Fundamentos de la Estructura Atómica: Isótopos, Modelos Atómicos y Teoría Cuántica

Isótopos: Átomos con igual número de protones y diferente número másico. Son átomos de un mismo elemento químico con diferente número de neutrones. Masa atómica: Media de las masas isotópicas, ponderada de acuerdo con la abundancia de cada isótopo.

Modelos Atómicos

Rutherford: Explicó su modelo basándose en el átomo nuclear:

1. La mayor parte de la masa y toda la carga positiva del átomo están en el núcleo. La mayoría del átomo está vacía.
2. La magnitud de la carga positiva es diferente para cada átomo y es aproximadamente la mitad de la masa atómica del elemento.
3. Fuera del núcleo, el número de electrones es igual al de unidades positivas en el núcleo. Así se justifica que el átomo sea eléctricamente neutro.

Problemas: Explicación del núcleo formado por partículas positivas, predijo la existencia de partículas sin carga. Incumplimiento de las leyes del electromagnetismo.

Teoría Cuántica

Se planteó la radiación emitida por un cuerpo negro, el efecto fotoeléctrico y los espectros atómicos.

Radiación del Cuerpo Negro

Radiación electromagnética que emite un cuerpo cuando su interior está a una temperatura muy alta.

Planck: Postuló que la energía emitida por el cuerpo negro estaba relacionada con los átomos que lo constituían, de forma que se comportaban como osciladores. Cada átomo oscilaba con una frecuencia determinada y la energía emitida era proporcional a la frecuencia de oscilación. E = h x f

Efecto Fotoeléctrico

Hertz: Cuando una luz incide sobre ciertas superficies metálicas, emiten electrones. La emisión solo se produce bajo una frecuencia umbral, la velocidad de los electrones solo depende de la frecuencia de radiación, la intensidad depende del número de electrones, no existe un tiempo de retraso entre la radiación incidente y la emisión de electrones.

Einstein: La luz está constituida por una serie de partículas elementales, fotones, cuya energía viene dada por la ecuación de Planck. Cuanto mayor sea la intensidad de la radiación incidente, mayor será el número de fotones que alcancen el metal. Todos los fotones llevan la misma energía asociada. Al aumentar la intensidad aumenta el número de electrones emitidos, pero no su velocidad.

Espectros Atómicos

Espectro continuo: Banda continua de colores que va desde el rojo hasta el violeta. Espectro discontinuo de emisión: Descomposición de colores a través de un prisma.

Modelo Atómico de Bohr

Bohr: Explicó el espectro del átomo de H. Aplicó al modelo de Rutherford la teoría cuántica de Planck. Propuso que el átomo estaba cuantizado, solo podía llegar a un cierto valor de energía. Cuando el electrón salta de una órbita de mayor energía a otra de menor, emite un fotón.

1. 1er Postulado: El electrón gira alrededor del núcleo en órbitas circulares sin emitir energía.
2. 2do Postulado: Solo son posibles las órbitas en las que el electrón tiene un momento angular que es múltiplo entero de h/2π.
3. 3er Postulado: Cuando un electrón pasa de una órbita externa a una más interna, la diferencia de energía entre ambas órbitas se emite en forma de radiación electromagnética. Mientras el electrón se mueve en cualquiera de esas órbitas no radia energía.

De Broglie: Los electrones podían comportarse como ondas y dedujo que la longitud de onda asociada a ese movimiento es h/mxv.

Orbitales Atómicos y Números Cuánticos

Orbital: Región del espacio alrededor del núcleo en la que es máxima la probabilidad de encontrar un electrón con una energía determinada.

Pauli: Dos electrones de un mismo átomo no pueden tener los 4 números cuánticos iguales.

Hund: Los electrones que entran en orbitales degenerados, con igual energía (p, d, f) lo hacen ocupando el mayor número posible de ellos, de tal forma que los electrones se coloquen lo más desapareados posibles.

Números Cuánticos

• n: Nivel del electrón, tamaño y energía del orbital.
• l: Número cuántico secundario, energía y forma del orbital.
• m: Magnético, orientación del orbital en el espacio.
• ms: Spin, sentido de giro del electrón sobre sí mismo.