Números Cuánticos, Modelo Atómico de Böhr y Radio Atómico: Fundamentos Esenciales

Números Cuánticos y su Significado

Los números cuánticos describen las propiedades de los electrones en los átomos. Son fundamentales para entender la estructura atómica y el comportamiento químico de los elementos.

• Número cuántico principal (n): n = 1, 2, 3… ∞. Indica el nivel de energía del electrón.
• Número cuántico secundario o azimutal (l): l = 0, 1, 2,…, (n-1). Indica el número de subniveles y la forma del orbital.
• Número cuántico magnético (ml): ml = −l,…, 0,…+l. Indica la orientación espacial del orbital.
• Número cuántico de spin (ms): ms = +1/2 o −1/2. Indica la rotación del electrón sobre sí mismo.

Limitaciones del Modelo de Rutherford

El modelo de Rutherford, aunque revolucionario, presentaba ciertas inconsistencias:

• Permitía cualquier valor de energía para el electrón, lo que implicaba un espectro de emisión continuo, en contradicción con los espectros discretos observados.
• Contradecía las leyes del electromagnetismo clásico, ya que un electrón en movimiento circular debería emitir energía, colapsando eventualmente en el núcleo.

Hipótesis de Planck y la Cuantización de la Energía

Para explicar el espectro de radiación del cuerpo negro, Planck propuso que la energía se emite y absorbe en cuantos discretos:

• E: Cuanto de energía
• h: Constante de Planck (h = 6.63 × 10^-34 J·s)
• ν: Frecuencia de radiación

La luz está formada por fotones, cuya energía depende de la frecuencia de la radiación: E = h·ν.

Modelo Atómico de Böhr: Una Solución a las Inconsistencias

En 1913, Böhr propuso un modelo atómico que abordaba las limitaciones del modelo de Rutherford:

• La energía del electrón está cuantizada, permitiendo solo ciertas órbitas y valores de energía.
• El electrón solo puede girar en órbitas circulares permitidas sin emitir radiación.
• Las órbitas permitidas cumplen la condición: mvr = n(h/2π), donde n es el número cuántico principal (n = 1, 2, 3, 4,…).
• Cuando un electrón salta de una órbita de mayor energía a una de menor energía, emite un fotón con una frecuencia dada por la ecuación de Planck: ΔE = h·ν.
• n determina el tamaño de la órbita y su energía.

Radio Atómico: Tendencias en la Tabla Periódica

El radio atómico es la mitad de la distancia internuclear entre dos átomos iguales unidos por un enlace químico. Depende de:

• Número de capas electrónicas (mayor período, mayor número de capas).
• Atracción de los electrones por el núcleo (menor cuando mayor carga nuclear).
• Apantallamiento o efecto de pantalla de los electrones internos.

Tendencias:

• Al descender en un grupo, el radio aumenta debido al incremento en el número de capas electrónicas.
• Al avanzar hacia la derecha en un período, el radio atómico disminuye debido al aumento de la carga nuclear efectiva.

Radio Iónico

El tamaño de un átomo varía al ganar o perder electrones:

• Cationes (+): Menor radio que los átomos neutros debido a la pérdida de electrones y la disminución de la repulsión electrónica.
• Aniones (-): Mayor radio que los átomos neutros debido a la ganancia de electrones y el aumento de la repulsión electrónica.

Iones isoelectrónicos: Para iones isoelectrónicos, el radio disminuye al aumentar la carga nuclear (mayor número atómico).

Energía de Ionización: Facilidad para Remover Electrones

La energía de ionización (EI) es la energía necesaria para remover el electrón más externo de un átomo en fase gaseosa y en estado fundamental.

Tendencias:

• Al descender en un grupo, la EI disminuye debido al aumento del radio atómico y la menor atracción de los electrones externos.
• Al avanzar hacia la derecha en un período, la EI aumenta debido al aumento de la carga nuclear y la disminución del tamaño atómico.