Mapa conceptual y resúmen EL MODELO ATÓMICO DE BOHR Y SUS MODIFICACIONES

Mapa conceptual

Algorino

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El modelo atómico de Bohr marcó un hito en la física al introducir órbitas estacionarias y energía cuantizada. Modificaciones posteriores, como las de Sommerfeld y los avances de la mecánica cuántica, han refinado nuestra comprensión de las órbitas electrónicas y la configuración electrónica. Estos conceptos son cruciales para explicar la estructura atómica y el comportamiento químico, incluyendo la distribución de electrones en orbitales y su influencia en las reacciones químicas.

Resumen

Esquema

El Modelo Atómico de Bohr y sus Postulados Fundamentales

El modelo atómico de Bohr, propuesto por Niels Bohr en 1913, constituye un avance significativo en la teoría atómica, superando las limitaciones del modelo de Rutherford. Se fundamenta en tres postulados clave: primero, los electrones orbitan el núcleo en trayectorias circulares fijas sin emitir radiación. Segundo, los electrones solo pueden habitar órbitas con niveles de energía cuantizados, y los saltos entre estas órbitas resultan en la emisión o absorción de energía en forma de fotones. Tercero, la cuantización de la energía implica que los electrones giran en órbitas con energías específicas y permitidas, relacionadas con la constante de Planck. Aunque el modelo de Bohr explicaba con precisión el espectro del átomo de hidrógeno, su aplicación a átomos más complejos era limitada, pero sentó las bases para el desarrollo de la mecánica cuántica y la comprensión moderna de la estructura atómica.

Laboratorio de química con tubos de ensayo de colores, matraz Erlenmeyer, vaso con solución púrpura y mechero Bunsen encendido, sin personas.

Avances y Limitaciones del Modelo de Bohr

El modelo de Bohr fue un paso crucial en la física atómica, pero tenía limitaciones en su capacidad para explicar los espectros de átomos más complejos que el hidrógeno. Para superar estas limitaciones, científicos como Arnold Sommerfeld ampliaron el modelo, introduciendo órbitas elípticas y conceptos de subniveles de energía en 1916. Sommerfeld sugirió que los electrones podían ocupar órbitas con diferentes excentricidades y que estas órbitas podían tener múltiples orientaciones, lo que explicaba el desdoblamiento de líneas espectrales bajo campos magnéticos. Estas extensiones del modelo de Bohr permitieron una mejor comprensión de la estructura atómica y la distribución electrónica, aunque la descripción completa de los átomos polielectrónicos requeriría el desarrollo de la mecánica cuántica.

La Configuración Electrónica y su Importancia

La configuración electrónica describe la disposición de los electrones en los niveles y subniveles de energía de un átomo, siguiendo el principio de mínima energía. Los electrones se llenan en los niveles y subniveles de energía en un orden específico, que puede ser alterado por la presencia de subniveles y las reglas de llenado, como la regla de Hund y el principio de exclusión de Pauli. Por ejemplo, el litio, con un número atómico de 3, tiene una configuración electrónica de 1s² 2s¹, lo que refleja dos electrones en el nivel más bajo de energía, 1s, y un electrón en el siguiente nivel más bajo, 2s. La configuración electrónica es fundamental para entender las propiedades químicas de los elementos y su comportamiento en las reacciones químicas, ya que determina la forma en que los átomos interactúan y se enlazan entre sí.

La Mecánica Cuántica y su Aplicación en la Química

La mecánica cuántica es una teoría fundamental que describe el comportamiento de las partículas a escalas atómicas y subatómicas. Desarrollada por científicos como Erwin Schrödinger y Werner Heisenberg, esta teoría introduce conceptos como el principio de incertidumbre, que establece que no es posible conocer con precisión simultánea la posición y el momento de una partícula. En química, la mecánica cuántica es esencial para comprender la estructura electrónica de los átomos y las interacciones que ocurren durante las reacciones químicas. La teoría cuántica proporciona una base para explicar la naturaleza de los enlaces químicos, la geometría molecular y las propiedades espectroscópicas, superando las limitaciones de modelos previos como el de Bohr.

Orbitales Atómicos y su Rol en la Configuración Electrónica

Los orbitales atómicos son regiones del espacio donde existe una alta probabilidad de encontrar un electrón. Estos orbitales, definidos por soluciones matemáticas a la ecuación de Schrödinger, tienen formas y orientaciones específicas y se clasifican en tipos s, p, d y f, cada uno con un número creciente de orientaciones espaciales. Por ejemplo, el cuarto nivel de energía incluye un orbital s, tres orbitales p, cinco orbitales d y hasta siete orbitales f. La comprensión de los orbitales atómicos es crucial para explicar la configuración electrónica de los átomos y su comportamiento en las reacciones químicas. Esta comprensión es la base de la química moderna y es esencial para predecir y explicar las propiedades físicas y químicas de los elementos y compuestos.

EL MODELO ATÓMICO DE BOHR Y SUS MODIFICACIONES

1. INTRODUCCIÓN AL MODELO ATÓMICO DE BOHR

NIELS BOHR Y SU MODELO ATÓMICO

NIELS BOHR IDEÓ UN NUEVO MODELO ATÓMICO EN 1913 QUE EXPLICABA LOS ESPECTROS DE RAYAS Y SOLVENTABA LOS PROBLEMAS DEL MODELO DE RUTHERFORD

POSTULADOS DEL MODELO DE BOHR

POSTULADO 1: ÓRBITAS CIRCULARES ESTACIONARIAS

SEGÚN EL PRIMER POSTULADO DE BOHR, EL ELECTRÓN GIRA ÚNICAMENTE EN UN CONJUNTO DISCRETO DE ÓRBITAS CIRCULARES ESTACIONARIAS

POSTULADO 2: ENERGÍA DEL ELECTRÓN

EL SEGUNDO POSTULADO DE BOHR ESTABLECE QUE LA ENERGÍA DEL ELECTRÓN EN CADA ÓRBITA ESTÁ DETERMINADA Y ES MAYOR CUANTO MÁS ALEJADA SE HALLA DEL NÚCLEO

POSTULADO 3: SALTOS ELECTRÓNICOS

EL TERCER POSTULADO DE BOHR EXPLICA QUE SI EL ELECTRÓN ABSORBE SUFICIENTE ENERGÍA, PUEDE SALTAR A UNA ÓRBITA SUPERIOR Y AL REGRESAR EMITE LA MISMA CANTIDAD DE ENERGÍA

EXPLICACIÓN DE LA ESTABILIDAD DEL ÁTOMO Y LOS ESPECTROS DE RAYAS

LOS POSTULADOS 1 Y 2 EXPLICAN LA ESTABILIDAD DEL ÁTOMO, MIENTRAS QUE EL POSTULADO 3 EXPLICA LA EXISTENCIA DE LOS ESPECTROS DE RAYAS

2. MODIFICACIONES AL MODELO DE BOHR

ESTRUCTURA FINA DE LOS ESPECTROS

AL ESTUDIAR LOS ESPECTROS ATÓMICOS CON MAYOR RESOLUCIÓN, SE DESCUBRIÓ QUE ALGUNAS RAYAS ESTABAN DESDOBLADAS EN DOS O TRES RAYAS MUY PRÓXIMAS ENTRE SÍ, LO QUE SE CONOCE COMO ESTRUCTURA FINA DE LOS ESPECTROS

MODELO ATÓMICO DE SOMMERFELD

MODIFICACIONES Y COMPLETACIONES AL MODELO DE BOHR

ARNOLD SOMMERFELD MODIFICÓ Y COMPLETÓ EL MODELO DE BOHR CON IDEAS COMO LA EXISTENCIA DE CAPAS ELECTRÓNICAS Y SUBNIVELES DE ENERGÍA

CAPAS ELECTRÓNICAS Y SUBNIVELES DE ENERGÍA

SEGÚN EL MODELO DE SOMMERFELD, ALREDEDOR DEL NÚCLEO EXISTEN SIETE CAPAS ELECTRÓNICAS (K, L, M, N, O, P Y Q) Y CADA UNA DE ELLAS TIENE SUBNIVELES DE ENERGÍA (S, P, D Y F)

NUEVAS MODIFICACIONES AL MODELO DE BOHR

DESDOBLAMIENTOS EN UN CAMPO MAGNÉTICO

AL REALIZAR LOS ESPECTROS EN UN CAMPO MAGNÉTICO, SE DESCUBRIERON NUEVOS DESDOBLAMIENTOS QUE SE EXPLICARON POR LA EXISTENCIA DE ÓRBITAS CON DISTINTAS ORIENTACIONES

PROPIEDAD DEL ESPÍN DE LOS ELECTRONES

SEGÚN LA TERCERA MODIFICACIÓN AL MODELO DE BOHR, CADA ÓRBITA PUEDE ALOJAR HASTA DOS ELECTRONES QUE GIRAN EN SENTIDO CONTRARIO, LO QUE SE CONOCE COMO PROPIEDAD DEL ESPÍN

3. CONFIGURACIONES ELECTRÓNICAS

DISTRIBUCIÓN DE LOS ELECTRONES EN UN ÁTOMO

LA CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA ES LA DISTRIBUCIÓN DE LOS ELECTRONES EN LOS DIFERENTES NIVELES Y SUBNIVELES DE ENERGÍA DE UN ÁTOMO

ORDEN DE COLOCACIÓN DE LOS ELECTRONES

LOS ELECTRONES SE COLOCAN EN TORNO AL NÚCLEO COMENZANDO POR EL NIVEL DE MENOR ENERGÍA, PERO PUEDEN MODIFICAR SU ORDEN DEBIDO A LOS DESDOBLAMIENTOS DE LOS SUBNIVELES

EJEMPLO DE ORDEN DE COLOCACIÓN DE ELECTRONES

EN EL DIAGRAMA SE PUEDE OBSERVAR CÓMO EL SUBNIVEL 4S SE COMPLETA ANTES QUE EL SUBNIVEL 3D, A PESAR DE PERTENECER A UN NIVEL SUPERIOR

4. CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA

CONSTRUCCIÓN DE LA CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA

LA CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA SE CONSTRUYE ESCRIBIENDO LOS SUBNIVELES Y LOS ELECTRONES DE CADA UNO SE EXPRESAN MEDIANTE UN SUPERÍNDICE

CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA DEL LITIO

LA CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA DEL LITIO ES 1S2 2S1, CON 3 ELECTRONES Y Z = 3

REPRESENTACIÓN DEL DIAGRAMA DE ENERGÍA DE UN ÁTOMO

EL DIAGRAMA DE ENERGÍA DE UN ÁTOMO SE SIMBOLIZA CON FLECHAS QUE REPRESENTAN LOS ELECTRONES Y SU ESPÍN

5. MECÁNICA CUÁNTICA

PRINCIPIOS DE LA MECÁNICA CUÁNTICA

LA MECÁNICA CUÁNTICA SE BASA EN HERRAMIENTAS MATEMÁTICAS DESARROLLADAS POR SCHRÖDINGER Y EN EL PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE DE HEISENBERG

CONFERENCIA DE SOLVAY DE 1927

EN LA CONFERENCIA DE SOLVAY DE 1927 SE DEBATIERON LOS PRINCIPIOS DE LA MECÁNICA CUÁNTICA, CON LA ASISTENCIA DE IMPORTANTES CIENTÍFICOS COMO ERWIN SCHRÖDINGER Y WERNER HEISENBERG