Modelos Atómicos y Mecánica Cuántica: Orbitales, Números Cuánticos y Teoría de Planck

Modelos atómicos y mecánica cuántica

Órbita: trayectoria que realizan los electrones alrededor del núcleo. Rutherford y Bohr las describieron. Ejemplo: sistema solar.

Orbitales: zonas de máxima probabilidad de encontrar al electrón, y tipos de orbitales atómicos.

Mecánica cuántica. Semejanza: ambas teorías tratan de explicar la localización de los electrones en el átomo.

Hipótesis de Planck

Planteó que la luz, además de presentar un comportamiento ondulatorio, presenta también un comportamiento corpuscular. Fue mal acogida, hasta que Einstein la aplicó en el efecto fotoeléctrico. Aseguró que los electrones que componen las paredes del cuerpo negro oscilaban con una frecuencia característica de cada uno. Esto permitía a estos electrones absorber o emitir radiación electromagnética de dicha frecuencia. Esta energía absorbida o emitida solo puede tomar como valores aquellos que son múltiplos de una cantidad discreta de energía denominada "cuanto".

Efecto fotoeléctrico

Basado en la hipótesis de Planck. Sugirió que la luz estaba formada por cuantos de energía, a los que posteriormente se llamó fotones, que eran las partículas portadoras de la energía de la onda electromagnética.

Modelo atómico de Dalton (1803)

Toda la materia está formada por pequeñas partículas esféricas e indivisibles llamadas átomos. Los átomos de un mismo elemento tienen la misma masa y tamaño. Y, de diferentes masas y propiedades, estos se combinan para formar compuestos.

Modelo atómico de Thomson (1904)

El átomo se considera una masa esférica cargada positivamente, con distribución uniforme, y en la que se incrustan los electrones, distribuidos lo más separados posible para evitar repulsiones. El número de electrones es el necesario para anular la carga positiva del átomo, ya que es eléctricamente neutro.

Modelo atómico de Rutherford (1910)

El átomo está formado por dos partes: la corteza y el núcleo, entre las cuales hay vacío. En la corteza están los electrones girando alrededor del núcleo. El núcleo concentra la masa y la carga positiva del átomo. Nucleones: partículas subatómicas que forman parte del núcleo del átomo (protones y neutrones).

Modelo atómico de Bohr (1913)

El electrón gira alrededor del núcleo a determinada distancia (órbitas) sin intercambiar energía con el exterior. Al pasar de una órbita exterior a una interior, el átomo absorbe energía; al revés, la cede.

Postulados

1. En el átomo, los electrones giran alrededor del núcleo en órbitas circulares estacionarias con energía fija y definida, sin emitir ni absorber energía.
2. Solo son posibles las órbitas en las que el momento angular del electrón es múltiplo entero de h/2π.
3. El átomo emite energía cuando un electrón cambia de una órbita de mayor energía a otra de menor energía; esta energía se emite en forma de onda electromagnética cuya frecuencia cumple la condición cuántica de Planck. Al revés, absorbe energía.

Modelo mecánico-cuántico

Se basa en otros principios: toda partícula lleva asociada una onda, por lo que no puede determinarse con total precisión la posición y el momento lineal de la partícula. Los orbitales son zonas con alta probabilidad de encontrar al electrón, es decir, zonas de alta densidad electrónica. El movimiento del electrón se considera una nube de carga negativa localizada alrededor del núcleo.

Números cuánticos

Como el electrón se mueve en el espacio tridimensional, se necesita un conjunto de 3 números cuánticos para describirlo.

Número cuántico principal (n)

Indica el nivel energético en el que se encuentra el electrón, y también su tamaño. A mayor valor de n, mayor energía y mayor distancia respecto al núcleo, y menor estabilidad. Solo admite valores enteros positivos. La energía menor de todas las posibles es n = 1, que recibe el nombre de estado fundamental. Todos los niveles excepto el primero se dividen en subniveles.

Número cuántico secundario o de momento angular (l)

Determina la forma de los orbitales. Indica el número y tipos de subniveles que pueden existir para cada nivel n.

Número cuántico magnético (m)

Determina la orientación espacial del orbital. Es magnético porque se define en relación con un campo magnético externo.

Cada grupo de tres números cuánticos describe un orbital atómico determinado.