Fundamentos del Átomo: Modelos, Estructura y Propiedades Químicas

Evolución de los Modelos y Teorías Atómicas

La comprensión del átomo ha evolucionado a lo largo de la historia gracias a las contribuciones de numerosos científicos. A continuación, se presentan los modelos más influyentes.

• Dalton (1808): Descubrió que la materia está compuesta por partículas minúsculas, esféricas, indivisibles e inmutables llamadas átomos. Postuló que los átomos de un mismo elemento químico son idénticos entre sí.
• Thomson (1897): Descubrió la presencia de partículas con carga negativa, los electrones (e⁻). Dedujo que los átomos eran una esfera de materia cargada positivamente, en cuyo interior se encontraban incrustados los electrones, en un modelo conocido como "pudín de pasas".
• Rutherford (1911): Propuso un modelo planetario donde los átomos poseen un núcleo en su centro, con carga positiva y donde se concentra casi toda la masa. A su alrededor, en una corteza, giran los electrones con carga negativa.
• Bohr (1913): Para explicar los espectros atómicos discontinuos, estableció que los electrones giran alrededor del núcleo únicamente en orbitales de energía bien definidos.
• Sommerfeld (1916): Perfeccionó el modelo de Bohr, suponiendo que dentro de un mismo nivel de energía existían subniveles y órbitas elípticas, no solo circulares.
• Chadwick (1932): Descubrió la tercera partícula subatómica fundamental, el neutrón. Esta partícula, ubicada en el núcleo, no tiene carga eléctrica y su masa explicaba la diferencia entre la masa total del átomo y la suma de las masas de protones y electrones.

Estructura del Átomo

El átomo está constituido por partículas subatómicas que se organizan en dos zonas diferenciadas. En un átomo eléctricamente neutro, la cantidad de protones es igual a la cantidad de electrones.

El Núcleo Atómico

Ubicado en el centro del átomo, está conformado por protones (con carga positiva) y neutrones (sin carga). Estas partículas, en conjunto, se denominan nucleones y determinan la carga positiva y la mayor parte de la masa del átomo.

La Corteza Electrónica y los Orbitales

Es la región que rodea al núcleo, formada por los electrones (con carga negativa) que se mueven en diferentes niveles energéticos. Dado que los átomos son eléctricamente estables, la cantidad de protones y electrones es la misma.

Propiedades Atómicas Fundamentales

Es muy importante conocer la cantidad de partículas que forman un átomo y la relación que existe entre ellas.

Número Atómico (Z)

Se representa con la letra Z y está determinado por la cantidad de protones que hay en el núcleo. Como en un átomo neutro el número de protones es igual al de electrones, Z también indica la cantidad de electrones. Este número es el que define a un elemento químico y determina su posición en la tabla periódica.

Z = número de protones (p⁺) = número de electrones (e⁻)

Número Másico (A)

Se representa con la letra A y está determinado por la suma de la cantidad de protones y neutrones en el núcleo.

A = número de protones + número de neutrones

A partir de estas definiciones, podemos deducir el número de neutrones:

Número de neutrones = A - Z

Isótopos

Son variantes de un mismo elemento químico. Los isótopos de un elemento tienen el mismo número atómico (Z) pero distinto número másico (A). Esto significa que varían en la cantidad de neutrones que poseen en su núcleo.

Espectros Atómicos y Niveles de Energía

Los espectros atómicos se relacionan con la capacidad de los átomos para emitir y absorber energía. Esta capacidad es posible porque los electrones se estructuran en niveles energéticos específicos alrededor del núcleo.

• Espectro de emisión: Es un espectro discontinuo de rayas brillantes que se produce cuando un átomo emite energía.
• Espectro de absorción: Se produce cuando un átomo absorbe ciertas frecuencias de luz, dejando rayas oscuras en un espectro continuo. Se mide con un espectroscopio.

Niveles de Energía

Tal como sostenía Bohr en su modelo atómico, en un átomo cada electrón solo puede moverse en determinadas órbitas, y en cada una de ellas posee una energía específica. Esto establece los diferentes niveles de energía.

• La energía de los niveles se establece en forma creciente desde el núcleo hacia el exterior (existen menos energía en las zonas más cercanas al núcleo).
• A medida que nos alejamos del núcleo, el nivel de energía es más alto.
• Un electrón debe absorber energía para pasar de un nivel inferior a uno superior y emite energía al regresar a un nivel inferior.

Distribución de Niveles y Subniveles

Cada nivel de energía (n) se divide en subniveles, que pueden albergar un número máximo de electrones:

• Nivel 1 (n=1): Contiene 1 subnivel s (capacidad para 2 electrones).
• Nivel 2 (n=2): Contiene 2 subniveles s y p (capacidad para 8 electrones).
• Nivel 3 (n=3): Contiene 3 subniveles s, p y d (capacidad para 18 electrones).
• Nivel 4 (n=4): Contiene 4 subniveles s, p, d y f (capacidad para 32 electrones).