Introducción
Desde la antigüedad el hombre ha
creado ideas y teorías filosóficas sobre el
átomo, específicamente sobre la
composición, estructura, naturaleza de sus partes y
concepto; a tal grado que hoy en día existen
estudios serios y profundos sobre tales temas, los que a
continuación se abordan de forma
breve.
a. Concepto de
átomo.
La palabra átomo proviene del
Latín atomus, y, básicamente, del
griego átomos, así
a = sin; no; negativo
tomo = división;
partir
por lo que átomo significa
indivisible (sin dividir; que no se puede partir); aunque hoy
en día se sabe que el átomo si se
puede dividir en partículas más pequeñas
(sub-partículas),
como el electrón, protón y
neutrón.
En la época antigua (460 a.C.), el
griego Leucipo fue el primer hombre en preguntar se
de que está formada la materia, y desde entonces muchos lo
han hecho y han presentado
sus respuestas al mundo; hoy sabemos que la
materia si está formada por átomos, los
cuales constituyen la unidad básica
estructural de toda la materia. Sin embargo, recordemos
que
existen materia pura (elementos
químicos) y materia compuesta (aire, alcohol, agua,
sales, etc.), y que el átomo representa a la
primera clase de materia y la molécula a la
segunda,
por lo que el concepto correcto de
átomo es el siguiente:
Lo de representativa significa que,
mientras un átomo permanezca entero o completo
entonces posee las propiedades químicas y
físicas de la sustancia pura que representa;
sobre
lo de su tamaño
pequeño, se dice que el átomo es tan
extremadamente pequeño que en un
milímetro de papel hay mil billones de
átomos de Hidrogeno, Oxigeno y Carbono, unidos
en moléculas, los cuales pueden
verse de forma borrosa con un microscopio
superpotente.
b. Composición y estructura
del átomo.
El átomo es un cuerpo
esférico, rígido y activo; hasta hoy
existen 118 clases diferentes, es decir, una clase de
átomo por cada elemento químico. Pasaremos entonces
a estudiar de que (composición) y como
(estructura) está formado el átomo.
Composición
atómica.
La materia está formada de
átomos, y el átomo ¿de qué esta forma
do o compuesto?. Pues bien, se dice que el átomo
está formado o lo componen muchísimas
partículas más pequeñas que él,
llamadas partículas sub-atómicas, como el neutrino,
fotón, neutrón, electrón, protón,
quark, positrón, neutrinos, mesones, muones, antiprotones,
etc.; sin embargo, se acepta mundialmente de que el átomo
está formado principalmente por tres
partículas sub-atómicas: electrón,
protón y neutrón.
Sabemos que la materia contiene
energía, una clase más que otra, y esa
energía se localiza precisamente en las
partículas anteriores, excepto el neutrón; el
electrón es la partícula del átomo que
transporta la energía eléctrica negativa (-),
mientras que el protón transporta la energía
eléctrica positiva (+), y el neutrón no posee carga
eléctrica, por lo que es una partícula
neutra.
Todas estas partículas están
presentes en un átomo, menos en el átomo de
Hidrogeno llamado protio, que no contiene neutrones; así
mismo, todas ellas tienen masa, peso, volumen y un
símbolo, así:
Características de las
sub-partículas fundamentales
del átomo.
Todos los átomos de un elemento
químico tienen la misma cantidad de electrones y protones,
por ejemplo, todos los átomos del Oxigeno tienen ocho
protones y ocho electrones. Respecto al tamaño, la
partícula más grande es el neutrón, luego
menos grande el protón y por ultimo el electrón. En
lo referente al peso, el neutrón es la partícula
más pesada, mucho menos el protón y casi nada el
electrón. En la práctica solo se toman en cuenta la
masa del neutrón y la del protón, que juntas forman
la masa atómica, despreciándose la del
electrón, pues su masa pesa 1,836 veces menos que la masa
del protón (como la tierra y el sol).
Estructura
atómica
Conocemos ya que cualquier átomo
(excepto el protio) está formado
principalmente por tres partículas
sub-atómicas: protones, electrones y neutrones. Ahora toca
saber cómo estas partículas están
distribuidas dentro del átomo, lo que es mejor conocido
como estructura atómica.
La esfera atómica la podemos dividir
en dos zonas o regiones: el núcleo (esfera
interior) y la corteza (esfera exterior).
Regiones del
átomo*
El núcleo. Es una
porción esférica que se localiza en el interior del
átomo, justamente en su centro, y que contiene los
protones y neutrones; ocupa menos espacio (menor
tamaño o volumen) que la corteza pero posee mayor
peso o masa; la masa o peso de los protones, junto con la de
los neutrones (núcleo), forman la mayor parte del peso del
átomo, ya que la masa de los electrones (corteza) es
insignificante (ver cuadro anterior). Hay quienes utilizan la
palabra nucleones para referirse a los protones junto con
los neutrones, por el hecho de que ambas partículas se
localizan en el núcleo, donde están unidas o
cohesionadas.
Otra característica del
núcleo es que este es de carga positiva, por el
hecho de que la carga positiva de los protones se impone ante la
carga cero de los neutrones, o sea, dentro del núcleo
existe una sola clase de carga eléctrica que es la
positiva, que pertenece a los protones.
Los neutrones son de masa ligeramente
superior a la de los protones, es decir, son más pesados;
en general, la esfera del núcleo es mucho menor que la
esfera de la corteza, esto es que, el tamaño del
núcleo es demasiado pequeño en comparación
con el tamaño total del átomo.
La corteza. Es la
porción de materia de forma esférica y que se
localiza fuera del núcleo, es decir, la corteza es
la esfera externa del átomo que rodea al núcleo.
Los electrones son los que forman la corteza del átomo;
giran velozmente alrededor del núcleo; estos electrones se
encuentran en grupos, que giran velozmente alrededor del
núcleo, a manera de capas esféricas, unas encima de
las otras (superpuestas) llamadas niveles de energía;
además, se dice que la corteza tiene carga
eléctrica negativa, púes allí solo habitan
los electrones, que tienen carga negativa.
En resumen, todas las partículas que
forman el átomo están distribuidas en dos partes
llamadas núcleo y corteza; el núcleo se localiza en
la parte central del átomo y contiene los protones y
neutrones, y la corteza rodea al núcleo y está
formada por los electrones. En un capitulo siguiente se explica
detalladamente la ubicación del electrón en el
átomo.
Composición y estructura del
átomo.
(Átomo de Oxigeno)
Observaciones:
– Tenga presente que la figura del
átomo es esférica (como una pelota) y no
plana.
– La figura anterior corresponde a la del
átomo de Oxigeno (isótopo 16), que contiene
8 electrones e igual cantidad de protones y
neutrones.
– Los protones y neutrones no están
libres o separados entre sí, sino que están unidos
(cohesionados) y distribuidos dentro del
núcleo.
c. Teorías y modelos
atómicos.
Hoy en día conocemos mejor la
composición, estructura y propiedades del átomo;
sin embargo, los estudiosos de la época de Leucipo hasta
la época de John Dalton solo tuvieron ideas acerca de
estos temas, lo que duro más de 2,000 años. Desde
el inglés John Dalton hasta estos tiempos, más de
200 años, surgen una serie de teorías acerca
de estos temas del átomo, las que simplemente reciben el
nombre de teorías atómicas; así mismo, a
cada teoría se le agrego su propio modelo o figura
del átomo, surgiendo entonces el tema de
teorías y modelos
atómicos.
Una teoría atómica
trata de explicar, entre otros, los puntos siguientes:
Concepto y partes que forman al
átomo (composición).La manera de cómo estas partes
están distribuidas dentro del átomo
(estructura).
– El nombre y significado de estas
partes.
Naturalezas y propiedades de tales
partes, y del átomo en sí.Combinaciones o uniones entre
átomos.
Un modelo atómico no es
más que el dibujo o esquema de lo que indica su
respectiva teoría, así que cada
teoría tiene su propio modelo del átomo, recibiendo
ambos el nombre
de la persona que las propuso. A partir de
1803 se han propuesto diversas teorías y modelos
atómicos, entre las cuales se destacan las
siguientes:
Teoría y modelo atómico
de Dalton (John Dalton).Teoría y modelo atómico
de Thomson (Joseph John Thomson).Teoría y modelo atómico
de Rutherford (Ernest Rutherford).Teoría y modelo atómico
de Bohr (Niels Bohr).Teoría y modelo atómico
de Bohr-Sommerfeld (Arnold Sommerfeld).
– Teoría y modelo
atómico mecánico-quántico (varios
científicos).
Teoría y modelo
atómico de Dalton.
Fue propuesta por el profesor ingles de
química John Dalton, durante el periodo de 1803-1808, la
que aún es válida pero con ciertas modificaciones.
Los 5 aspectos (postulados) que contiene su teoría
son más o menos los siguientes:
Los elementos químicos
están formados por átomos.Estos átomos son indivisibles
e indestructibles.Los átomos no cambian al
unirse o combinarse, es decir, cada átomo conserva sus
pro piedades físicas y químicas a través
de los cambios.Los átomos de un mismo elemento
químico son iguales en sus propiedades y
peso.
Esta teoría aborda los puntos de
composición de la materia (formada por átomos), de
una propiedad química del átomo
(uniones o enlaces químicos) y de una propiedad
física (peso).
Para Dalton, el átomo no contiene
partículas más pequeñas que él y por
eso es indivisible y macizo. La teoría tiene
algunos aspectos incorrectos hoy en día, tales
como:
Los átomos si se pueden
dividir en electrones, protones, etc.(aunque al hacerlo
entonces el átomo deja de ser representativo del
elemento químico de donde proviene).Los átomos si cambian
algunas de sus propiedades, púes cuando se unen o
combinan ganan, pierden o comparten electrones,
produciéndose así nuevas sustancias.Muchos elementos químicos tienen
en su interior átomos con igual cantidad de
electrones y protones, pero con distinta
cantidad de neutrones. A estos átomos diferentes
que
pertenecen a un mismo elemento se les
conoce como isótopos, por lo que los átomos
de un elementos químico pueden ser
distintos en algunas propiedades.
Según el modelo de Dalton, el
átomo es la mínima cantidad de materia con forma
esférica, solido por dentro, invisible y sin poder
dividirse (que no estaba formado por otras partes
más pequeñas).
Definitivamente, la teoría de Dalton
presenta algunos aspectos válidos, y la misma
sirvió de base o punto de partida para posteriores
teorías.
MODELO ATOMICO DE
DALTON
Resumen sobre esta
teoría:
– Antes de Dalton ya se tenían ideas
sobre el átomo.
– Con Dalton, estas ideas atómicas
pasaron a ser teoría.
– Lo correcto hasta aquí: "el
átomo es la porción más
pequeñísima de la materia, de forma
esférica e invisible".
Teoría y modelo
atómico de Thomson.
Esta segunda teoría fue propuesta
por el físico ingles Joseph John Thomson, en el año
de 1905, como cien años después que la de Dalton.
Éste científico descubrió el
electrón, demostrando así que el átomo si es
divisible, o sea que:
Thomson corrigió lo expresado
por Dalton, de que el átomo era
indivisible.Mejoro la teoría y modelo
atómico del pasado.
Para Thomson, al igual que para Dalton, el
átomo seguía siendo la parte más
pequeña de la materia, con masa y peso, pero formado por
dos partes: una sola masa grande y que contenía la carga
eléctrica positiva (protón), y varias masas
pequeñas incrustadas(metidas)en la masa grande llamadas
electrones, que contenían la carga eléctrica
negativa. Así, esta teoría deja entrever aspectos
como:
* Composición de la materia (formada
de átomos).
* El concepto de átomo (es la parte
más pequeña de la materia).
* Composición del átomo
(formado por electrones y protón).
* Estructura del átomo (como
están distribuidas las 2 cargas eléctricas dentro
del átomo).
* La naturaleza del electrón y la
carga positiva (vienen del átomo y contienen
electricidad).
* El átomo es eléctricamente
neutro, pues la suma de sus cargas negativas (electrones)
es neutralizada por la carga positiva (masa grande o
protón).
Respecto al modelo de Thomson, puede
apreciarse que este también era esférico,
sólido y divisible en dos partes: una masa grande
esférica y que ocupa la mayor parte del volumen o espacio
del átomo (carga positiva), y otras masas menores
también esféricas incrustadas en la masa grande
(cargas negativas),ocupando el resto del espacio del
átomo. A este modelo se le conoció con el
sobrenombre (apodo) de "budín de pasas".
Modelo atómico de
Thomson
Indudablemente que esta teoría
corrigió y aumento nuestro conocimiento sobre el
átomo, pues para Dalton el átomo era una sola masa,
y para Thomson esta masa la forman dos clases de
partículas, lo que indica que el átomo puede
dividirse. Como observación, Thomson descubrió el
protón (1906), pero un año más tarde de
haber presentado su teoría (1905), por lo que debemos
denominar protón a lo que el llamo "masa de carga
positiva".
Resumen: Con Dalton se
concluyó que el átomo es la porción
más pequeñísima e invisible de la materia.
Si a lo anterior le agregamos lo de Thomson, entonces lo correcto
es que "el átomo es la porción más
pequeñísima de la materia, y dividida en 2
partículas: protón y electrón".
Teoría y modelo
atómico de Rutherford.
En 1909, el científico inglés
Sir Ernest Rutherford concluyo que la masa con carga positiva,
llamada protón por Thomson, no estaba dispersa por todo el
átomo sino que estaba localizada en el centro del mismo, a
lo cual llamo núcleo; así mismo, expreso que los
electrones giraban circularmente alrededor de este núcleo
(como los planetas alrededor del sol), en vez de estar
incrustados en todo el átomo, como aseguro Thomson. Estos
descubrimientos indujeron a Rutherford, en 1911, a proponer la
tercera teoría atómica, que supero a las
anteriores.
Hasta aquí ya estaban descubiertos
el electrón y el protón; ahora debemos agregar al
átomo el nuevo termino llamado núcleo, el que no es
una subpartícula, sino el espacio ocupado por el
protón, pero que viene a darnos una mejor idea sobre la
estructura del átomo.
Básicamente, la teoría expone
lo siguiente:
– Toda la carga positiva (protón) se
localiza en la parte central del átomo, llamada
núcleo.
– Los electrones (cargas negativas) giran
en forma circular, alrededor del núcleo.
– La cantidad de carga positiva es
diferente para cada elemento químico, pero en todo caso,
dicha cantidad corresponde a la mitad de la masa total del
átomo.
– La cantidad de carga positiva
(protón) es igual a la de las cargas negativas
(electrones), lo que hace que un átomo sea neutro (cargas
opuestas se anulan entre sí).
– La masa del núcleo representa casi
el 100% de la masa total del átomo (la masa de los
electrones de un átomo es insignificante).
– Sucede lo contrario con el volumen o
espacio: los electrones ocupan el 99.99% del espacio total del
átomo, y el núcleo ocupa el resto.
La teoría nos explica que el
electrón y el protón provienen (naturaleza) del
átomo, y que ambas partículas están cargadas
eléctricamente, la primera negativa y la segunda positiva;
la masa o peso de los electrones es insignificante, en
comparación con la gran masa del núcleo.
Cuando Rutherford asegura que la cantidad
de carga positiva es igual a la de las cargas negativas
(electrones), podemos pensar que al haber ocho electrones, por
ejemplo, entonces deberían haber ocho protones en el
núcleo, y esto haría que el átomo sea neutro
(cargas contrarias u opuestas se anulan entre sí). Podemos
pensar entonces que dentro del núcleo existen uno o
más protones, dependiendo de la cantidad de electrones que
tenga el átomo.
Rutherford y Thomson coinciden en que el
átomo es eléctricamente neutro; sin embargo, esta
teoría fue descartada porque no explica la manera en que
los electrones giran alrededor del núcleo, es decir, en
qué orden lo hacen o cual es el comportamiento del
electrón durante ese giro. Esto último hace pensar
que los electrones pudiesen chocar entre sí o contra el
núcleo, sabiendo en la actualidad que el electrón
tiene un orden en su giro, lo que se desconocía en ese
tiempo.
El modelo atómico de
Rutherford nos indica que el núcleo se localiza en la
parte central del átomo, siendo su volumen muy reducido, y
los electrones están ubicados a su alrededor,ocupando casi
la totalidad del espacio del átomo. Éste modelo se
conoce también con los sobrenombres de "átomo
nuclear" y "sistema planetario".
Modelo atómico de
Rutherford
Dos aspectos son válidos en la
teoría de Rutherford: el haber descubierto un
núcleo central en el átomo, donde residen los
protones, y el haber indicado que los electrones giran
alrededor de este núcleo, aunque no supo explicar la forma
en que lo hacían.
Resumen: Para Thomson, el
átomo es "la porción más
pequeñísima de la materia, pero dividida en 2
partículas: protón y electrón". Si agregamos
lo de Rutherford, entonces el átomo "es la parte
más pequeña de la materia con un núcleo
central y electrones girando alrededor de él". Esto se
acerca a la verdad.
Teoría y modelo
atómico de Bohr.
Niels Henrik David Bohr fue un
físico de Dinamarca, alumno de Rutherford, que estudio
también el átomo, específicamente el
electrón, por lo que en 1913 propuso la cuarta
teoría y modelo atómico. En forma resumida, sus
conclusiones fueron las siguientes:
Coincidía con Rutherford en que,
el átomo contiene un núcleo central
formado por protones de carga positiva, bastante
pequeño pero con la mayor parte de la masa del
átomo.Los electrones giran alrededor
del núcleo en una forma circular, al igual que un
sistema planetario.Los espacios circulares donde giran los
electrones son orbitas esféricas definidas, a las
cuales llamo "capas de energía" y les asigno
letras mayúsculas (K, L, M, N, O, etc.).Un átomo puede tener varias
capas de energía, unas dentro de otras, o sea
concéntricas, y cada capa contiene un cierto
número de electrones.Los electrones pierden cada vez
más energía, a medida que se van alejando del
núcleo.Los electrones pueden absorber y perder
energía, si ascienden o descienden de un nivel a
otro.
Básicamente, Bohr discutió la
composición y estructura del átomo, pero más
que todo el comportamiento del electrón. El
confirmo lo de Rutherford, de que el átomo contiene un
núcleo central formado por partículas llamadas
protones; también concuerdan en que los electrones giran
alrededor del núcleo en forma circular. Ahora bien,
Rutherford no pudo explicar la manera en que los electrones giran
alrededor del núcleo, lo que sí hizo Bohr,
introduciendo el concepto de"capa de energía", que son los
espacios o regiones donde se encuentran los electrones realizando
su movimiento circular o elíptico alrededor del
núcleo. Esto ultimo hizo que la teoría de Bohr
fuera más completa que la de Rutherford, pero
también fue descartada porque era aplicable solo para los
átomos de Hidrogeno, Helio y Litio, y no los
demás.
Entonces, hasta ahora tenemos un
átomo formado por un núcleo, que contiene los
protones , y por los electrones, que giran en capas de
energía alrededor del núcleo. Con esto, Bohr hizo
su siguiente modelo atómico:
Modelo atómico de
Bohr
(Átomo de Litio)
La capa de energía cercana al
núcleo es la primera, llamada K, luego hacia afuera sigue
la segunda capa, llamada L, y así
sucesivamente; una capa de energía u orbita se encuentra a
una distancia definida de la otra, y a medida que los electrones
se alejan del núcleo luego van perdiendo más
energía. Lo novedoso aquí es que introduce el
concepto de capa o nivel de energía, lo que es muy
importante hoy en día, púes constituye "el
numero quántico principal" en la estructura
electrónica.
Resumen: Bohr está
de acuerdo con Rutherford, en que el átomo es la parte
más pequeña de la materia y que está formado
por un núcleo central y por electrones satélites;
pero agrega que tal núcleo es una masa de
protones.
Teoría y modelo
atómico de Bohr-Sommerfeld.
Arnold Sommerfeld estudio el modelo de Bohr
y lo modifico en 1915, agregándole lo
siguiente:
–El concepto de sub-nivel de
energía. Un nivel o capa de energía (Bohr)
está dividido en sub- niveles, que son las regiones o
espacios alrededor del núcleo en donde se localizan
realmente los electrones. El nivel es un conjunto de
sub-niveles, excepto el primero que solo posee un sub-nivel
(s).
–El movimiento de los electrones.
Sommerfeld afirmo que los electrones se movían tanto en
forma elíptica como circular alrededor del
núcleo.
De esta manera, la figura del átomo
va adquiriendo su forma actual, pues ahora el electrón
tiene dos números quánticos: el número
quántico principal o nivel de energía, y el
número quántico orbital o subnivel de
energía. Sin embargo, esta teoría y modelo
atómico eran incompletos pues no explicaban otros aspectos
importantes del electrón; así, varios personajes
continuaron investigando sobre la manera en que el
electrón estaba distribuido alrededor del núcleo,
resultando así la teoría y modelo atómico
actual o contemporáneo.
Así pues, el modelo atómico
de Bohr-Sommerfeld es sencillo pero incompleto, pues el
átomo sigue formado por un núcleo positivo central
(aún no hay neutrón) y por los electrones, que
giran alrededor del núcleo, en forma circular y
elíptica. El número de protones es igual al
número de electrones.
Modelo atómico de
Bohr-Sommerfeld
Teoría y modelo
atómico
mecánico-quántico.
Esta teoría fue propuesta en 1928, y
es la que se utiliza en la actualidad; muchos hombres de ciencia
contribuyeron a conformarla, directa o indirectamente, tales como
Louis de Broglie, Dirac, Werner Heisenberg, Bohr, Erwin
Schröedinger, etc.
Esta teoría nos indica en que
espacio de la corteza del átomo podemos
encontrar, con muchas probabilidades (90%), un electrón
(estado del electrón); en otras palabras, es imposible
predecir el punto exacto en donde podemos encontrar un tan solo
electrón en un momento dado, pero si se puede calcular el
espacio o región del átomo en donde se mueve un
electrón, lo que constituye el fundamento de esta
teoría. Para poder establecer tal espacio, denominado
orbital atómico, es necesario conocer cuatro datos
de él, los llamados números quánticos, que
son como su cedula o tarjeta de identidad, los cuales son:
n, l, ml y ms (en este
orden).
n llamado numero quántico
principal, y es el primer número quántico de un
electrón.
También se le conoce como nivel de
energía principal o, sencillamente, capa de
energía, e indica el número del nivel en donde se
encuentra un electrón, es decir, la distancia a la que se
encuentra el electrón con respecto al núcleo. En
realidad, el nivel indica la cantidad de energía que posee
un electrón, esto es que, electrones con cantidades
distintas de energía estarán localizados en niveles
de energía diferentes.
Todos los electrones de un átomo
están distribuidos primeramente en niveles de
energía, los cuales están identificados con
números (1,2,3,4,5,6 y 7) o letras ( K, L, M, N, O, P y
Q); cada nivel de energía es una gran capa o región
alrededor del núcleo, y en la tabla periódica estos
niveles de energía están representados por las
líneas horizontales llamadas periodos, las que
también están identificadas con estos mismos
nú meros (1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7) y letras (K, L, M, N, O, P
y Q). Para el caso, un átomo de Hidrogeno solo tienen un
nivel de energía (periodo 1 en la tabla periódica)
en el cual habita el único electrón que tiene este
elemento químico; un átomo de Oxigeno tiene dos
niveles de energía (periodo 2 en la tabla
periódica) en los cuales están distribuidos sus
ocho electrones, habiendo átomos (como el de Plutonio) que
poseen hasta siete niveles de energía, en los cuales
están distribuidos todos sus 94 electrones. Ahora bien,
cada nivel tiene su propia capacidad de albergar electrones, es
decir, cada nivel solo puede contener una cierta cantidad de
electrones, y para poder calcular esta capacidad se emplea la
formula 2n2 , en donde n representa el número del
nivel.
El nivel 1 es el que está más
cerca del núcleo del átomo, luego los demás
niveles se van alejando sucesivamente, sucediendo lo mismo con la
cantidad de energía de los electrones, pues los
electrones que están ubicados en el nivel 2 tienen
más energía que los del nivel 1, y los electrones
del nivel 3 tienen más energía que los electrones
que están ubicados en el nivel 2, y así
sucesivamente; es decir, a medida que aumenta el valor de
n entonces aumenta la energía del electrón,
deduciéndose entonces que el electrón adquiere
más energía en la medida que se aleja del
núcleo.
Cuando se expresa que n = 1
se da a entender que ese electrón se encuentra ubicado en
el nivel de energía 1, si nos indican que n
= 2 entonces el electrón de que se habla
está ubicado en el nivel de energía 2 del
átomo; los electrones del nivel de energía l
son los que están más cerca del núcleo, y
los del nivel 7 son los que están más lejos de el
núcleo en cualquier átomo. En conclusión,
los electrones se alejan del núcleo en la medida que
aumenta el valor de n.
l llamado número
quántico subsidiario o azimutal, y es el segundo
numero quántico de un electrón.
Se le conoce también como
subnivel, e indica el número del subnivel dentro
del nivel principal, en otras palabras, este número indica
la ubicación del electrón dentro del nivel. Cada
nivel de energía está dividido en sub-niveles, y al
igual que los niveles, los subniveles están identificados
con las letras s, p, d, f,
etc.
El nivel 1 solo posee un
subnivel(s); el nivel 2 está dividido en dos
subniveles(s, p); el tercero tiene 3 subniveles
(s, p, d), y así sucesivamente. El primer
subnivel(s) solo puede albergar dos electrones; el segundo
subnivel (p) puede contener hasta 6 electrones; el tercero
(d) puede tener hasta 10 y el cuarto ((f) hasta 14
electrones.
Si un nivel tiene los subniveles s,
p, d entonces el o los electrones que estén
ubicados en el subnivel s tendrán la menor
energía, y los que estén ubicados en el subnivel
d presentaran la mayor energía, dentro de ese mismo
nivel. Otro ejemplo, si un nivel presenta los cuatro subniveles
s, p, d, f entonces el o los
electrones del subnivel p tendrán mayor
energía que los del subnivel s, y el o los
electrones del subnivel d tendrán mayor
energía que los del subnivel p.
Acerca de los subniveles, se dice que cada
uno de ellos está formado por una o más regiones
tridimensionales más pequeñas llamadas orbitales,
que están alrededor del átomo y en donde se mueven
o habitan realmente los electrones; cada tipo de orbital
tiene su propia forma y su propia orientación o
dirección dentro del espacio atómico.
Así, los niveles contienen a los
sub-niveles, y estos a los orbitales, los que pueden tener
varias formas, según sea el subnivel del que se
trate; por ejemplo, el subnivel s tiene un solo
orbital(s), cuya forma es esférica
(cubriendo el núcleo) y el subnivel p tiene tres
orbitales (px,
py, pz), con formas de un 8 vertical
(parado) y horizontal (acostado).
m llamado numero quántico
magnético u orbital, y es el tercer numero quántico
del electrón.
Indica el número y la
orientación de los orbitales en la corteza del
átomo; con respecto al número de orbitales,
se indicó anteriormente que un subnivel puede estar
formado por uno o más orbitales, los que adoptan formas
distintas. Ahora bien, los orbitales de un mismo nivel tienen una
orientación o dirección distinta dentro de la
corteza atómica, siempre alrededor del núcleo, sin
que ninguno de ellos choque con los demás; esta
ubicación está determinada por tres ejes
imaginarios (x,y,z) que parten del centro del núcleo y que
forman un volumen atómico (corteza del átomo),
dentro del cual se localizan tales orbitales, en forma
ordenada.
Por esta razón, cada orbital (no el
electrón) esta identificado por dos letras,
correspondiendo la primera al subnivel, que da la forma al
orbital, y la segunda al eje, que le da la orientación
espacial dentro de la corteza atómica.
s llamado numero quántico
spin, indica el sentido del giro del electrón sobre su
propio eje (movimiento de rotación), dentro
del orbital.
Los tres números quánticos
anteriores dependen unos de los otros, pero el spin solo depende
del electrón, es decir, es un número o
característica propia del electrón; en un orbital
pueden habitar solo dos electrones a lo máximo, y ambos
deben de tener un giro o spin contrario, esto es que, si uno de
los electrones gira sobre su propio eje en sentido de las
manecillas del reloj, luego el segundo electrón de un
orbital deberá de tener su giro en sentido contrario al
primer electrón. Si ambos electrones giraran en el mismo
sentido (spines similares), entonces se repelerían entre
sí, pero si ambos electrones tienen distinto sentido de
giro, luego se producirá algo de atracción entre
ellos, que es el punto que los mantiene unidos dentro de un
orbital. Un orbital atómico es un espacio o región
alrededor del núcleo del átomo, con forma y
dirección definida, en donde existe bastante probabilidad
(90%) de poder encontrar un electrón.
Los anteriores números indican que
todos los electrones de un átomo están distribuidos
primeramente en niveles, luego en subniveles y finalmente en
orbitales, en donde cada par de electrones giran sobre sus
propios ejes en sentido contrario (spin). De esta manera, cada
electrón tiene sus propios cuatro números
quánticos ((principio de exclusión de Pauli), es
decir, no existen siquiera dos electrones que tengan los mismos
números quánticos en un mismo átomo;
conociendo los primeros tres números quánticos de
un electrón, y operando la ecuación de Schrodinger,
podremos entonces calcular una región dentro del
átomo en el que tiene lugar el movimiento de este
electrón.
Los primeros tres números
quánticos le sirven al electrón a manera de
coordenadas, o direcciones, para trazar su movimiento alrededor
del núcleo (movimiento de traslación); el cuarto
número cuántico indica el sentido en que se mueve
el electrón alrededor de su propio eje (movimiento de
rotación). Así, estos cuatro números
quánticos nos ayudan a describir toda una región
alrededor del núcleo, denominado orbital, en donde
podemos encontrar un electrón en particular.
Resulta bastante difícil hacer un
bosquejo o modelo tanto del átomo de Bohr-Sommerfeld como
del mecánico-cuántico, por lo que en adelante se
utilizara el modelo de Bohr para la enseñanza del
átomo.
Resumen: Sumando todos los
aportes valederos de las distintas teorías
atómicas, tenemos entonces que el átomo es " la
parte mas pequeña de un elemento químico, formado
por un núcleo central, que contiene los protones y
neutrones, y por los electrones, que giran alrededor del
núcleo y de sí mismo, en regiones o espacios
denominados orbitales.
El
Electrón
Se apuntó anteriormente que el
átomo está formado por muchas partículas
sub- atómicas (neutrino, fotón, neutrón,
electrón, protón, quarks, etc.), siendo las
más importantes el protón, el neutrón y el
electrón. De estas tres, el electrón es la
partícula más importante desde el
punto de vista de las reacciones y enlaces químicos, es
decir, en la formación de nuevas
sustancias. Por esto último
ampliaremos a continuación el estudio del
electrón.
a. Concepto e
importancia.
La palabra sub-atómica significa que
el electrón, al igual que el neutrón,
protón, etc., pertenece al átomo, y por lo tanto su
tamaño es menor que la de este.
Para que se formen las sustancias
químicas es necesario que los átomos de igual o
distinta clase se unan entre sí, lo cual se logra por
medio de los electrones que están en la última capa
o nivel de energía de cada átomo. Esto lo veremos
en el tema de los Enlaces Químicos.
b. Ubicación y
características.
Los electrones están ubicados
o localizados alrededor del núcleo atómico,
formando una región esférica llamada corteza o nube
electrónica; esta región es mucho más grande
que la del núcleo, pero de menor peso, dado que el peso o
masa de un electrón es miles de veces menor que la masa de
un protón o neutrón. Debemos de recordar que los
electrones están distribuidos en el átomo en
niveles, subniveles y orbitales.
Entre algunas características del
electrón están las siguientes:
– Símbolo. Al electrón se le reconoce por su
símbolo e
– Carga eléctrica. El
electrón posee energía, la cual es de carga
negativa (-).
– Tamaño. Es la partícula
más pequeña del átomo, pero todos los
electrones en conjunto forman un volumen (espacio
ocupado) mayor que la del núcleo.
– Masa o peso. También es la
partícula de menor peso en el átomo. Su peso es 1,
837 veces menor que el peso del protón o del
neutrón.
– Numero. La cantidad de electrones en un
átomo será igual a la cantidad de protones
que contenga dicho átomo. Esto es, si el
átomo de Oxigeno tiene ocho protones, entonces
dicho
átomo también contiene ocho
electrones, y de igual manera sucede con los demás
átomos.
Distribución de los
electrones en niveles de energía
(átomo de Magnesio con 12
electrones)
c. Cuadro resumen del
electrón.
Página siguiente  |