4.- Modelo atómico de Bohr

Pre-conocimiento

 


Imagen de dominio público.
Niels Bohr.

 

¿Sabías que el profesor Niels Bohr era un amante de las "pelís" del Oeste?. Le encantaba ir a ver los "Western" con su alumnos y luego continuar con interminables charlas sobre las complicadas tramas que involucraban a indios hostiles, valientes cowboys, forajidos, sheriffs, camareras, buscadores de oro y otros personajes del viejo oeste".

Según cuentan, de niño no parecía muy inteligente, y, por si fuera poco, hablaba a medias, debido a un leve defecto en el habla.

Ello no impidió a este físico danés, obtener el premio Nobel de Física por sus contribuciones a la explicación de la estructura de los átomos.

Quizás la principal dificultad del modelo atómico propuesto por Rutherford, era explicar cómo en un espacio tan pequeño como el núcleo, pueden situarse todos los protones del átomo. ¿Qué hay en el núcleo que hace que todos esos protones positivos, situados tan cerca unos de otros no se repelan?. ¿Que hay, además de los protones, en el núcleo, y que hace que sea estable?.
 

Propiedades
del neutrón:

mn = 1,7 10-27 kg

qn = 0

La tercera partícula constituyente del átomo, que ya predijo Rutherford, tardó mucho en encontrarse, más de 30 años. Se descubrió por casualidad al estudiar la reacciones nucleares. La explicación de esta tardanza está en que dado que no tiene carga eléctrica, no es fácil detectarla.
 
Esta nueva partícula, el neutrón, tiene una masa similar a la del protón (mn = 1,7 10-27 kg) y no tiene carga eléctrica, es neutra.

Actividad

El neutrón es una partícula constituyente del átomo que tiene:

  • una masa similar a la del protón.
  • No tiene carga eléctrica. es una partícula neutra.

Imagen de dominio público.
Modelo atómico de Bohr.
Bohr desarrolló un nuevo modelo atómico, basado en modelo planetario de Rutherford, realizando las correcciones necesarias para evitar los inconveniente que éste tenía.
Su modelo está basado en tres postulados:
  • Primer postulado: El átomo está constituido por una parte central, el núcleo, en la que se localizan los protones y neutrones, por tanto tiene la carga positiva y casi toda la masa. En torno a este núcleo, en la corteza, giran los electrones en órbitas circulares de manera que compense la atracción por parte del núcleo.

    •
  • Segundo postulado: El electrón sólo puede orbitar alrededor del núcleo en ciertas órbitas estacionarias, en las que no irradia energía. Es decir, sólo son posibles determinadas órbitas, en las que los electrones pueden encontrarse de forma estable, que se sitúan alrededor del núcleo como las capas de una cebolla. Las órbitas más estables, de menor energía son las más próximas al núcleo, aumentando la energía del electrón, cuando se sitúa en las más exteriores.

  • Tercer postulado: Los electrones pueden saltar de un nivel electrónico a otro sin pasar por estados intermedios, esto implica la correspondiente emisión o absorción de energía, normalmente en forma de radiación luminosa. Cuando un electrón salta de un nivel a otro, la energía (absorbida o emitida) se corresponde con la diferencia de energía entre ambas órbitas. Por lo tanto, la emisión o absorción de energía por parte del átomo, solo tiene lugar a unas frecuencias concretas, y además las frecuencias de emisión y de absorción son idénticas.


Actividad
Imagen de dominio público.

 

 

Bohr establece un modelo según el cual, el átomo está constituido por el núcleo, donde se encuentran los protones y neutrones y la corteza, donde orbitan los electrones en determinadas órbitas estacionarias, que se distribuyen en capas como en una cebolla. Los electrones pueden pasar de unas órbitas a otras, emitiendo o absorbiendo radiación electromagnética.

En el siguiente enlace accederás a un vídeo divulgativo  de "El Universo Mecánico"  y podrás conocer algo más sobre este modelo.

 

Pronto se vio que este modelo tenía algunas dificultades, por lo que fue necesario introducir nuevas correcciones a fin de salvarlas.

El modelo atómico resultante se conoce como Modelo Atómico de Bohr-Sommerfeld e incluye las siguientes correcciones:

Pueden existir, junto a las órbitas circulares, órbitas elípticas para los electrones, de manera que para cada valor del nivel energético, automáticamente quedaba fijado el número de posibles órbitas (circulares o elípticas). Es decir, eran posibles diferentes formas para las órbitas del electrón dentro de una capa, que posteriormente se designaron mediante las letras: s, p, d, f... Esto viene a significar que en un nivel energético, puede haber varios subniveles.
Otra corrección supone que para las órbitas elípticas son posibles varias orientaciones espaciales, resultando diferentes órbitas para el electrón, todas con idéntica energía.
  • Las órbitas de tipo s tienen una sola orientación. Es decir, en cada capa hay una sola órbita de tipos s.
  • Las órbitas de tipo p pueden tener tres posibles orientaciones. Es decir, en cada capa hay tres órbitas de tipo p.
  • Las órbitas de tipo d pueden tener cinco posibles orientaciones. Por lo tanto, en cada capa hay cinco órbitas de tipo d.
  • Las órbitas de tipo f pueden tener siete posibles orientaciones. En cada capa habrá siete órbitas de tipo f.
  • ...
Finalmente se encontró que son posibles dos estados para el electrón que se encuentra en una órbita determinada, dicho de otra forma, en una órbita pueden encontrarse hasta dos electrones.

Actividad
Animación licencia GNU

 

El átomo está formado por un núcleo central, donde se encuentran los protones y los neutrones, y a su alrededor, en la corteza, en órbitas estacionarias, se sitúan los electrones. Estas órbitas pueden ser circulares o elípticas y tener diferentes orientaciones, y en cada una de ellas pueden situarse como máximo dos electrones.

Pre-conocimiento

¿Sabias que la mayoría de las propiedades químicas de los elementos dependen mucho de los electrones que tiene en la última capa?.

Así pues, es importante, para poder predecir las propiedades de un elemento, conocer cómo se distribuyen los electrones en los niveles y subniveles del átomo, es decir, de su configuración electrónica. Así, conociendo la configuración electrónica de un átomo, podremos predecir con bastante fiabilidad cuáles serán sus propiedades.

Para comprender mejor cómo se expresa la configuración electrónica es muy útil la siguiente animación, que muestra la configuración electrónica de los diferentes elementos:

 


Iniciación Interactiva a la materia. Animación de Mariano Gaite Cuesta

Para expresar la configuración electrónica, basta con indicar el número de electrones que tiene en cada capa y como el orden en que se van llenando las órbitas es tan particular, podemos utilizar la animación anterior y finalmente contar el número de electrones en cada nivel.

AV - Actividad de Espacios en Blanco

Utilizando la animación anterior, encuentra la configuración electrónica de los elementos que se indican en la tabla siguiente y completa la tabla tal como se muestra en la primera fila.


1 2 3 4 5 6
Au 2 8 18 32
18 1
Na
Fe
Ag
Ba

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Pregunta Verdadero-Falso

Señalas si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas.

Pregunta 1

La carga del núcleo es negativa, pues allí se encuentran los electrones.

Sugerencia

Pregunta 2

La carga de un protón y de un neutrón son iguales en valor absoluto

Sugerencia

Pregunta 3

La carga eléctrica de la corteza es negativa.

Sugerencia

Pregunta 4

Según el modelo atómico de Bohr, la mayoría del espacio interior del átomo está vacío.

Sugerencia

Pregunta de Elección Múltiple

Pregunta

¿Cuál de las siguientes configuraciones electrónicas no es posible para un átomo?

Respuestas

(2,8,1)

(2,9)

(2,1)

Retroalimentación

Pregunta

¿Cuál es la configuración electrónica del carbono (Z=6)?

Respuestas

(2,1)

(4,2)

(2,4)

(2,2,2)

Retroalimentación