Fundamentos de Química: Modelos Atómicos, Tabla Periódica y Propiedades Elementales

El Modelo Atómico de Rutherford: La Experiencia de la Lámina de Oro

• Los átomos poseen dos zonas diferenciadas: el núcleo atómico y la corteza electrónica.
• El núcleo es muy pequeño en comparación con el átomo, pero concentra casi toda la masa y la totalidad de la carga positiva. Está compuesto por protones y neutrones.
• Los electrones giran alrededor del núcleo, en la corteza electrónica, a gran distancia del mismo.
• El número de electrones (carga negativa) es igual al número de protones (carga positiva), lo que confiere al átomo su neutralidad eléctrica.

El Modelo Atómico Actual: Mecánica Cuántica y Orbitales

El modelo mecano-cuántico actual introdujo el concepto fundamental de orbital. Este concepto rompe con la idea de Bohr de órbitas fijas y definidas. Si pudiésemos fotografiar las posiciones que ocupa un electrón en su movimiento alrededor del núcleo, observaríamos una nube de puntos que sería más densa en las zonas donde es más probable encontrar al electrón.

• El número atómico (Z): Representa el número de protones presentes en el núcleo de un átomo. Este valor define la identidad química del elemento.
• El número másico (A): Es el número total de partículas en el núcleo de un átomo, es decir, la suma de protones y neutrones.

El Sistema Periódico de los Elementos: Organización y Tendencias

En la tabla periódica actual, los elementos se ordenan en orden creciente de su número atómico (Z), es decir, por su número de protones. Esta organización permite predecir y comprender las propiedades de los elementos.

En la tabla periódica, podemos diferenciar dos tipos de organización principales:

• Las filas se denominan periodos. Todos los elementos en un mismo periodo poseen el mismo número de capas electrónicas ocupadas (o nivel de energía principal). Existen 7 periodos.
• Las columnas se denominan grupos. Todos los elementos en un mismo grupo presentan la misma configuración electrónica en su capa de valencia, lo que les confiere propiedades químicas similares. Existen 18 grupos.

Energía de Ionización: Una Propiedad Periódica Clave

La energía de ionización es la energía mínima necesaria para separar completamente el electrón más externo de un átomo en estado gaseoso, formando un ion positivo (catión).

• Tendencia en un grupo (vertical): Cuando se desciende en un grupo, el electrón más externo está cada vez menos retenido debido al aumento del apantallamiento y la distancia al núcleo. Por lo tanto, se requiere menos energía para arrancarlo, y la energía de ionización disminuye.
• Tendencia en un periodo (horizontal): Cuando se avanza hacia la derecha en un periodo, la carga nuclear efectiva aumenta, atrayendo con mayor fuerza a los electrones de valencia. Consecuentemente, el electrón más externo está cada vez más retenido, y se debe aportar más energía para arrancarlo. Así, al aumentar Z en un periodo, la energía de ionización aumenta.

Clasificación de los Elementos: Metales, No Metales y Semimetales

Los elementos de la tabla periódica se pueden clasificar en tres categorías principales según sus propiedades:

Metales

• Ubicados en la parte izquierda y central de la tabla periódica.
• Tienden a perder electrones.
• Forman cationes (iones con carga positiva).

No Metales

• Situados en la parte superior derecha de la tabla periódica.
• Tienden a ganar electrones.
• Forman aniones (iones con carga negativa).

Semimetales (Metaloides)

• Se encuentran en la frontera entre metales y no metales (principalmente en los grupos 13-16).
• Presentan propiedades intermedias entre metales y no metales.
• Son comúnmente semiconductores o aislantes.