Evolución de los Modelos Atómicos y Conceptos Cuánticos Fundamentales

Modelo de Thomson

El Modelo de Thomson postula que el número de electrones es igual al número de cargas positivas de la esfera.

Modelo de Rutherford

El Modelo de Rutherford describe el átomo con un núcleo de volumen muy pequeño en comparación con el volumen total del átomo. En este núcleo se concentra casi toda la masa y toda la carga positiva. La corteza está formada por electrones girando alrededor del núcleo y a gran distancia de él.

El Neutrón

La masa de los átomos es siempre mayor que la suma de las masas de los protones y electrones. Esto sugiere la existencia de otra partícula sin carga eléctrica: el neutrón, con carga nula y una masa ligeramente mayor a la del protón.

La existencia del neutrón justifica la estabilidad de los núcleos, ya que los protones están sometidos a fuerzas de repulsión entre sí. La función de los neutrones es generar fuerzas nucleares mayores que las electrostáticas, superando así las fuerzas repulsivas.

Conceptos Fundamentales de Ondas

Longitud de Onda (λ)

La longitud de onda (λ) es la distancia entre dos puntos consecutivos de una onda que se encuentran en el mismo estado vibratorio. Se mide comúnmente en nanómetros (nm).

Frecuencia (ν)

La frecuencia (ν) de una onda es el número de ciclos que realiza la onda en la unidad de tiempo. Se mide en Hertz (Hz).

Periodo (T)

El periodo (T) de una onda es el tiempo que tarda la onda en completar un ciclo o movimiento completo.

Teoría de Planck

En 1900, Max Planck propuso que cuando un cuerpo se calienta, emite energía radiante. Sin embargo, esta energía emitida no toma valores continuos, sino valores discretos; es decir, se emite en forma de fotones o cuantos de energía.

Efecto Fotoeléctrico

En 1905, Albert Einstein demostró que cuando se iluminan metales con luz de una determinada longitud de onda (λ), estos emiten electrones. Este fenómeno se conoce como efecto fotoeléctrico. El metal absorbe la energía de la luz incidente, y esta energía se utiliza para arrancar electrones de su superficie.

Modelo de Bohr

Niels Bohr tuvo que modificar el modelo de Rutherford. Si cada línea espectral corresponde al salto de un electrón de una órbita a otra y no todas las frecuencias aparecen en el espectro, es porque no todas las órbitas están permitidas. Rutherford no establecía ninguna restricción sobre la posición que podía ocupar un electrón, y si su modelo fuese correcto, el espectro de los átomos sería continuo.

Los postulados del Modelo de Bohr son:

1. Los electrones giran en órbitas alrededor del núcleo.
2. Solo se permiten determinadas órbitas, y cuando el electrón gira en ellas, no emite energía. Estas órbitas se denominan estacionarias.
3. Cuando el electrón salta de una órbita permitida a otra, emite o absorbe una cantidad de energía que corresponde a la diferencia de energía entre ambas órbitas.

Corrección de Sommerfeld

El modelo de Bohr permitía explicar el espectro del átomo de hidrógeno, pero no así el de átomos polielectrónicos, ya que aparecían líneas que el modelo de Bohr no podía explicar.

Arnold Sommerfeld supuso que la órbita del electrón alrededor del núcleo no solo era circular, sino también elíptica. Para describir una elipse se necesitan más parámetros que para una circunferencia, por lo que aparecen nuevas condiciones cuánticas. Así, mientras que en el modelo de Bohr aparece un solo número cuántico principal (n), en el de Sommerfeld aparecen otros dos números cuánticos adicionales:

• L (Número Cuántico Azimutal o de Momento Angular): Indica el subnivel dentro de cada nivel y está relacionado con la forma del orbital.
  • n=1: L=0 (s)
  • n=2: L=0,1 (s, p)
  • n=3: L=0,1,2 (s, p, d)
• M (Número Cuántico Magnético): Relacionado con las distintas orientaciones del orbital en el espacio. Sus valores van desde -L hasta +L, incluyendo el 0 (M = -L, ..., 0, ..., +L).

Modelo Mecanocuántico

Erwin Schrödinger y Werner Heisenberg plantearon una forma de ecuación de onda para el electrón, puesto que en ese momento ya estaba admitido el carácter dual de la materia. Cuando el electrón se mueve a gran velocidad, se puede considerar un comportamiento ondulatorio.

De esta ecuación surgen tres parámetros que coinciden en valores con los tres números cuánticos. En este modelo, ya no se habla de posición ni de trayectoria, sino en términos de probabilidad.

El Orbital Atómico

Un orbital es la región del espacio donde es más probable encontrar un electrón. Desde el punto de vista físico, un orbital es un estado de energía determinado por el valor de los tres números cuánticos.

Los orbitales 's' se diferencian de los 'p' y del resto por su forma: mientras que los 's' son esféricos, los demás presentan formas más complejas (por ejemplo, los orbitales 'p' tienen forma de lóbulo).

Ejemplos de orbitales:

• 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s...

Capacidad máxima de electrones por subnivel:

• S: 2 electrones
• P: 6 electrones
• D: 10 electrones
• F: 14 electrones

El Sistema Periódico

El Sistema Periódico es una ordenación de los elementos conocidos hasta ahora en columnas (grupos) y filas (periodos).

• Todos los elementos de un mismo grupo poseen idéntica configuración electrónica externa y propiedades químicas similares.
• Todos los elementos de un mismo periodo sitúan sus electrones en el mismo nivel energético, a la misma distancia del núcleo.

Lo que diferencia a un elemento del siguiente en su periodo es un electrón más en la corteza y un protón más en el núcleo.

El sistema periódico actual consta de 18 grupos y 7 periodos. Los elementos representativos son aquellos cuya configuración electrónica externa termina en 's' o en 'p', y corresponden a los grupos 1, 2, y 13-18.