Estructura atómica y modelos del átomo: partículas, niveles de energía, radiactividad y clasificación periódica

Partículas atómicas

El átomo está formado por electrones (carga negativa, masa despreciable frente al protón), protones (carga positiva, masa de 1,67 × 10^-27 kg) y neutrones (sin carga, masa de 1,67 × 10^-27 kg).

Modelo atómico de Rutherford

Estructura

• Núcleo: lugar donde se concentra casi toda la masa del átomo; su carga es positiva y en él se encuentran los protones y neutrones.
• Corteza electrónica: formada por electrones que giran alrededor del núcleo.

El átomo es neutro porque el número de electrones es igual al número de protones.

Formación de iones

• Cationes: el átomo pierde uno o más electrones y queda con carga positiva.
• Aniones: el átomo gana uno o más electrones y queda con carga negativa.

Fallos del modelo de Rutherford

Una carga en movimiento emite energía; según este modelo, el electrón acabaría perdiendo energía y chocando con el núcleo, lo cual no sucede en la realidad.

Niveles de energía

Espectros atómicos

• Espectro de emisión: conjunto de radiaciones electromagnéticas emitidas por un átomo al volver a su estado fundamental después de haber sido excitado previamente.
• Espectro de absorción: se ilumina una muestra con radiación de frecuencia conocida; en el espectro aparecen todas las radiaciones iniciales salvo las absorbidas.

Dos elementos presentan espectros distintos, por lo que podemos identificarlos a partir de su espectro. El espectro depende de la estructura atómica.

Interpretación del espectro del átomo de hidrógeno: modelo atómico de Bohr

Según Bohr, los electrones describen órbitas circulares estables en las que no emiten energía mientras permanecen en ellas. Cada órbita corresponde a un nivel energético: cuanto más alejada del núcleo está, mayor energía tiene. Cuando un electrón pasa de una órbita de mayor energía a otra de menor energía, emite una cantidad de energía definida en forma de radiación.

Niveles energéticos

Los niveles pueden albergar un número máximo de electrones y se representan con las letras K, L, M, N:

• 1.er nivel (K): 2 e^-
• 2.º nivel (L): 8 e^-
• 3.er nivel (M): 18 e^-
• 4.º nivel (N): 32 e^-

Cada nivel puede presentar subniveles s, p, d, f con capacidades de 2, 6, 10 y 14 electrones respectivamente:

• 1 (K): s²
• 2 (L): s² p⁶
• 3 (M): s² p⁶ d¹⁰
• 4 (N): s² p⁶ d¹⁰ f¹⁴

Identificación de los átomos

• Número atómico (Z): número de protones de un átomo.
• Número másico (A): número de protones más número de neutrones.
• Isótopos: átomos que presentan el mismo número atómico pero distinto número másico.

Radiactividad

Es el fenómeno por el cual los núcleos de ciertos elementos emiten radiaciones que los transforman en otros elementos.

• Partículas alfa (α): formadas por 2 protones y 2 neutrones (núcleos de helio, ⁴₂He).
• Partículas beta (β): resultan de la desintegración de un neutrón en un protón y un electrón, que se emite a gran velocidad.
• Vida media: tiempo necesario para que se desintegre la mitad de los núcleos presentes en una muestra.

Clasificación de los elementos

• Tríadas de Döbereiner: grupos de elementos que presentan regularidad en sus propiedades.
• Ley de las octavas de Newlands: ordenando los elementos según su masa atómica, a partir del octavo las propiedades empiezan a parecerse.
• Tabla de Mendeléiev: Mendeléiev ordenó los elementos según sus propiedades.
• Sistema periódico actual: los elementos con el mismo número de capas electrónicas se sitúan en la misma fila (periodo), y los que tienen el mismo número de electrones en su última capa se sitúan en el mismo grupo.

Enlaces químicos

1. Enlaces covalentes

Los átomos que consiguen estabilidad compartiendo electrones forman enlaces covalentes.