3
El átomo
70
5.
Los nuevos modelos atómicos
Conviene realizar en este momento las
Técnicas de trabajo y ex-
perimentación
de la página 78. También se puede utilizar como
material de apoyo el vídeo que sugerimos en este apartado del
libro del profesor.
Vídeo:
ENSAYO A LA LLAMA DE ALGUNOS ALCALINOS
En el vídeo se muestran los ensayos a la llama de los cloruros de
litio, sodio y potasio y se explica porque los colores de las llamas
son diferentes.
Rutherford fue consciente desde el principio de los fallos que pre-
sentaba su modelo, de acuerdo con los conocimientos de la física
del siglo
XIX
. Según la física clásica los electrones del modelo pla-
netario de Rutherford al girar a gran velocidad en torno al núcleo
deberían emitir energía en forma de radiación lo que implicaría
que el espectro de los elementos debería ser continuo y no es así.
A mediados del siglo
XIX
, los científicos Kirchhoff y Bunsen des-
cubrieron que todo elemento químico, al ser calentado hasta la
incandescencia producía una luz característica que podía ser ana-
lizada mediante un espectroscopio. Este análisis proporciona las
«huellas dactilares» de los elementos que se calientan.
Es importante que los alumnos comprendan que el modelo de Ru-
therford no era capaz de interpretar unos hechos experimentales
fundamentales: los
espectros.
El método científico es inexorable: si un modelo no pueden justifi-
car los hechos experimentales, debe ser modificado o abandona-
do por un nuevo modelo.
5.1.
El modelo de los niveles de energía
de Bohr
Niels Bohr, físico danés, discípulo de Thomson y de Rutherford,
recibió en 1922 el Premio Nobel por la elaboración del modelo
atómico que lleva su nombre.
Aunque este modelo esté hoy en desuso y realmente solo pudiera
explicar los resultados experimentales obtenidos en el átomo de
hidrógeno, fue considerando un gran triunfo en su época.
Desde un punto de vista didáctico es interesante que los alumnos
de este nivel lo conozcan ya que lo podemos utilizar para que
dibujen átomos con los electrones situados en niveles energéticos
diferenciados y para que se inicien en el concepto de configura-
ción electrónica.
Animación:
LOS MODELOS ATÓMICOS
En esta animación se comparan los tres modelos atómicos estu-
diados: Thomson, Rutherford y Bohr.
5.2.
La distribución de los electrones
Conviene que los alumnos memoricen el número de electrones
por nivel energético para que luego lo asocien a la distribución y
organización de los elementos en la tabla periódica.
El concepto de electrones de valencia es importante a la hora de
explicar las uniones entre los átomos para formar moléculas o
cristales de elementos y compuestos.
70
71
3. Elátomo
3
+
www
6.
CÓMO DIBUJAR ÁTOMOS
Vamosadibujarátomos siguiendoelmodeloatómicodeBohr,pero teniendoencuenta
los niveles y subniveles energéticos.
❚
Núcleo atómico
Representamos el núcleo atómico mediante un círculo, en cuyo interior indicamos el
número de protones y el de neutrones.
Por ejemplo, en el
23
11
Na, tenemos:
❚
Número de protones
=
Z
=
11
❚
Número de neutrones
=
A
−
Z
=
23
−
11
=
12
❚
Niveles energéticos
Alrededor del núcleo colocamos los electrones en los distintos niveles energéticos. De-
bemos tener en cuenta que, en un átomo eléctricamente neutro, el número de cargas
negativas de los niveles energéticos debe ser igual al número de cargas positivas del
núcleo.
Continuando con el ejemplo del
23
11
Na:
❚
Número de electrones
=
Z
=
11
Comohemosvisto,el
primernivel
contienecomomáximo
2
electrones,el
segundonivel,8,
6deellosdistribuidosen
un subnivel y 2 en el otro, y en el
tercer nivel
solo hay
1
electrón.
La configuración electrónica del
23
11
Na es:
2 8 1.
La configuración electrónica del ion sodio, Na
+
, tendría un
electrón menos, es decir,
2 8.
5.
LOS NUEVOS MODELOS ATÓMICOS
Segúnelmodelodelátomonuclearoplanetario,
los electrones giran a gran velocidad en torno al
núcleo sin que sepamos a qué distancia de él se
encuentran.Sinembargo,esunhecho conocido
quecualquiercargaeléctricaquegiredebeemitir
energíaen formade radiación.Siesto sucediera,
el electrón iría perdiendo energía y se acercaría
cadavezmásalnúcleodescribiendouna
trayec-
toria espiral,
y acabaría cayendo sobre él.
5.1.
El modelo de los niveles de energía de Bohr
En1913,
NielsBohr
(1885-1962)modificóelmodeloatómicodeRutherfordmediante
los siguientes postulados:
1.
El electrón solo se mueve en unas órbitas circulares,
sin que exista emisión de
energía.
Elelectrón,dependiendode laórbitaen laque seencuentre, tieneunade-
terminadaenergía,quees tantomayorcuantomásalejadaestá laórbitadelnúcleo.
2.
La emisión de energía solo se produce cuando un electrón salta de un nivel energé-
tico (órbita) de mayor energía a otro de menor energía.
Entonces, ¿cómo se distribuyen los electrones en estos niveles?
5.2.
La distribución de los electrones
A partir de 1916 se desarrollaron otros modelos atómicos para tratar de explicar las
propiedades químicas de los elementos. Así, los científicos llegaron a la conclusión de
que los electrones están distribuidos en
niveles
y
subniveles
de energía que admiten
un número máximo de electrones.
Nivel 1 (K)
Número máximo de electrones: 2
Nivel 2 (L)
Número máximo de electrones: 8
Subnivel 1
2 electrones
Subnivel 2
6 electrones
Nivel 3 (M)
Número máximo de electrones: 18
Subnivel 1
2 electrones
Subnivel 2
6 electrones
Subnivel 3
10 electrones
Nivel 4 (N)
Número máximo de electrones: 32
Subnivel 1
2 electrones
Subnivel 2
6 electrones
Subnivel 3
10 electrones
Subnivel 4
14 electrones
La distribución por niveles de los electrones de un átomo de un elemento recibe el
nombre de
configuración electrónica
del elemento.
Los electrones situados en el último nivel energético de un átomo se denominan
elec-
tronesdevalencia,
y son los responsablesde laspropiedadesquímicasde las sustan-
cias, como veremos en la próxima unidad.
❚
El átomo, según Rutherford,
está formado por un núcleo
con carga positiva alrededor
del cual giran los electrones,
con carga negativa.
niveles
núcleo
electrón
órbitas
estables
1
2
3
–
–
–
Modelo atómicodeBohr.
¿
Qué sucede si el elec-
trón del nivel 3 pasa al ni-
vel 2?
25
Elátomodeberilio tiene
4 electrones. Indica cuáles de
estas configuraciones electró-
nicas es la correcta:
a)
2 2
b)
2 1 1
c)
1 1 1 1
Elátomodepotasio tiene
19 electrones. Indica cuál de
estas configuraciones electró-
nicas es la correcta:
a)
2 2 6 2 6 1
b)
2 2 5 2 5 3
c)
2 8 8 1
26
27
3.
Escribe la configuración electrónica del Mg y del Mg
2+
.
❚
El Mg tiene 12 electrones que hay que distribuir en los diferentes
niveles y subniveles.
❚
La configuración electrónica del Mg es: 2 2 6 2
=
2 8 2
❚
El Mg
2+
tiene dos electrones menos. Su configuración es: 2 2 6
=
2 8
EJERCICIO RESUELTO
Ideas claras
❚
Los
electrones
se distribuyen
alrededor del núcleo en
nive-
les
y
subniveles
de energía.
❚
Cada nivel y subnivel admite
un
número máximo
de elec-
trones.
❚
La
configuración electrónica
esuna formade representar la
distribución de los electrones
de un átomo.
4.
Dibuja el átomo de Mg (
Z
=
12,
A
=
24).
Se dibuja el núcleo indicando los protones
y los neutrones que tiene, en este caso, 12
protones y 12 neutrones.
La configuración electrónica es
2
8 2.
Después, dibujamos los niveles energéticos
en forma de circunferencias y situamos los 12
electrones basándonos en la configuración
electrónica.
5.
Dibuja el átomo de
27
13
Al.
❚
Número de protones
=
Z
=
13
❚
Número de neutrones
=
A
−
Z
=
14
❚
Número de electrones
=
13
La configuración electrónica es:
2
8 3
.
6.
Dibuja el átomo de Al
3
+
.
❚
Número de protones
=
Z
=
13
❚
Número de neutrones
=
A
−
Z
=
14
❚
Número de electrones
=
10
La configuración electrónica es:
2 8
.
EJERCICIOS RESUELTOS
Ideas claras
Pasos para dibujar átomos:
1.
Determinarelnúmerodepro-
tones, neutrones y electro-
nes.
2.
Rodear con un círculo el nú-
mero de protones y de neu-
trones.
3.
Dibujar circunferencias con-
céntricas alrededor del nú-
cleo y situar en ellas los
electrones según la siguiente
pauta: hasta un máximo de 2
en la primera, 8 en la segun-
da, 18 en la tercera, etc.
Indica la distribución en
niveles y subniveles de los si-
guientes átomos:
a)
b)
28
❚
Los electrones se distribuyen
en niveles y subniveles de
energía.
Energía emitidapor el electrón.
