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z

premio Novel de Física en 1933

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

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

Neutrón no tiene aprox.1

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
Protio	1 protón	Tritio
1 protón no tiene neutrones	1 neutrón	1 protón 2 neutrones