Estructura extranuclear del átomo

Tema 2. Estructura extranuclear del átomo. Evolución histórica.
1. El descubrimiento de las partículas fundamentales: establecimiento de los primeros módelos atómicos de Thomson y Rutherford. 2. El origen de las ideas cuánticas: efecto fotoeléctrico. Espectro del átomo de hidrógeno. 3. Sistemas monoelectrónicos. El modelo atómico de Bohr-Sommerfeld. 4. Dualidad onda-corpúsculo. Principio deincertidumbre. 5. El modelo mecánico-cuántico. Orbitales de átomos hidrogenoideos. Breve introducción a los números cuánticos. 6. Breve introducción a los sistemas polielectrónicos. Principio de exclusión de Pauli. Principio de máxima multiplicidad de Mund. Ejemplos. 7. Sistema Periódico. Propiedades periódicas. Ejemplos.

1. El descubrimiento de las partículas fundamentales: establecimiento de losprimeros modelos atómicos de Thomson y Rutherford.
Dalton lanzó la idea de que la materia está constituída por partículas discretas e indivisibles llamadas átomos, en cuya constitución entra la carga eléctrica. Thomson logró desviar mediante campos eléctricos y magnéticos los rayos catódicos producidos por descargas eléctricas en tubos que contienen un gas a baja presión. Halló que la relacióncarga/masa de las partículas que los forman es constante e independiente del gas que llena el tubo. Esto le hizo suponer que las partículas observadas no eran átomos electrificados, sino fragmentos de los átomos que llamó electrones. Esto supuso dividir el átomo indivisible de Dalton. El modelo atómico de Thomson consiste en una masa con carga positiva donde están introducidos y repartidosuniformemente los electrones. Posteriormente Millikan determinó la carga del electrón 1,6·10⁻19 Culombios, lo que permitió conocer su masa. En 1911 un experimento invalidó este modelo. Rutherford, al bombardear con un estrecho haz de partículas α una fina lámina de oro, encontró que la mayoría de las partículas o no se desviaban o lo hacían con un ángulo muy pequeño y que sólo unas pocas, aproximadamenteuna de cada 20.000, sufrían grandes desviaciones que podían llegar incluso a los 180º. Una gran fuerza eléctrica de repulsión, ejercida por una pequeña región de carga positiva y masa elevada debía desviarlas. Esta región engloba en un reducido espacio la casi totalidad de la masa atómica y constituye el núcleo. En este modelo los electrones giraban alrededor del núcleo enana región de gran volumenllamada corteza, de forma que casi todo el volumen ocupado por el átomo permanece vacío.

Por tanto, Rutherford sugirió la idea de que en el núcleo estaba concentrada la masa y la carga positiva en forma de protones. Los electrones, de masa prácticamente despreciable y en número suficiente para neutralizar la carga positiva del núcleo, se encontraban girando a grandes distancias del núcleo.Como el número atómico Z que representa el número de protones que tiene el núcleo (que debe ser igual al número de electrones puesto que el átomo es neutro), es menor que el peso (masa) atómica de los elementos, Rutherford tuvo que suponer que en los núcleos había otras partículas pesadas pero sin carga eléctrica, que él llamó neutrones y cuya masa era aproximadamente igual a la de los protones(1 uma). Los neutrones fueron descubiertos más tarde por Chadwick. Posteriormente se ha descubierto otras partículas como neutrino, positrón, nesón, hiperones, etc. Los modelos atómicos de Dalton, Rutherford y Thomson están basados en hechos experimentales y como todos los modelos deben ser modificados o sustituidos cuando se tienen en cuenta hechos que no explican. Así la objeción más importanteque se hizo al modelo de Rutherford es que cualquier carga eléctrica que gira debe emitir energía y esto no era contemplado en este modelo. Las características de las partículas fundamentales son: Nombre Electrón Protón Neutrón Símbolo 0 1 e (e) 1 1 H (p) 1 0 n (n) Carga -1 +1 0 Masa (uma) 0’00055 1’00728 1’00867 Masa (g) 9’1·10-28 1’67·10-24 1’67·10-24

Un elemento químico cualquiera, X, puede...