Visualização de Átomos e Modelos Atômicos

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UNMSM-CENTRO PREUNIVERSITARIO Ciclo 2020-I 
 
Semana Nº 3 (Prohibida su reproducción y venta) Pág. 118 
Química 
 
¿Se pueden ver y/o manipular los átomos? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Por supuesto que a simple vista no se ven ni tampoco con los microscopios ópticos 
ordinarios. 
 
 
Pero sí con los microscopios electrónicos, aunque hay que aclarar que lo que “vemos” 
son las alteraciones que sufren los átomos en sus niveles energéticos, cuando se les 
bombardean con un haz de electrones, procedente de un microscopio electrónico de 
barrido, no al átomo en sí. 
 
En los microscopios electrónicos convencionales, los electrones “rebotan” sobre la 
superficie de la muestra a estudiar, y son estos electrones reflejados los que nos informan 
de cómo están dispuestos los átomos y sus características. 
 
Con los valores obtenidos se pueden realizar representaciones de ellos. Y eso es lo que 
“vemos”. Sabemos que cada elemento químico, cada clase de átomo, experimenta una 
alteración energética diferenciada, lo que viene a ser como su ‘firma energética’ y que 
permite identificarle, algo así como su huella dactilar, por decirlo de alguna forma, lo que 
a su vez es importante desde el punto de vista científico. 
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Te sorprenderás al enterarte que ya en 1990, científicos de la IBM consiguieron escribir el 
logotipo de su empresa a escala atómica. Como “tinta” utilizaron 35 átomos de xenón; “el 
papel” fue una lámina de metal cristalino, y el “lápiz”, un microscopio electrónico de efecto 
túnel, con el que lograron mover y colocar los átomos. 
 
EL ÁTOMO Y SU ESTRUCTURA 
 
La teoría Atomista de Leucipo y Demócrito del siglo V antes de Cristo quedó relegada 
hasta inicios de siglo XIX cuando Dalton plantea nuevamente un modelo atómico surgido 
en el contexto de la química, en el que se reconoce propiedades específicas para los 
átomos de diferentes elementos luego surge el modelo de Thomson en el cual el átomo 
presenta carga eléctrica y es a través del experimento de Rutherford y su modelo de 
átomo nuclear por el que se establece que en el núcleo se ubican los protones y en la 
envoltura electrónica los electrones. Finalmente, el modelo de Böhr plantea la existencia 
de órbitas y es corregido por el modelo actual del átomo plantea la existencia de orbitales 
o reempe (región espacio energética de manifestación probabilística electrónica). 
 
En 1932, Chadwick realizó un descubrimiento fundamental en el campo de la ciencia 
nuclear: descubrió la partícula en el núcleo del átomo que pasaría a llamarse neutrón. 
 
 
 
REPRESENTACIÓN DEL ÁTOMO: NÚCLIDO 
 
 
 
 
 
 
 
 Donde: 
 
 A = número de masa = N° protones + N° neutrones 
 
 Z = número atómico = Nº de protones. 
 
 
PARTÍCULAS DEL ÁTOMO 
 
PARTÍCULA SÍMBOLO MASA (g) CARGA ( C ) 
Electrón 9,109 x 10 –28 – 1,602 x 10 –19 
Protón 1,672 x 10 –24 + 1,602 x 10 –19 
Neutrón 1,674 x 10 –24 0 
e01
p11
n10
 Dalton Thomson Rutherford Böhr Schrödinger 
(1803) (1904) (1911) (1913) (1926) 
 
 
EAZ
+
+
+
+
+
+
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TEORÍAS Y MODELOS ATÓMICOS 
 
 
CONCEPTOS BÁSICOS 
Teoría de 
Dalton 
- Discontinuidad de la materia. 
- Los átomos del mismo elemento tienen igual masa y 
propiedades (no se considera el concepto de isótopos). 
Modelo de 
Thomson 
- El átomo se considera como una esfera de carga positiva, con 
los electrones repartidos como pequeños gránulos. 
Modelo de 
Rutherford 
- Conceptos de núcleo y envoltura electrónica. 
Los electrones giran generando una nube electrónica de gran 
volumen, alrededor del núcleo muy pequeño (modelo 
planetario). 
Modelo de 
Böhr 
- Existencia de órbitas, cada una de las cuales se identifica por 
un valor de energía, el desplazamiento del electrón de un nivel 
a otro lo hace absorbiendo o emitiendo energía. 
Modelo de la 
mecánica 
cuántica 
- Plantea el concepto de orbital. 
- El electrón queda definido por cuatro números cuánticos (n, ℓ, 
mℓ y ms). 
 
En 1926, Erwin Schrödinger desarrolló una ecuación que interpreta el carácter de onda 
del electrón que, juntamente con la relación matemática de De Broglie y el Principio de 
Incertidumbre de Heisenberg, contribuyen grandemente al planteamiento del modelo 
actual del átomo. Actualmente, en base a la ecuación de Schrödinger y a otros estudios 
adicionales, el electrón de un átomo se puede describir por cuatro números cuánticos. 
 
NÚMEROS CUÁNTICOS 
 
NÚMERO CUÁNTICO VALORES REPRESENTA 
Número cuántico principal: “n” 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, ........... Nivel de energía 
Número cuántico azimutal ó 
secundario: “ ℓ ” 
0(s), 1(p), 2(d), 3(f),......(n – 1) Subnivel de energía 
Número cuántico magnético: 
“m
ℓ
” – ℓ .......... 0 ............ + ℓ Orbital 
Número cuántico de spin: “ms” 
o “s” 
+ 1/2 ; – 1/2 Giro del electrón 
 

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COMBINACIÓN DE NÚMEROS CUÁNTICOS 
 
VALORES DE “n” VALORES DE “ℓ” VALORES DE “mℓ” 
n = 1 ℓ = 0 (1s) m = 0 
n = 2 
ℓ = 0 (2s) 
ℓ = 1 (2p) 
m = 0 
m = –1, 0, +1 
n = 3 
ℓ = 0 (3s) 
ℓ = 1 (3p) 
ℓ = 2 (3d) 
m = 0 
m = –1, 0, +1 
m = –2, –1, 0, +1, +2 
n = 4 
ℓ = 0 (4s) 
ℓ = 1 (4p) 
ℓ = 2 (4d) 
ℓ = 3 (4f) 
m = 0 
m = –1, 0, +1 
m = –2, –1, 0, +1, +2 
m = –3, –2, –1, 0, +1, +2, +3 
 
 
EJERCICIOS 
 
 
1. El átomo es la mínima partícula representativa de un elemento químico que 
conserva su identidad y sus propiedades, su estructura está formada por el núcleo 
atómico y la envoltura electrónica. Con respecto al átomo y las partículas que lo 
constituyen, indique la alternativa INCORRECTA. 
 
A) El núcleo representa su masa y la envoltura electrónica su volumen. 
B) Las partículas que se encuentran en el núcleo se denominan nucleones. 
C) Según el modelo actual los electrones giran en órbitas definidas. 
D) Al ganar o perder electrones se forman los iones respectivos. 
 
2. La representación de los iones y átomos neutros se denomina núclido, en el cual el 
número de masa indica la cantidad de nucleones y el número atómico la cantidad de 
protones. Al respecto, seleccione el valor de verdad (V o F) de las siguientes 
proposiciones. 
 
I. El 𝐸20
40 , representa al átomo de un elemento que tiene 20 protones y 20 
neutrones en el núcleo. 
 
II. El 𝐸6
12 es isótopo de 𝐸6
14 porque ambos tienen el mismo número de nucleones. 
 
III. El 𝐹𝑒26
56 3+ tiene 26 protones, 30 neutrones y 29 electrones. 
 
A) VVF B) VFF C) VFV D) FVF 
 
 
 
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3. La masa atómica relativa promedio de un elemento se obtiene como el promedio 
ponderado de las masas de sus isótopos naturales. En un espectrómetro de masas 
se determinó que las abundancias relativas para el E – 24 es 96% y E – 25 es 4%. 
Al respecto, determine la masa atómica relativa de dicho elemento. 
 
A) 24,96 B) 24,85 C) 24,04 D) 24,32 
 
4. Los números cuánticos son parámetros que permiten conocer la ubicación probable 
de un electrón en el átomo, los tres primeros (n, ℓ y m
ℓ 
) resultan de la ecuación de 
Schrödinger. Al respecto, indique la alternativa que muestra la combinación de 
números cuánticos INCORRECTA. 
 
A) (2, 0, 0, +½) B) (3,1, –1, –½) C) (1, 0, 0, – ½) D) (2, 2, –1, –½) 
 
5. La envoltura electrónica está formada por regiones energéticas denominados 
niveles, subniveles y orbitales. Los niveles están formados por un conjunto de 
subniveles, y éstos últimos están constituidos por los orbitales. Para n = 4, determine 
la cantidad de subniveles y para n = 3, determine la cantidad de orbitales. 
 
A) 16 y 9 B) 4 y 9 C) 16 y 18 D) 4 y18 
 
6. La configuración electrónica consiste en el ordenamiento de los electrones en los 
niveles, subniveles y orbitales, se basa en el principio de aufbau, el de máxima 
multiplicidad y el de exclusión de Pauli. Al respecto, indique la distribución 
electrónica que no cumpla con alguno de los principios mencionados. 
 
A) 1s2 2s2 2p6 3s2 
B) 1s2 2s2 2p6 3s2 222 333 zyx ppp
 
C) 1s2 2s2 2p6 3s2 012 333 zyx ppp 
D) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 
 
7. El manganeso (Z = 25), es un metal empleado para fabricar aleaciones resistentes a 
la corrosión, razón por la cual son empleadas en la fabricación de hélices de barcos 
y torpedos. Al respecto, determine los números cuánticos del último electrón de 
dicho elemento. 
 
A) (4, 0, 0, –½) B) (4, 0, 0, +½) C) (3, 2, 0, +½) D) (3, 2, +2, +½) 
 
8. El potasio es un metal muy blando, con un bajo de punto de fusión y reacciona 
violentamente con el agua, en tanto que el ion potasio cumple un papel fundamental 
en la regulación de la contracción muscular. Con respecto al potasio que al perder 
un electrón adquiere la configuración del gas noble 18Ar, indique la alternativa 
INCORRECTA. 
 
A) El átomo neutro presenta 19 electrones en la nube electrónica. 
B) En la configuración electrónica de su ion hay doce e– con ℓ = 1. 
C) El átomo neutro posee un electrón desapareado. 
D) El ion presenta cinco subniveles llenos y seis electrones en su último nivel. 
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9. El ion 24Cr3+ es utilizado en procesos industriales como el curtido del cuero, 
producción de colorantes y pigmentos, preservación de la madera, extracción del 
petróleo, entre otros. Respecto al ion, indique el valor de verdad (V o F) de las 
siguientes proposiciones. 
 
I. Su átomo neutro presenta dos electrones en su último nivel. 
II. Presenta tres electrones con ℓ = 2. 
III. Los números cuánticos de su último electrón son (3, 2, 0 ,+1/2). 
 
A) FVF B) FVV C) VFV D) VFF 
 
EJERCICIOS PROPUESTOS 
 
1. El aluminio es un metal muy utilizado en la fabricación de aviones, automóviles, 
trenes de alta velocidad, tanques entre otras estructuras. Dicho metal presenta dos 
isótopos: 
 (a) 𝐴𝑙13
27 (b) 𝐴𝑙13
26 
 
Al respecto, indique el valor de verdad (V o F) de las siguientes proposiciones. 
 
I. (a) presenta 14 neutrones y (b) 13 neutrones. 
II. (a) tiene 13 protones y (b) 26 nucleones. 
III. Ambos tienen igual número de electrones. 
 
A) FFV B) FVF C) VVV D) VFV 
 
2. El ion calcio cumple un papel fundamental en la transmisión de señales a las células, 
es decir es un mensajero intracelular utilizado por numerosas hormonas para activar 
diversas funciones como la contracción muscular necesaria para realizar deporte. 
Respecto al catión divalente del calcio, señale la(s) proposición(es) correcta(s). 
 
Dato: Ca: Z = 20 
 I. Tiene igual cantidad de protones y neutrones. 
II. Es isoelectrónico con el 18Ar. 
III. Presenta dos electrones en su último nivel de energía. 
 
A) Solo II B) Solo III C) II y III D) I, II y III 
 
3. El arsénico es un elemento altamente tóxico para los seres humanos, su ingesta 
puede provocar irritación al estómago y a los intestinos, disminución en la 
producción de glóbulos rojos y blancos e irritación de los pulmones. Dicho elemento 
tiene un total de 15 electrones con ℓ = 1, determine la cantidad de subniveles llenos y 
orbitales semillenos que posee. 
 
A) 8 y 3 B) 7 y 1 C) 8 y 1 D) 7 y 3 
 
4. El ion fluoruro, 9F1–, se encuentra presente en las pastas dentales, y su principal 
función es impedir el desgaste del esmalte previniendo la formación de caries, sin 
embargo, recientes investigaciones lo han asociado con efectos cancerígenos por lo 
que su uso es controversial. Respecto al ion fluoruro, indique la alternativa correcta. 
 
A) Presenta solo seis electrones en su último nivel. 
B) Tiene solo cuatro electrones con ℓ = 1. 
C) Presenta solo dos subniveles llenos. 
D) Los números cuánticos de su último electrón son (2, 1, +1, –1/2).