Fundamentos de la Química: Estructura Atómica y Modelos Cuánticos

Introducción a la Química y el Átomo

La química es la ciencia que se encarga de estudiar las transformaciones de las sustancias, las cantidades en las que estas intervienen y sus propiedades.

Un átomo es la partícula más pequeña que forma toda la materia y que conserva todas sus propiedades físicas y químicas.

Modelos Atómicos: Una Evolución Histórica

La idea del átomo se propuso por primera vez en la antigua Grecia, entre los siglos III y IV a.C.

El Modelo Atómico de Dalton (Principios del Siglo XIX)

A principios del siglo XIX, el físico inglés John Dalton elaboró una nueva teoría atómica, cuyos postulados principales fueron:

• Toda la materia está formada por partículas diminutas e indivisibles llamadas átomos.

El Experimento y Modelo de Thomson

Experimento de Thomson (Descubrimiento del Electrón)

El científico inglés J.J. Thomson realizó un experimento clave con rayos catódicos, observando lo siguiente:

1. Al hacer pasar los rayos por una placa eléctrica, estos eran repelidos por la placa negativa, lo que indicaba que los rayos catódicos tienen carga negativa (-).
2. Los rayos catódicos eran capaces de mover un molinillo, lo que sugería que estaban formados por partículas diminutas con masa.

Conclusión: Los rayos catódicos están formados por partículas diminutas con masa, a las que denominó electrones.

Modelo Atómico de Thomson (Modelo del Pudín de Pasas)

El modelo de Thomson se basó en el descubrimiento del electrón, por el cual recibió el Premio Nobel. A diferencia de Dalton, Thomson propuso que el átomo era una partícula divisible, compuesta por una esfera de carga positiva en la que estaban incrustados los electrones negativos, como pasas en un pudín.

Definición de Modelo

Un modelo es una representación de una idea que trata de explicar un problema de forma sencilla.

El Modelo de Rutherford (1910): El Modelo Planetario

Este modelo fue más avanzado que los anteriores, tomando como base la estructura del Sistema Solar.

Conclusiones del Experimento de Rutherford (Lámina de Oro)

1. La materia es prácticamente hueca: los átomos presentan grandes espacios vacíos.
2. Las partículas alfa se desvían o rebotan porque pasan cerca del núcleo positivo y son repelidas.

El Modelo de Bohr: Corrección y Postulados Cuánticos

Niels Bohr corrigió los fallos del modelo de Rutherford. Para ello, planteó tres postulados basados en experimentos que estudiaban los espectros atómicos.

Postulados de Bohr

1. El electrón gira alrededor del núcleo indefinidamente en órbitas estacionarias sin perder ni ganar energía.
2. La órbita en la que se encuentran los electrones no puede tener un tamaño cualquiera, sino que depende de la energía de los electrones.
3. Los electrones pueden saltar de una órbita a otra, ganando o perdiendo energía en el proceso.

Espectros Atómicos

Los espectros atómicos son registros de la descomposición de la luz en sus colores fundamentales al pasar por un prisma.

Tipos de Espectros

Espectros Continuos

Se obtienen cuando se ilumina una sustancia gaseosa de manera que parte de la luz queda retenida y otra sigue su camino. El espectro resultante es un fondo coloreado con rayas negras.

Espectros Discontinuos (o de Líneas)

Cuando una sustancia gaseosa se calienta o sufre una descarga eléctrica, el gas emite una luz determinada. Al pasar esta luz por un prisma, se descompone, dando líneas de colores separadas recogidas sobre un fondo negro.

Aplicación al Modelo de Bohr

Analizando los espectros atómicos de elementos sencillos, Bohr llegó a la conclusión de que las rayas del espectro se deben a los saltos de los electrones de un nivel de energía a otro. Cada salto se verá reflejado como una raya distinta en el espectro.

Corrección del Modelo de Bohr (Modelo de Sommerfeld)

Arnold Sommerfeld realizó las siguientes correcciones al modelo de Bohr:

1. Los electrones describen órbitas elípticas alrededor del núcleo con distintas orientaciones.
2. Cada nivel energético está formado por uno o varios subniveles de energía.