Fundamentos de la Estructura Atómica: Modelos, Isótopos y Números Cuánticos

Modelos Atómicos Fundamentales

Dalton

Plantea el primer modelo atómico. Sostenía que los átomos eran esferas, pero que cada átomo tenía distinto tamaño.

Thomson

Se da cuenta de que las esferas tenían energía. Si las juntaban, se atraían o se repelían entre sí. Incluye que el átomo tiene carga eléctrica.

Rutherford

Dice que el átomo no era sólido y que tenía espacios vacíos. Además, propone un núcleo que era sólido y compuesto, y tenía órbitas donde estaban las partículas con carga (electrones).

Bohr

En el núcleo están concentrados los neutrones y protones. Los electrones están en la órbita y pueden cambiar de lugar, cambiándose de órbita (niveles de energía cuantizados).

Heisenberg

Dice que no existen orbitales definidos. Los electrones no son partículas que se mueven en órbitas, sino que se encuentran en una Nube de Electrones.

Conceptos de Número Atómico y Másico

Número Atómico (Z)

Es el número que permite clasificar los elementos químicos. Especifica el número de protones que tiene el elemento y se abrevia con la letra Z.

Número Másico (A)

Se define como la suma de los protones más los neutrones de un átomo. Se abrevia con la letra A y es aproximadamente igual al peso atómico.

Fórmulas de Relación Atómica

• Fórmula: A = Z + n° de neutrones
• Fórmula: Z = A - n° de neutrones
• Fórmula: n° de neutrones = A - Z

Los Números Cuánticos y la Configuración Electrónica

1. Número Cuántico Principal, n

   Caracteriza a cada nivel energético y delimita la región donde pueden hallarse con mayor probabilidad los electrones. El número n puede tomar valores naturales enteros: 1, 2, 3, 4, 5, ...

2. Número Cuántico Azimutal o Secundario, l

   .

3. Número Cuántico Magnético, m

   Indica cuál es la orientación de la nube electrónica en el espacio, referida a tres ejes coordenados (x, y, z). Las posibles orientaciones de un subnivel, es decir, los distintos valores de m, dependen del subnivel l y van desde -l a +l, incluyendo el valor 0.

4. Número Cuántico de Spin Electrónico, m_s

   Indica el sentido de rotación del electrón en torno de un eje hipotético. Este giro produce que el electrón adquiera propiedades magnéticas (se comporta como un imán) y puede tener dos posibles sentidos, indicándose como +1/2 o -1/2.

Configuración Electrónica

La configuración electrónica de los átomos elementales se escribe en forma detallada y/o abreviada, indicando el número del nivel energético seguido por la letra del subnivel correspondiente y anotando como superíndice el número de electrones que hay en cada subnivel.

Isótopos y Masa Atómica Promedio

Isótopos

Átomos de un mismo elemento que presentan el mismo número atómico pero distinto número másico; por lo tanto, se diferencian en el número de neutrones.

El cloro, por ejemplo, presenta dos isótopos naturales: Cl-35 y Cl-37 (los números 35 y 37 representan los números másicos respectivos). Ambos contienen 17 protones, pero el primero contiene 18 neutrones y el segundo 20. Ambos isótopos poseen las mismas propiedades químicas, ya que estas solo dependen del número atómico.

Fórmula de Masa Atómica Promedio

M = (%1) A1 + (%2) A2
100

Por ejemplo, el cloro presenta dos variedades isotópicas (como ya se dijo anteriormente): Cl-35 con un 75.4 % y Cl-37 con un 24.6 % de abundancia, respectivamente. Por lo tanto, su masa atómica promedio es:

M = (75.4) 35 + (24.6) 37 = 35.492 = 5.5
100

Reglas para Determinar el Número de Oxidación

Reglas para conocer el N° de oxidación de un elemento en moléculas poliatómicas:

1. El N° de oxidación de los elementos en estado libre es cero.
2. El N° de oxidación del hidrógeno (H) en sus compuestos es +1, salvo en los hidruros metálicos, que es -1.
3. El N° de oxidación del oxígeno (O) en sus compuestos es -2, salvo en peróxidos, que es -1.
4. El N° de oxidación de los metales alcalinos (Grupo I) es siempre +1, y el de los alcalinotérreos (Grupo II) es siempre +2.
5. En las sales de hidrácidos, el N° de oxidación de los halógenos (Grupo VII) es -1, y el N° de oxidación de los anfígenos (Grupo VI) es -2.
6. Los N° de oxidación de los elementos restantes se calculan tomando en cuenta las reglas anteriores, considerando además que la suma algebraica de los N° de oxidación de un compuesto neutro es cero, y si se trata de un ión es igual a su carga.