Teoría Atómica (Estructura de la materia)

Teoría Atómica (Estructura de la materia)    by   Prof. Jorge Rojano

Es la teoría que afirma que la materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas átomos. Los átomos son tan pequeños que en un punto puede haber 2.000.000.000 de ellos,

El átomo posee fundamentalmente 3 clases de partículas: los electrones, protones y neutrones.

Los protones y neutrones se encuentran en el núcleo y proporcionan la masa del átomo. Los protones poseen carga positiva con un valor de 1,6 x 10-19 culombios y los neutrones solamente masa. La masa de un protón es de 1,672 x 10-24 g  y la de un neutrón de 1,675 x 10-24 g.

Los electrones se encuentran fuera del átomo en los llamados niveles de energía. Los niveles más alejados del núcleo tendrán mayor energía. Los electrones, son los responsables de que un elemento reaccione con otro para formar moléculas. Los electrones poseen carga negativa con un valor igual al de los protones y su masa es de 9,11 x 10-28 g El número de electrones en un átomo neutro es igual al de protones.

El número de protones se denomina número atómico y se representa por Z. A la suma de los protones y neutrones de un átomo se le llama número másico y se representa por A, A= Z + 0n1 Los electrones se encuentran fuera del núcleo del átomo en los llamados niveles de energía y son los responsables de que un elemento reaccione con otro para formar moléculas. Los electrones poseen carga negativa con un valor igual al de los protones y su masa es de 9,11 x 10-28 g El número de electrones en un átomo neutro es igual al de protones. Para representar un átomo neutro de un elemento se utiliza   AzXo en donde o representa la carga. Ejemplo representar a elementos sodio, cloro, calcio

Existen átomos que pueden tener cargas positivas o cargas negativas en exceso, estos átomos se denominan cationes y aniones respectivamente. Para representarlos se debe indicar la carga: Ejemplo el ión sodio puede representarse por  2311Na+1  esta escritura quiere decir que tiene 10 electrones y 11 protones, el ión cloro se escribirá así: 3517 Cl-1 lo cual indica que tiene 18 electrones y 17 protones.

MODELOS ATÓMICOS:

Para explicar cómo se distribuían las partículas subatómicas en el átomo, los científicos propusieron teorías y modelos. Estos modelos fueron en su orden de aparición:

1. Principios filosóficos: los primeros en hablar del átomo fueron los griegos Demócrito y Leucipo en la antigüedad quienes establecieron que la materia estaba formada por partículas pequeñísimas a las cuales llamaron átomo (sin fundamento científico)
2. Teoría o postulados  de Dalton(Modelo de Dalton en 1805): a) La materia está formada por partículas esféricas denominadas átomos; b) Los átomos de un mismo elemento son idénticos entre sí en tamaño y masa; c) Átomos diferentes elementos pueden unirse en proporciones definidas y enteras para formar compuestos químicos
3.  En el año de 1887 surgió el modelo estático de J.J Thomson quien concibió   el átomo como una masa fluida en donde se encontraban los electrones y protones distribuidos por todo el átomo. No fue aceptado porque algunos de los experimentos para comprobar tal afirmación,  resultaron negativos.
4.  Después surgió el modelo atómico de Rutherford (modelo planetario en 1911) quien después de hacer el experimento de la lámina de oro, propuso que el átomo estaba formado por una parte central en donde se encuentra toda la masa y la carga positiva, fuera del núcleo se encuentran los electrones girando alrededor del núcleo en un número igual al de protones con un movimiento similar al de los planetas alrededor del sol. También propuso que el átomo es en su mayor parte espacio vacío. El modelo atómico de Rutherford fue aceptado inicialmente pero luego fue rechazado por no explicar  la emisión de espectros de los elementos.
5.  Modelo elíptico. en 1913  el científico Niels Bohr, basándose en el modelo de Rutherford propuso que los electrones giraban en órbitas elípticas con un valor de energía determinado sin que el electrón emitiera o absorbiera energía. A estas órbitas las llamó Bohr, niveles de energía. Bohr propuso que si un electrón absorbía energía podía pasar a un nivel energético de mayor energía. Si el electrón bajaba a su nivel energético inicial, emitía dicha energía en forma de radiación. El modelo de Bohr fue rechazado porque solamente explicaba su tesis para el átomo de hidrógeno (elemento con un solo electrón). Para los demás elementos que tienen bastantes electrones no pudo explicar. Bohr, designó a los niveles de energía por la letra n y afirmó que podían existir 7 niveles designados por los números: 1, 2, 3, 4, 5, 6,7 los cuales almacenan un número de electrones, este número puede calcularse por la fórmula: No.electrones=2n2 en donde n es el nivel de referencia. ¿Cuántos electrones hay en el nivel 3?   R/18
6.  Modelo de Sommerfeld: en 1923 el físico alemán Arnold Sommerfeld propuso un modelo atómico, según el cual el átomo no solamente tiene niveles de energía si no también subniveles de energía (orbitas circulares) en donde los electrones también giran. Este modelo explicaba lo que el modelo de Bohr no podía explicar para los elementos distintos al hidrógeno. Es decir no solamente los electrones se van a encontrar en el nivel, si no también en los subniveles. Los primeros cinco modelos fueron refutados y rechazados por no  explicar en forma concreta la posición del electrón en el átomo. Sin embargo los fundamentos de algunas de ellas, sirvieron de base para el modelo cuántico, el cual surgió en  1926. Se llamó así  porque se basó en el uso de cuatro números (letras) llamados números cuánticos. Fue propuesto por Erwin Schrodinger quien se fundamentó en el modelo de Bohr, de Sommerfeld y en el principio de incertidumbre de Heisemberg (“no es posible determinar la posición y la velocidad de un electrón simultáneamente”). Según este modelo los electrones se encuentran en niveles de energía. Existen siete (7) niveles. Cada nivel está formado por subniveles de energía y el número de ellos dependerá del nivel, por ejemplo el nivel 1 tendrá un  subnivel, el nivel 2, dos subniveles y así sucesivamente. Estos subniveles  se designan por las letras s, p, d, y f.  Para cada letra se le asigna un valor así: para s 0, para p 1, para d 2, para f 3.  En cada subnivel hay regiones en donde se encuentran los electrones, llamadas orbitales y el número de ellos se calcula por la fórmula: 2L+1, en donde L es el subnivel. En cada orbital pueden existir máximo 2 electrones y el  número total de electrones en cada subniveles se puede calcular por la fórmula: 2(2L+1) Así para el subnivel s, le corresponde 2 electrones, para el subnivel p, 6 y así sucesivamente.

La distribución y representación de los electrones en los niveles y subniveles se denomina distribución o configuración electrónica. En esta representación deben indicarse los niveles con números, los subniveles con letras y con un súper índice el número de electrones en cada subnivel.

Por ejemplo los 11 electrones del elemento sodio que se distribuyen  así: 2 en el primer nivel, 8 en el segundo nivel y 1 en el tercero tendrá la siguiente configuración electrónica: 1s22s22p63s1 ¿por qué?

Si deseamos escribir la configuración electrónica anterior con orbitales sería: 1s22s22px22py22pz23s1 ¿por qué?

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