tema_193

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1 La estructura electrónica de los átomos
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9

La estructura del átomo
La luz: frecuencia, cuantos y efecto fotoeléctrico
El espectro del hidrógeno atómico. El modelo de Bohr y sus ampliaciones
El modelo mecano-cuántico. La ecuación de Schrödinger
El átomo de hidrógeno en elmodelo mecano-cuántico. Forma de los orbitales atómicos
Los átomos polielectrónicos
Configuraciones electrónicas de los átomos polielectrónicos en su estado fundamental
Estados atómicos de energía. Términos de Russell–Saunders
Periodicidad de algunas propiedades físicas

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1.1 La estructura del átomo
Laspartículas subatómicas. Durante el siglo XIX, el descubrimiento de la electrolisis del agua (1800,
Nicolson y Carlisle) y de las leyes de Faraday (1832) sugieren que las unidades de carga eléctrica están
asociadas con los átomos. Pero no es hasta finales del siglo XIX y principios del XX que se identifican
las partículas cargadas que componen el átomo. El protón y el electrón fueron identificadosestudiando la
conductividad de los gases a bajas presiones por Goldstein en 1886 y por Thomson en 1897,
respectivamente. Estudiando el comportamiento de las partículas frente a campos eléctricos y
magnéticos, se determinó que el protón es una partícula de carga positiva con una relación masa/carga de
1,04 10–8 kg/C, mientras que el electrón es una partícula de carga negativa con una relación masa/cargade 5,69 10–12 kg/C. En 1909, Millikan estudia la carga adquirida por una gota de aceite al ser irradiada
con rayos X y propone que la unidad elemental de carga asociada al electrón y al protón vale 1,60 10–19
C. A partir de este valor de carga y de sus relaciones masa/carga, se determinaron las masas del electrón
y la del protón, siendo ésta 1835 mayor que aquella (tabla 1.1). Al bombardear beriliocon partículas α de
alta energía, Chadwick demostró en 1932 que los átomos están constituidos también por partículas sin
carga llamadas neutrones, de masa similar a la del protón.
Tabla 1.1. Las partículas subatómicas
Nombre
Símbolo
protón
p
electrón
e
neutrón
n

Masa
1,673 10–27 kg
9,109 10–31 kg
1,675 10–27 kg

Carga
+1,602 10–19 C
–1,602 10–19 C

Descubrimiento
Goldstein, 1886
Thomson, 1897Chadwick, 1932

El modelo atómico de Rutherford. En 1911, Rutherford, Geiger y Marsden estudiaron las trayectorias
de las partículas α disparadas contra láminas de diferentes materiales (figura 1.1). De acuerdo con los
resultados obtenidos, Rutherford propuso un modelo de átomo (figura 1.2) caracterizado por la existencia
de un núcleo central con una carga positiva idéntica a la negativa de loselectrones, que están fuera del
núcleo, y que contiene el 99,9% de la masa total del átomo en sólo el 0,01% de su diámetro (d ≈ 1 106
toneladas/cm3 ). El tamaño de un átomo es del orden de 10–10 m (= 1 Å) mientras que el del núcleo es del
orden de 10–15 m.
Figura 1.1. Dispositivo experimental de Rutherford para la
medida de la dispersión de partículas α, mediante láminas
metálicas muy delgadas. Lafuente de partículas α es el
polonio radiactivo colocado en el interior de un bloque de
plomo, que sirve para proteger de las radiaciones y para
seleccionar un haz de partículas. La lámina de oro que se
utilizó tenía un espesor de 6 10–5 cm. La mayoría de las
partículas pasaban con poca o ninguna desviación, a. Unas
pocas se desviaban ángulos grandes, b, y, ocasionalmente,
alguna partícula rebotabaen la lámina, c.

b

Fuente
Haz de
partículas α

a
b

c

Lámina
de oro

Pantalla de
centelleo

2 | Enlace químico y estructura de la materia

Licenciatura en Química

Figura 1.2. Interpretación del experimento de Rutherford. La mayor parte
del espacio de un átomo está casi “vacío” ya que sólo está ocupado por
livianos electrones. Toda la carga positiva del átomo y casi toda su masa se
encuentra...