Estructura atómica

En este tema se estudiara los distintos modelos atómicos que se han propuesto a lo largo de la historia de la Ciencia, historia que en este terreno es muy reciente, pues, desde un punto de vista rigurosamente científico, comienza prácticamente en 1909 con el modelo atómico de Rutherford. Mucho antes, en el siglo V antes de J.C., algunos filósofos griegos (Leucipo, Demócrito, entre otros) sostenían que la materia era discontinua y estaba formada por pequeñas partículas indivisibles (átomos), pero su tratamiento fue puramente especulativo, no científico.

En la actualidad no cabe pensar en el átomo como partícula indivisible, en él existen una serie de partículas subatómicas de las que protón, electrón y neutrón son las más importantes.

El electrón es una partícula cargada negativamente. Su carga es de 1.602 *10-19 culombios y su masa en reposo 9.11 * 10-31 kg (equivalente a 0.00055 u).

El protón es una partícula con carga eléctrica igual a la del electrón, pero positiva, su mas en reposo 1.672 *10-27 kg (equivalente a 1.00705 u).

El neutrón es una partícula eléctricamente neutra, cuya masa es 1.675*10-27 kg (equivalente a 1.00885 u).

Se denomina numero atómico, Z, al numero de protones del núcleo de un átomo, que es igual al numero de electrones por ser el átomo neutro.

Se denomina numero másico, A, a la suma del numero de protones y de neutrones del núcleo de un átomo.

En el núcleo del átomo se encuentran los protones y los neutrones, y en la corteza electrónica los electrones.

Al ser el átomo eléctricamente neutro, el numero de cargas positivas (protones) y negativas (electrones) deber ser el mismo.

Thomson propuso, en 1898, un modelo de átomo que hubo de ser abandonado rápidamente. Consideraba al átomo como una esfera cargada positivamente, en cuya superficie se encontraban los electrones neutralizando las cargas positivas.

Los trabajos posteriores de Rutherford, Bohr, Sommerfeld, Zeeman, Schrödinger, Heisenberg, Pauli y otros han permitido configurar las ideas actuales sobre el átomo.

Isótopos

Los átomos de un mismo elemento químico poseen el mismo numero de protones y, por tanto, de electrones, pero pueden diferir en el numero de neutrones.

Se denominan isótopos, a los átomos de un mismo elemento químico que, teniendo lógicamente el mismo numero de protones y electrones, tienen distinto numero de neutrones. Los isótopos tienen igual numero de átomos (Z) y distinto numero másico (A).

Modelos atómicos

La evolución de los modelos físicos del átomo se vio impulsada por los datos experimentales. El modelo de Rutherford, en el que los electrones se mueven alrededor de un núcleo positivo muy denso, explicaba los resultados de experimentos de dispersión, pero no el motivo de que los átomos sólo emitan luz de determinadas longitudes de onda (emisión discreta). Bohr partió del modelo de Rutherford pero postuló además que los electrones sólo pueden moverse en determinadas órbitas; su modelo explicaba ciertas características de la emisión discreta del átomo de hidrógeno, pero fallaba en otros elementos. El modelo de Schrödinger, que no fija trayectorias determinadas para los electrones sino sólo la probabilidad de que se hallen en una zona, explica parcialmente los espectros de emisión de todos los elementos; sin embargo, a lo largo del siglo XX han sido necesarias nuevas mejoras del modelo para explicar otros fenómenos espectrales.

El átomo de Rutherford

El modelo atómico elaborado por Rutherford surge como consecuencia de las experiencias realizadas bombardeando laminas metálicas muy finas con partículas alfa (núcleos de helio). Observo que casi todas las partículas alfa atravesaban las laminas metálicas sin sufrir ninguna desviación, solo unas pocas sufrían pequeñas desviaciones y un numero muy pequeño de ellas (aproximadamente 1 de cada 100,000) se reflejaban en la lamina. Este comportamiento le llevo a proponer:

El núcleo es la parte del átomo en la que se encuentra localizada casi toda la masa del átomo y toda la carga positiva. Alrededor del núcleo y a gran distancia, comparada con las dimensiones del mismo, gira el electrón, de forma que su fuerza centrífuga compensa la atracción electrostática que sufre por parte del núcleo.

El átomo de Bohr