Principios de la Mecánica Cuántica y Tendencias Atómicas

Modelo atómico de Bohr

En 1912, el físico danés Niels Bohr propuso un modelo en el cual los electrones no giraban en torno al núcleo a cualquier distancia, sino que únicamente lo hacían en ciertas órbitas permitidas. Las hipótesis principales 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 un nivel de energía asociado al movimiento.
• 3. El menor estado energético en el que el electrón puede estar es el estado fundamental. Cuando el electrón se encuentra en un estado energético más elevado (estado excitado), puede "saltar" a un nivel inferior emitiendo un cuanto de energía correspondiente a la diferencia de energía de los dos estados.
• 4. Solo pueden existir aquellos estados del movimiento electrónico cuyo momento angular sea un múltiplo de h/2π.

Números cuánticos

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

• Número cuántico principal (n): Solo puede tomar valores naturales (n=1, 2, 3, 4…). Cada valor designa un nivel y está relacionado con el tamaño del orbital. A mayor valor de n, mayor es la distancia promedio del electrón respecto al núcleo.
• Número cuántico orbital o secundario (l): Solo puede tomar valores enteros entre 0 y n-1. Cada valor designa un subnivel, representado por letras: l=0 (s), l=1 (p), l=2 (d), l=3 (f). Está relacionado con la forma del orbital, el módulo del momento angular y la energía.
• Número cuántico magnético (ml): Puede tomar los valores enteros comprendidos entre -l hasta +l, incluyendo el 0. Está relacionado con la orientación del orbital en el espacio.
• 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 y -½.

El radio atómico

El radio atómico representa la distancia que existe entre el núcleo y la capa de valencia (la más externa).

• En un grupo: El radio aumenta al descender. Aunque la carga nuclear aumenta, se añaden nuevas capas electrónicas, lo que provoca efectos de apantallamiento.
• En un período: El tamaño atómico disminuye al avanzar. Los electrones entran en la misma capa y, aunque se repelen, el aumento de la carga nuclear incrementa las fuerzas de atracción.

La energía de ionización

Se define como la cantidad mínima de energía necesaria para arrancar el electrón enlazado con menor fuerza de un átomo neutro gaseoso en su estado fundamental. Mide la fuerza de unión del electrón al átomo.

• Tendencia en un período: La energía de ionización aumenta al avanzar, debido a que disminuye el tamaño atómico y aumenta la carga positiva del núcleo, atrayendo los electrones con más fuerza.
• Tendencia en un grupo: La energía de ionización disminuye al descender. Aunque aumenta la carga nuclear, el incremento de capas electrónicas provoca que el electrón más externo esté apantallado y sienta menos la atracción del núcleo.

La energía de ionización más elevada corresponde a los gases nobles, debido a su configuración electrónica altamente estable.