Descubriendo la Estructura Atómica: Modelos, Números y Espectros

Modelos Atómicos

Modelo Atómico de Thomson

Thomson propuso un modelo en el que los electrones se encuentran incrustados en una esfera maciza de carga positiva, de manera que la carga positiva se neutraliza con la carga negativa de los electrones, resultando en un átomo neutro.

Modelo Atómico de Rutherford

Rutherford realizó un experimento en el que disparó partículas alfa a una lámina de oro. Observó que la mayoría de las partículas atravesaban la lámina, pero aproximadamente 1 de cada 20,000 se desviaba o rebotaba. Esto lo llevó a concluir que los átomos tienen un núcleo de gran densidad, que contiene casi toda la masa del átomo, pero que es muy pequeño en comparación con el tamaño total del átomo. Además, propuso que los electrones (e-) giran alrededor del núcleo en una "zona de vacío" o corteza, la cual es una región muy grande con muy poca masa.

Características Atómicas

Número Atómico (Z)

El número atómico representa la carga nuclear de un átomo, es decir, el número de protones que contiene. Es una propiedad característica del elemento al que pertenece el átomo.

Número Másico (A)

El número másico indica la suma de protones (p+) y neutrones (nº) en el núcleo de un átomo. Se representa con la letra A, y se calcula como A = Z + nº. La notación AXZ se utiliza para representar un átomo específico, donde X es el símbolo del elemento.

Isótopos

Los isótopos son átomos de un mismo elemento que tienen el mismo número atómico (Z), pero diferente número másico (A). Esto significa que varían en el número de neutrones.

Espectros y Energía

Espectros Atómicos

La luz visible se puede descomponer en los siete colores del arco iris. Cada color viaja a una velocidad distinta a través de medios como el agua o el vidrio. Esto se debe a la relación entre la longitud de onda y la frecuencia de una radiación electromagnética, que es igual a la velocidad de la luz en el vacío (aproximadamente 300,000 km/s). La longitud de onda es la distancia entre dos puntos consecutivos de una onda, mientras que la frecuencia es el número de ondas que pasan por un punto cada segundo. Balmer descubrió una fórmula para calcular la frecuencia (v) de las líneas espectrales del hidrógeno: v = R_c(1/n₁² - 1/n₂²), donde R_c es la constante de Rydberg. Las series de Lyman, Balmer y Paschen se obtienen utilizando esta fórmula, pero cambiando el valor de n₁ por 1, 2 y 3, respectivamente, y n₂ por valores enteros mayores que n₁.

Efecto Fotoeléctrico

El efecto fotoeléctrico se refiere a la emisión de electrones por parte de ciertos metales cuando sobre ellos incide una luz de pequeña longitud de onda.

Modelo Atómico de Bohr y sus Correcciones

Modelo Atómico de Bohr

Bohr propuso que los electrones giran alrededor del núcleo en ciertas órbitas circulares estables, en las cuales no pierden energía al moverse. Estas órbitas se denominan órbitas estacionarias. Las únicas órbitas permitidas tienen una energía determinada. Cuanto más alejado está el nivel de energía del núcleo, mayor es su energía. Un electrón puede saltar de un nivel de energía a otro: si salta de un nivel superior a uno inferior, emite energía en forma de radiación; si salta de un nivel inferior a uno superior, absorbe energía.

Correcciones al Modelo de Bohr

El modelo de Bohr solo explicaba correctamente el espectro del hidrógeno (H₂). Con espectroscopios más potentes, se observó que las rayas del espectro eran en realidad un conjunto de rayas muy juntas. Se propuso que las órbitas de los electrones son elípticas, no circulares. Además, al aplicar un campo magnético, las rayas del espectro se desdoblaban. Se concluyó que los electrones giran sobre su propio eje, creando un pequeño campo magnético.

Principios y Números Cuánticos

Principio de Incertidumbre de Heisenberg

El principio de incertidumbre de Heisenberg establece que es imposible conocer simultáneamente con exactitud la posición y la velocidad de un electrón, ya que para medirlo es necesario aplicar energía, lo que provoca que el electrón cambie de nivel energético.

Números Cuánticos

• n: Número cuántico principal. Indica la energía del orbital (n > 1).
• l: Número cuántico secundario. También indica la energía, pero en menor medida, y el tipo de orbital que puede ocupar el electrón (valores entre 0 y n-1).
• m: Número cuántico magnético. Representa la orientación de los orbitales (valores entre -l y +l).
• s: Número cuántico de espín. Indica la orientación del campo magnético del electrón (valores de -1/2 y +1/2).