Modelo
Actual
ESTRUCTURA
ATÓMICA
¿Cómo surge el
modelo atómico actual?
Luego de recorrer la historia de los distintos
modelos atómicos llego el momento de conocer el modelo atómico
actual.
Para entender cómo surgió este modelo del
átomo debemos reflexionar sobre los alcances de la Física Clásica.
Esta Física, basada en las leyes de Newton y
otras, permitió y permite determinar energía, velocidad, posición
de cuerpos macroscópicos como un proyectil, una bola de billar, etc.
Sin embargo, estos conocimientos muy útiles,
por cierto, en el mundo de los macro-cuerpos, no son suficientes ni
aplicables para descubrir el comportamiento de las partículas
submicroscópicas.
En otras palabras la Física Clásica no
permite interpretar el nivel submicroscópicos de la materia y nace
así la Física Cuántica, que no sustituye a la anterior, sino que
la complementa.
En la década 1920-1930, un brillante grupo de
investigadores, entre ellos Erwin Schrödinger, elaboró un nuevo
modelo atómico. Este modelo llamado, modelo
de Schrödinger, está
basado en complejos cálculos que se expresan en la ecuación
matemática que lleva su nombre.
Erwin
Schrödinger (1887-1961)
físico austríaco.
Junto con Paul Dirac
recibió el
premio Novel de Física
en 1933
por desarrollar y crear
las bases
de la mecánica cuántica.
En ella
se describe
matemáticamente el
comportamiento de los
electrones
y de los átomos.
La ecuación que lleva su
nombre
permite determinarla
energía de
los electrones de acuerdo
a una
función de onda asociada
a cada uno.
La
ecuación de Schrödinger
En la ecuación de Schrödinger se considera a
los electrones con un doble comportamiento: como partícula (tiene en
cuenta la masa) y como onda.
Esta ecuación se resuelve y el resultado se
establece en función de tres variables que se de denominan números
cuánticos y se
representan con las letras n,
l y m.
Uno de estos
números cuánticos, el llamado número
cuántico principal, representado
con la letra n
(coincide con el nivel de energía del modelo de Bohr) es el
determina casi exclusivamente la energía de los electrones y
resuelve la ecuación cuando tiene los valores de 1,2,3,4, etc. hasta
infinito.
Como resultado final del tratamiento matemático
de esta ecuación y de la construcción y análisis de gráficas se
llega a determinar la probabilidad de encontrar la electrón en una
zona determinada.
Surge así en
este modelo, el concepto de orbital,(hace
referencia a una zona o región) palabra muy similar a órbita(hace
referencia a una trayectoria o camino) pero con significado
totalmente diferente.
Orbital es una zona del espacio alrededor
del núcleo donde es mayor la probabilidad de encontrar a los
electrones.
En esa zona, llamada orbital, la probabilidad
de encontrar al electrón es aproximadamente 95%. esto significa que
de 100 veces que se busque al electrón, 95 veces se lo encontrara
en esa zona, moviéndose, pero sin girar en orbitas alrededor del
núcleo.
El avance tecnológico ha permitido realizar
algunas visualizaciones del átomo que se alejan notoriamente de la
consideración del mismo como sistema planetario.
A partir de este modelo:
*se rechaza la idea de los electrones girando
en órbitas alrededor del núcleo. Surge el concepto de orbital, zona
donde es mayor la probabilidad de encontrar a los electrones
moviéndose sin trayectoria conocida.
*se continua considerando que la energía de
los electrones está cuantizada.
*la energía aumenta a medida que se incrementa
el valor de n siendo n=1 l nivel de menor energía.
Estructura
atómica
En los átomos, partículas constituyentes de
toda la materia, se diferencian dos zonas o regiones:
*núcleo,
parte central
*periferia,
espacio que rodea el
núcleo
El diámetro del núcleo es aproximadamente
100.000 veces menor que el diámetro de la periferia.
Se conoce tres partículas subatómicas
fundamentales: el protón, el neutrón
y el electrón.
Estas partículas están presentes en todos los
átomos, excepto en algunos átomos de hidrógeno que no tienen
neutrones.
Ubicación de las partículas
fundamentales del átomo
El protón y los neutrones forman el núcleo y
por eso se les llama nucleones.
Los
electrones se mueven en la periferia, sin trayectoria definida, y la
probabilidad de encontrarlos es mayor en los orbitales.
Características de las partículas
fundamentales
El protón se representa p+:
tiene carga positiva y se le adjudica una masa relativa igual a 1.
El electrón se representa e-:tiene
carga negativa y una masa casi 2000 veces menor a la masa del protón.
El neutrón se representa n°:
no tiene carga y su masa es apenas algo mayor a la masa de protón.
|
Nombre de partículas
Cargas
Masa relativa
|
|
Protón
+1
1
|
|
Electrón
-1
1/1836
|
Masa relativa con respecto a la masa del
protón a la que se asigna valor 1.
Resumiendo
*La masa del átomo está concertada
prácticamente en el núcleo, que está formado por protones y
neutrones( las partículas que tienen mayor masa).
*Como el volumen del núcleo es extremadamente
pequeño respecto al volumen de la periferia, y en él se concentra
la masa de átomo, se deduce que es muy denso.
*En el núcleo está la carga positiva del
átomo
*La carga negativa se encuentra en la
periferia.
*Los átomos son eléctricamente neutros, es
decir tiene igual numero de protones(positivos) que de
electrones(negativo).
Número
atómico
El número atómico corresponde al numero de
protones del núcleo y se indica con la letra Z.
Z=N° de p+
El número
atómico se define como el numero de protones que forma el núcleo de
un átomo.
El número atómico identifica al elemento
tanto como su nombre o como su símbolo químico.
Si nos referimos a el elemento con Z=15,
estamos mencionando equivocadamente al fósforo cuyo símbolo químico
P. Esto significa que todos los átomos de este fósforo tienen 15
protones.
Número
másico
El número
másico se define como la suma de protones y neutrones que forman el
núcleo de un átomo.
El número
másico se presenta con la letra A
y se indica como supraíndice a la izquierda del símbolo químico
del elemento.
27 Al
13
Número atómico Z=13
Un átomo de aluminio posee
13 protones. Como es elctri
camente neutro tiene 13 elec
trones.
Números másico A=27
El núcleo, está formado por
27 partículas de las cuales
13 son protones.
A-Z=27-13=14
por lo tanto tiene 14
neutrones.
Los protones y los neutrones se
denominan nucleones, porque constituyentes el núcleo atómico.
Por ejemplo: 31p
indica que el núcleo de este átomo de fósforo esta formo por 31
nucleones
15
de los cuales 15 son protones y 16
nucleones.
Isótopos
Se llama isótopos a los átomos
de un mismo elemento que tienen diferente masa.
Tienen igual
valor de Z y diferente
valor de A.
Los isótopos tienen igual valor
del numero atómico Z(igual número de protones), por ser átomos de
un mismo elemento; se diferencian en el número másico A
porque tiene diferente número de neutrones.
La palabra isótopos
significa iso(igual),
topo(lugar).
Los elementos químicos están
formados por mezclas de isótopos.
Por ejemplo el elemento hidrógeno
tiene tiene tres isótopos llamados protio, deuterio y tritio siendo
respectivamente 1,2, y3 los valores de los números másicos.
|
1H
1
|
2H
1
|
3H
1
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Protio
|
1 protón
|
Tritio
|
|
1 protón no tiene neutrones
|
1 neutrón
|
1 protón
2 neutrones
|
