pequeños gránulos.

Modelo de Rutherford

El experimento en que se basó fue mandar un haz de partículas alfa sobre una fina lámina de oro y observar cómo dicha lámina afectaba a la trayectoria de dichos rayos. Las partículas alfa se obtenían de la desintegración de una sustancia radiactiva, el polonio. Al colisionar estas partículas, se desviaban en diversos ángulos, con esto se pudo calcular que el átomo está casi vacío.

Fue el primer modelo atómico que consideró al átomo formado por dos partes:

• La «corteza», constituida por todos sus electrones, girando a gran velocidad en órbitas definidas alrededor de un núcleo muy pequeño.
• El «núcleo», que concentra toda la carga eléctrica positiva y casi toda la masa del átomo.

La masa del átomo se concentra en una región pequeña de cargas positivas que impiden el paso de las partículas alfa. El átomo posee un núcleo o centro en el cual se concentra la masa y la carga positiva, y en la zona extranuclear se encuentran los electrones de carga negativa.

Modelo de Bohr

Los postulados principales son:

• Los electrones describen órbitas circulares en torno al núcleo del átomo sin irradiar energía.
• No todas las órbitas para los electrones están permitidas, solo se pueden encontrar en órbitas que cumplan una serie de condiciones (niveles de energía cuantizados).
• El electrón solo emite o absorbe energía en los saltos de una órbita permitida a otra. En dicho cambio, emite o absorbe un fotón cuya energía es la diferencia de energía entre ambos niveles.

Modelo Cuántico (Planck – Schrödinger)

El Modelo del átomo de Schrödinger, basado en la mecánica cuántica, describe el núcleo (con protones y neutrones) rodeado por electrones. En lugar de órbitas definidas, se habla de regiones del espacio donde existe una alta probabilidad de encontrar un electrón. Esta región se denomina orbital.

La Radiactividad

Desintegración Radiactiva

Es el proceso que experimentan los núcleos de algunos átomos (isótopos radiactivos) por el cual emiten radiación. El núcleo pierde o gana partículas.

La radiación puede ser:

• Alfa (α): Partículas formadas por dos protones y dos neutrones (núcleo de helio). Tienen carga positiva pero poco poder de penetración. Una hoja de papel las puede detener.
• Beta (β): Formada por electrones o positrones. Se forman cuando un neutrón se transforma en protón y electrón (o un protón en neutrón y positrón). Tienen más poder de penetración que las alfa. Pueden atravesar una lámina de aluminio.
• Gamma (γ): Radiación electromagnética de alta energía. Tienen alto poder de penetración. Se hace necesario utilizar gruesas capas de plomo para detenerlas.

Fisión Nuclear

Se produce cuando los núcleos de isótopos radiactivos de átomos muy grandes (como uranio o plutonio) se rompen para crear núcleos de átomos más pequeños, liberando una gran cantidad de energía.

Fusión Nuclear

Se produce cuando los núcleos de átomos muy pequeños (como hidrógeno) se unen para dar núcleos de átomos mayores (como helio), liberando una gran cantidad de energía.

Conceptos Fundamentales de Estructura Atómica

Isótopos

Átomos de un mismo elemento que tienen el mismo número atómico (Z) pero diferente número de neutrones, por lo tanto, distinto número másico (A).

Catión

Ión con carga eléctrica positiva. Se forma cuando un átomo neutro pierde electrones (e⁻).

Anión

Ión con carga eléctrica negativa. Se forma cuando un átomo neutro gana electrones (e⁻).

Número Atómico (Z)

Es el número de protones en el núcleo de un átomo. Define el elemento químico.

Número Másico (A)

Es la suma del número de protones y neutrones en el núcleo de un átomo (A = Z + número de neutrones).

Cálculo de Neutrones

Número de neutrones = A – Z

Átomo Neutro

En un átomo neutro, el número de protones (Z) es igual al número de electrones.

Distribución Electrónica por Niveles

Capacidad máxima de electrones por nivel de energía principal (aproximado para los primeros niveles):

• Primer nivel (n=1): hasta 2 electrones
• Segundo nivel (n=2): hasta 8 electrones
• Tercer nivel (n=3): hasta 18 electrones
• Cuarto nivel (n=4): hasta 32 electrones