Estructura Atómica: Modelo de Bohr y Números Cuánticos

Modelo Atómico de Bohr

En 1912, el físico danés Niels Bohr propuso que los electrones no giraban en torno al núcleo a cualquier distancia, sino que únicamente lo hacían en ciertas "órbitas" permitidas. Las hipótesis principales de su modelo son:

1. El electrón del átomo describe una órbita circular alrededor del núcleo.
2. En el átomo, el electrón solo puede estar en ciertos estados permitidos (determinadas órbitas). Cada una de estas órbitas tiene una energía asociada a su movimiento.
3. El menor estado energético en el que el electrón puede encontrarse se denomina estado fundamental. Cuando el electrón se encuentra en un estado energético más elevado (estado excitado), puede "saltar" a un estado de menor energía emitiendo un cuanto de energía correspondiente a las diferencias de energías de los dos estados.
4. Solo pueden existir aquellos estados del movimiento electrónico cuyo momento angular (L) sea un múltiplo entero de h/2π.

Números Cuánticos

De la resolución de la ecuación de onda de Schrödinger se obtienen los valores para los diferentes niveles energéticos que se denominan orbitales atómicos (zonas donde existe una alta probabilidad de encontrar un electrón).

Número Cuántico Principal (n)

El número cuántico principal n, solo puede tomar valores naturales n=1, 2, 3, 4… cada valor designa un nivel. Está relacionado con el tamaño del orbital. A mayor valor de n, mayor es la distancia promedio del electrón respecto al núcleo. El primer nivel es el de menor energía y los siguientes, cada vez más alejados del núcleo, tienen energías mayores.

Número Cuántico Orbital o Secundario (l)

El número cuántico orbital o secundario l, solo puede tomar valores enteros entre 0 y n-1. Cada valor designa un subnivel, y a cada uno de ellos se le designa una letra: l=0-s, l=1-p, l=2-d, l=3-f. Está relacionado con la forma del orbital que ocupa el electrón, con el módulo del momento angular y con la energía del orbital.

Número Cuántico Magnético (ml)

El número cuántico magnético ml, puede tomar los valores enteros comprendidos entre -l hasta +l, incluyendo el 0 y está relacionado con la orientación del orbital en el espacio.

Número Cuántico de Espín (ms)

El número cuántico de espín ms, está relacionado con el sentido del giro del electrón respecto a su eje, lo que genera un campo magnético con dos posibles orientaciones. Solo puede tomar los valores +½ o -½.

Radio Atómico

El radio atómico representa la distancia que existe entre el núcleo y la capa de valencia (la más externa). El radio atómico aumenta al descender en un grupo: este hecho se debe a que, aunque la carga nuclear aumenta y los electrones son más fuertemente atraídos, también ocurre que se añaden nuevas capas apareciendo efectos de apantallamiento y este factor predomina. Mientras que, el tamaño atómico disminuye al avanzar en un período: debido a que los sucesivos electrones que se incorporan entran en la misma capa electrónica y, aunque éstos se repelen, aumenta la carga nuclear haciendo que se incrementen las fuerzas de atracción entre el núcleo y las capas de electrones.

Energía de Ionización

La Energía de Ionización se define como la cantidad mínima de energía que hay que suministrar a un átomo neutro gaseoso y en su estado fundamental para arrancarle el electrón enlazado con menor fuerza, es decir, mide la fuerza con la que está unido el electrón al átomo. De manera general:

• La energía de ionización aumenta al avanzar en un período. Este hecho se debe a que disminuye el tamaño atómico y aumenta la carga positiva del núcleo. Así, los electrones están atraídos con más fuerza y cuesta más arrancarlos.
• En cambio, la energía de ionización disminuye al descender en un grupo. Este hecho es debido a que, aunque aumenta la carga nuclear, también aumenta el número de capas electrónicas, y el electrón a separar, situado en el nivel energético más externo, siente menos la atracción del núcleo (está apantallado) y necesita menos energía para ser separado del átomo.
• La energía de ionización más elevada corresponde a los gases nobles, ya que su configuración electrónica es más estable.