Fundamentos de la Estructura Atómica: Partículas, Modelos y Cuantización

Partículas Subatómicas Fundamentales

• Masa del electrón (m_e): 9,109534 x 10^-31 Kg
• Carga del electrón (q_e): -1,602189 x 10^-19 C
• Masa del protón (m_p): 1,672649 x 10^-27 Kg
• Carga del protón (q_p): 1,602189 x 10^-19 C
• Masa del neutrón (m_n): 1,674954 x 10^-27 Kg

Rayos Canales

• Están formados por partículas con carga positiva.
• La relación entre la carga y la masa es diferente según el gas empleado en el tubo.

Números Cuánticos

Los números cuánticos describen las propiedades de los electrones en un átomo:

• Principal (n): Define el nivel de energía del electrón.
• Momento angular orbital (l): Determina la forma del orbital. Sus valores van de 0 a n-1.
• Magnético (m_l): Indica la orientación espacial del orbital. Sus valores van de -l, ..., 0, ..., +l.
• Magnético de espín del electrón (m_s): Describe el espín del electrón (+1/2 o -1/2).

Modelo Mecano-Cuántico

Las ecuaciones de este modelo describen el comportamiento de los electrones dentro del átomo. Recogen, por un lado, su carácter ondulatorio y, por otro, la imposibilidad de predecir sus trayectorias exactas. De esta manera, establecen el concepto de orbital.

Normalmente, los orbitales se representan mediante superficies imaginarias dentro de las cuales la probabilidad de encontrar el electrón con una determinada energía es muy grande.

Modelo Atómico de Rutherford

Principales postulados del modelo de Rutherford:

• En el núcleo se alojan la carga positiva y casi la totalidad de la masa del átomo.
• La corteza está formada por electrones que giran alrededor del núcleo, como si se tratara de un sistema solar en miniatura.
• El radio del núcleo es aproximadamente 100.000 veces más pequeño que el radio del átomo.

Limitaciones del Modelo Atómico de Rutherford

• Los electrones se mueven en órbitas circulares y tienen aceleración normal. Según la física clásica, una carga eléctrica en movimiento acelerado emite energía. Por tanto, los electrones debían caer en una órbita espiral hacia el núcleo hasta chocar con él. Mientras tanto, el átomo perdería energía en forma de radiación electromagnética de espectro continuo.
• El electrón pasaría por todas las órbitas posibles, describiendo una espiral cuyo centro estaría en el núcleo del átomo, y la radiación emitida debería ser continua. Esto contradecía las observaciones experimentales de los espectros atómicos discretos.

Modelo Atómico de Bohr

Postulados clave del modelo de Bohr:

• La energía del electrón dentro del átomo está cuantizada; es decir, el electrón solo ocupa unas posiciones o estados estacionarios alrededor del núcleo con unos valores de energía específicos.
• El electrón se mueve siguiendo órbitas circulares alrededor del núcleo. Cada una de estas órbitas corresponde a un estado estacionario o nivel de energía permitido y se asocia con un número natural (n=1, 2, 3...).
• Los niveles de energía permitidos al electrón son aquellos en los que su momento angular es un múltiplo entero de h/2π, donde h es la constante de Planck.
• Solo se absorbe o emite energía cuando un electrón pasa de un nivel de energía a otro. Si llamamos E_i a la energía del nivel de partida y E_f a la energía del nivel de llegada, la variación de energía correspondiente y su frecuencia serán:

  ΔE = E_f - E_i