Científicos del Oak Ridge National Laboratory están cerca de encontrar la verdadera forma de los atomos. Utilizando un microscopio de barrido electrónico .....

Los elementos de la segunda serie de la tabla periodica se forman a partir del atomo de Neon 20. Los elementos de un mismo grupo tienen propiedades quimicas y fisicas similares, pues tienen formas similares.

Los elementos quimicos tienen una forma que los caracteriza y esta forma permite agruparlos en una tabla periodica. Los elementos de un mismo grupo comparten caracteristicas quimicas y fisicas. En este video se muestran solamente los atomos de Helio, Berilio, Boro, Carbono, Nitrógeno, Oxigeno, Neon, Sodio, Magnesio, Aluminio, Silicio, Fosforo y Azufre.

Desde la Antigüedad, el ser humano se ha cuestionado de qué estaba hecha la materia. Unos 400 años antes de Cristo, el filósofo griego Demócrito consideró que la materia estaba constituida por pequeñísimas partículas que no podían ser divididas en otras más pequeñas.

Por ello, llamó a estas partículas átomos, que en griego quiere decir "indivisible". Demócrito atribuyó a los átomos las cualidades de ser eternos, inmutables e indivisibles.

El modelo atómico de Dalton fue expuesto , y en síntesis decía lo siguiente:
Dalton pudo a través de su teoría, en un libro llamado “Nuevo sistema de filosofía química”, recolectar información e ideas parciales que enriquecieron y dieron forma a su trabajo. Además retoma la idea de DEMOCRITO respecto a la existencia de partículas indivisibles, una pequeña esfera sólida, como una "bola de billar", que constituían la materia llamados átomos.

• La materia está formada por partículas pequeñísimas llamadas “átomos”.
• Estos átomos no se pueden dividir ni romper, no se crean ni se destruyen en ninguna reacción química, y nunca cambian.
• Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí, tienen la misma masa y dimensiones; por ejemplo, todos los átomos de hidrógeno son iguales.
• Por otro lado, los átomos de elementos diferentes, son diferentes; por ejemplo, los átomos de oxígeno son diferentes a los átomos de hidrógeno.
• Los átomos pueden combinarse para formar compuestos químicos. Por ejemplo, los átomos de hidrógeno y oxígeno pueden combinarse y formar moléculas de agua.
• Los átomos, al combinarse para formar compuestos guardan relaciones simples.

La bola de billar 1803

Thomson sugiere un modelo atómico que tomaba en cuenta la existencia del electrón, descubierto por él en 1897. Su modelo era estático, pues suponía que los electrones estaban en reposo dentro del átomo y que el conjunto era eléctricamente neutro. Con este modelo se podían explicar una gran cantidad de fenómenos atómicos conocidos hasta la fecha. Posteriormente, el descubrimiento de nuevas partículas y los experimentos llevado a cabo por Rutherford demostraron la inexactitud de tales ideas.

Para explicar la formación de iones, positivos y negativos, y la presencia de los electrones dentro de la estructura atómica, Thomson ideó un átomo parecido a un pastel de frutas, un “budín de pasas”.

Una nube positiva que contenía las pequeñas partículas negativas (los electrones) suspendidos en ella. El número de cargas negativas era el adecuado para neutralizar la carga positiva.

En el caso de que el átomo perdiera un electrón, la estructura quedaría positiva; y si ganaba, la carga final sería negativa. De esta forma, explicaba la formación de iones; pero dejó sin explicación la existencia de las otras radiaciones.

Un pastel de frutas

Años después, en 1911, en su laboratorio realizo experimentos relacionados con sustancias radiactivas. A continuación vamos a detallar uno de los ensayos más importantes de Rutherford y sus conclusiones:

Se agrego en un bloque de plomo una sustancia radiactiva, cuyas emisiones o rayos se hicieron pasar por un orificio. Por fuera había dos campos magnéticos, uno positivo y otro negativo. Al pasar los rayos por el campo magnético, los rayos se desviaron hacia el polo negativo, los rayos se desviaron hacia el polo positivo y los rayos gamma no se desviaron

Las conclusiones obtenidas por Rutherford fueron:

• Las radiaciones alfa tienen partículas positivas ya que son atraídas por el campo magnético negativo. Protones.
• Las radiaciones beta tienen partículas negativas ya que son atraídas por el campo magnético positivo. Electrones.
• Las radiaciones gamma tienen partículas sin carga ya que no son atraído por ningún campo magnético. Neutrones.

• La mayor parte del átomo se encuentra vacío.
• La mayor parte de la masa del átomo se encuentra concentrada en el núcleo que tiene carga positiva.
• Alrededor del núcleo se encuentran los electrones que tienen carga negativa.
• El átomo es eléctricamente neutro, o sea la cantidad de cargas positivas es la misma que la de las cargas negativas.
• El núcleo positivo y las cargas negativas, se encuentran distanciadas. Con esto ultimo refuto el modelo de Thomson o del "budín de pasas".

En base a estudios previos sobre las ondas y el posterior establecimiento de la idea de la luz como una partícula, se abrió el camino a la teoría cuantica de Plank, donde definió que un cuanto es la cantidad definida de energía que un electrón puede absorber o emitir y esto lo hace en forma de luz o calor.

• Los electrones tienen una determinada cantidad de energía.
• Los electrones se mueven alrededor del núcleo positivo en determinadas orbitas elípticas llamadas niveles de energía u orbitales atómicos.
• Los electrones se encuentran en un nivel de energía definido y mientras no absorben ni emiten energía, se dicen que los electrones se encuentran en su estado fundamental.
• Si por alguna causa, los electrones son excitados energéticamente absorbiendo o liberando cuantos de energía, dichos electrones salen de su estado fundamental para saltar a otros niveles energéticos inferiores o superiores.

Orbitales atómicos: se reformula el modelo atómico con conocimientos de mecánica cuántica:

• Los electrones tienen un comportamiento dual, se comportan tanto como onda y como partícula.(De Broglie)
• Heisenberg estableció el principio de incertidumbre: no se puede determinar simultáneamente la velocidad exacta con la que se mueve un electrón y el lugar preciso que ocupa en el átomo. Se habla de la "Posibilidad de encontrar un electron"

A partir de allí se habla de orbitales y nubes electrónica. Lo que para Bohr era capa u orbita, para Schröndinger es un orbital. Bohr hablaba de niveles de energía, pero esto es reemplazado porque se ve que no ocupa un determinado nivel sino que ocupa una zona determinada por la posibilidad de encontrar un electrón.

Para calcular la probabilidad de encontrar el electrón en una zona del átomo, Schrödinger resolvió su ecuación de onda, el resultado de dicha ecuación fueron tres soluciones o bien llamados números cuánticos los cuales describen los orbitales del átomo:

• Numero cuantico principal (n): indica el nivel de energía en donde es probable encontrar el electrón. Se indican como 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, y 8.

• Numero cuantico azimutal (l): indica la forma geométrica en donde es más probable encontrar el electrón. Indicado como s, p, d y f.

• Numero cuantico magnetico (m_l): indica la orientación del orbital en donde es más probable encontrar el electrón.
• Numero cuántico de spin (m_s): indica el sentido de rotación en el propio eje de los electrones en un orbital, este número toma los valores de -1/2 (↓) y de +1/2 (↑).

Tipos de orbitales: s,p,d y f

El numero cuántico azimutal (l) puede tener diferentes valores para indicar la forma geométrica en donde es probable encontrar el electrón.

Para saber en que zona u orbital es probable encontrar los electrones de un átomo se usa la regla practica de las diagonales. El objetivo con la regla será escribir la configuración electrónica del átomo o sea el orden en que los electrones se ubican en sus orbitales.

Configuración electrónica de los elementos que no cumplen la Regla de las Diagonales (Aufbau).
Se señala con negritas los subíndices donde los electrones no se acomodan con forme a las diagonales. Por ejemplo:

• ₂₄Cr 1s², 2s², 2p⁶, 3s², 3p⁶, 4s¹, 3d⁵
• ₂₉Cu 1s², 2s², 2p⁶, 3s², 3p⁶, 4s¹, 3d¹⁰
• ₄₁Nb 1s², 2s², 2p⁶, 3s², 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, , 4p⁶, 5s¹, 4d⁴
• ₄₂Mo 1s², 2s², 2p⁶, 3s², 3p⁶, 4s², 3d¹⁰, , 4p⁶, 5s¹, 4d⁵

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