Estructura Atómica

Partículas Subatómicas

Neutrones

En 1930, W. Bothe bombardeó átomos de berilio con rayos alfa y obtuvo partículas desconocidas con propiedades nuevas. En 1936, Chadwick demostró que estas partículas eran fragmentos nucleares con una masa ligeramente mayor que la del protón, pero sin carga eléctrica. Les dio el nombre de «neutrones».

Los neutrones tienen un gran poder de penetración y son los proyectiles empleados en las transmutaciones artificiales. Provocan las fisiones nucleares y mantienen activos los reactores nucleares. Su representación es la siguiente: ⁰₁n.

Protones

Si el gas empleado en los tubos de descarga es hidrógeno normal, se obtienen rayos catódicos y partículas con carga positiva y una masa 1836 veces mayor que la del electrón. Chadwick demostró que las cargas positivas del núcleo coinciden con el número de orden del elemento en la tabla periódica.

Experimentalmente, se identificaron las cargas positivas del átomo como núcleos de hidrógeno y se les dio el nombre de «protones». El número de protones en el núcleo se designa con la letra Z y es igual al número de electrones en la corona. Los átomos de un elemento determinado siempre contienen el mismo número de protones (Z).

Naturaleza de la Luz

Teoría Corpuscular

La luz se compone de pequeñas partículas o corpúsculos. Gilbert Lewis las llamó «fotones» en 1926. Esta teoría explicaba que la luz viajaba en línea recta y proyectaba sombras.

Teoría Ondulatoria

Robert Hooke la propuso en el siglo XVII, indicando que la luz tenía forma de ondas. Hacia 1865, Maxwell sostuvo que las ondas de luz eran electromagnéticas, estaban asociadas a energía y no a partículas, y que además de amplitud, tenían las siguientes magnitudes:

• Frecuencia: número de ondas que pasan por un punto en un segundo.
• Longitud de onda: distancia entre dos puntos máximos de la onda.
• Velocidad: distancia recorrida en un segundo, igual a la frecuencia por la longitud de onda. La velocidad de la luz es constante e igual a 3,00 x 10¹⁰ cm/seg.

La teoría ondulatoria explicaba la difracción y la interferencia, pero no la emisión fotoeléctrica.

Teoría Cuántica

En 1900, Max Planck propuso su teoría cuántica, unificando las dos teorías anteriores con los siguientes enunciados:

• La energía está constituida por porciones elementales discretas llamadas «cuantos de energía».
• Los cuantos de energía que constituyen las radiaciones electromagnéticas se llaman «fotones» o «cuantos de luz».

Modelos Atómicos

Modelo Atómico de Dalton

Los griegos (siglos IV y V a. C.) pensaban que la materia llegaba a un punto en que no se podía subdividir más, y a esa parte mínima la llamaron «átomo» (sin partes). John Dalton, en el siglo XVIII, retomó esas ideas y, teniendo en cuenta las leyes de conservación de la masa y las proporciones definidas, propuso una teoría sobre la materia y un modelo atómico.

Postulados:

• La materia está formada por partículas esféricas, densas y muy pequeñas llamadas átomos.
• Todos los átomos de un elemento son idénticos en peso y tamaño, y diferentes a los de otros elementos.
• Los átomos no se pueden crear ni destruir.
• Los cambios químicos son uniones de átomos en una proporción numérica específica.

Modelo Atómico de Thomson

Los fenómenos de electrólisis y las descargas eléctricas en gases enrarecidos demostraron que los átomos libres y los grupos de átomos poseían carga eléctrica. De ahí surge el modelo atómico de Thomson con sus características:

• Los átomos son pequeñas esferas que contienen materia y electricidad.
• Sobre las esferas están repartidas las cargas eléctricas negativas, que son retenidas por fuerzas eléctricas positivas del átomo.

Modelo Atómico de Rutherford

Hans Geiger y Ernest Marsden, alumnos de Rutherford, bombardearon láminas metálicas muy delgadas con partículas α (núcleos de helio) y, curiosamente, gran parte de ellas atravesaban las láminas sin perder energía cinética. Algunas eran desviadas y otras eran repelidas.

Conclusiones:

• Como la mayoría de las partículas α atravesaban las láminas, estas eran casi en su totalidad espacio vacío.
• Las partículas desviadas indicaban que existían cargas positivas en su trayectoria.
• Las partículas repelidas indicaban la existencia de zonas positivas muy densas.

Modelo Atómico de Bohr

Partiendo de los dos modelos anteriores, Bohr admite:

• La existencia de un núcleo central.
• La existencia de la corona, donde giran los electrones con carga negativa y masa despreciable, en igual número que las cargas positivas del núcleo.
• Entre el núcleo y la corona hay atracción electrostática que impide la destrucción del átomo.

Modelo Atómico Actual

El modelo atómico de Bohr, incluso perfeccionado por Sommerfeld, solo podía aplicarse al átomo de hidrógeno. Los avances de la física en el estudio de la naturaleza de la luz y las radiaciones, con las teorías ondulatoria y cuántica, más los estudios de Louis de Broglie en 1924, señalaron que las radiaciones poseen propiedades tanto ondulatorias como corpusculares, y que, por lo tanto, era probable que la onda pudiera estar asociada a electrones, protones, átomos y otras partículas.

Isótopos, Isóbaros, Isótonos e Isoelectrónicos

Isótopos

Átomos de un mismo elemento que tienen el mismo número atómico pero diferentes masas atómicas.

Isóbaros

Átomos de elementos diferentes con la misma masa atómica pero diferentes números atómicos.

Isótonos

Átomos que tienen la misma cantidad de neutrones.

Isoelectrónicos

Especies químicas que tienen la misma cantidad de electrones.