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1 Educación Secundaria Modelo atómico de Bohr Niels Bohr es un físico danés que en 1913 ofreció una explicación de la estructura del átomo, en el cual los electrones tienen un orden definido en torno al núcleo. Mientras que en el modelo atómico de Rutherford los electrones giran alrededor del núcleo en órbitas de un radio cualquiera, en el modelo de Bohr solo son permitidas ciertas órbitas. Bohr postula un nuevo modelo que se conoce con el nombre de modelo atómico de órbitas electrónicas. Considera que cada átomo es como un sistema solar en miniatura, donde los electrones se mueven alrededor del núcleo a gran velocidad describiendo distintas órbitas y tienen un nivel de energía, al igual que los planetas se mueven alrededor del sol. El núcleo atrae los electrones mediante fuerzas eléctricas; es por ello que no pueden escapar. Algo parecido sucede entre el Sol y los planetas, con la diferencia de que, en este último caso, la fuerza que actúa es la fuerza gravitatoria. Cada electrón tiene cierta cantidad de energía, y de acuerdo a ella se moverá a mayor o menor distancia del núcleo. De acuerdo a lo mencionado, el electrón se moverá a mayor o menor distancia del núcleo. Entonces, un electrón con poca energía no opondrá mayor resistencia a la fuerza que ejerce el núcleo y se moverá en una órbita cercana. En cambio, los electrones con un nivel alto de energía girarán en las órbitas más lejanas. Cada átomo solo tiene un número determinado de órbitas, ya que a los electrones solo le son permitidos ciertos valores de energía y en cada órbita solo se mueve un número determinado de electrones. El modelo atómico nuclear planteado por Rutherford generó, a su vez, las siguientes preguntas: ¿Qué hacían los electrones dentro del átomo? Si las cargas opuestas se atraen, ¿cómo hacen los electrones para girar eternamente alrededor del núcleo? Otros científicos demostraron que toda carga eléctrica en movimiento pierde energía y se agota. En el caso de los electrones era igual; estos tendrían que agotarse de tanto girar hasta terminar chocando con el núcleo y destruirlo, pero como esto no ocurría, algo fallaba en la propuesta de Rutherford.1 Por fortuna, el problema fue resuelto por Bohr. SEMANA 23 Explicamos la estructura del modelo atómico actual 1.er grado: Ciencia y Tecnología 1 Adaptado de Kahn Academy (s. f.). Modelo de Bohr del hidrógeno. Recuperado de https://bit.ly/2CNh61u Explicamos la estructura del modelo atómico actual EDUCACIÓN SECUNDARIA 1.er grado: Ciencia y Tecnología 2 Si el electrón se mueve en una órbita determinada, tendrá energía constante. Es así como un electrón puede pasar de una órbita a otra. Cuando absorbe energía pasa a una órbita superior, y cuando emite energía regresa a su órbita inicial2, tal como se observa en la imagen 1. 2 Adaptado de Ministerio de Educación del Perú. (2016). Ciencia, Tecnología y Ambiente 3 (p. 33). Lima: Minedu. 3 Extraído de Ministerio de Educación del Perú. (2016). Ciencia, Tecnología y Ambiente 3 (p. 34). Lima: Minedu. 4 Extraído de Brown, LeMay & Bursten (1998). Química. La ciencia central (p. 194). México. 5 Extraído de Brown, LeMay & Bursten (1998). Química. La ciencia central (p. 195). México. Núcleo ElectrónÓrbitas n=1 n=2 n=3 n=4 n-5 Núcleo Electrón Fotón absorbido Fotón emitido Núcleo En cada órbita, el electrón tiene una determinada energía. Mientras que el electrón no cambie de órbita su energía no varía. Para que un electrón pase a una órbita más alejada del núcleo, hay que comunicarle energía. Cuando un electrón pasa de una órbita alejada a otra órbita más próxima al núcleo, pierde energía. Este modelo fue muy importante porque introdujo la idea de que en un átomo los electrones pueden tener ciertas energías. Esta característica está incorporada en el modelo atómico actual; sin embargo, el modelo de Bohr solo era adecuado para explicar átomos con un solo electrón, como es el caso del hidrógeno, y no para otros átomos con mayor cantidad de electrones. Modelo atómico mecánico cuántico moderno En este modelo atómico, la mayor parte de las ideas de Bohr fueron reemplazadas por una nueva forma de ver los átomos desde la física cuántica, pero mantiene el concepto de la cuantización. “Erwin Schrödinger propuso un nuevo modelo atómico cuántico basándose en dos principios de la mecánica cuántica”3: • Principio de dualidad de la materia onda – corpúsculo. Fue enunciado por el francés Louis de Broglie (1892 – 1987), quien menciona que, “dependiendo de las circunstancias experimentales, la radiación parece tener comportamiento ondulatorio o de partícula”.4 • Principio de incertidumbre. Fue enunciado por el alemán Werner Heisenberg, quien indica que “es imposible conocer en simultáneo el momento exacto del electrón como su posición exacta en el espacio”.5 Estos enunciados permitieron establecer el modelo mecánico cuántico del átomo. En este modelo, la materia a nivel subatómico empieza a comportarse de forma muy extraña e impredecible, y es capaz de producir efectos como hallarse en varios sitios a la vez. Es así que el electrón se comporta como una partícula o como una onda y se encuentra disperso por todo el átomo. Imagen 1. Modelo atómico de Bohr Fuente: Ministerio de Educación del Perú. (2016). Ciencia, Tecnología y Ambiente 3. Lima: Minedu. 3 Explicamos la estructura del modelo atómico actual EDUCACIÓN SECUNDARIA 1.er grado: Ciencia y Tecnología Asimismo, los electrones se encuentran distribuidos ocupando orbitales, lugar probable donde los podemos ubicar. Este modelo plantea que el átomo está constituido por el núcleo y la nube electrónica, como se puede visualizar en la imagen 2. El contenido del presente documento tiene finalidad educativa y pedagógica, y forma parte de la estrategia de educación a distancia y gratuita que imparte el Ministerio de Educación. Electrón Partículas negativas Neutrón no contienen carga Protón Partículas con carga positiva Modelo atómico de Bohr Órbitas de electrones Modelo mecánico cuántico Nube electrónica (orbitales) John DALTON Modelo de Dalton Joseph Thomson Modelo de pudín de pasas Ernest Rutherford Modelo planetario Niels Bohr Modelo de Bohr Erwin Schrödinger Modelo mecánico cuántico Imagen 2. El átomo según el modelo atómico de Bohr y el modelo atómico cuántico constituido por el núcleo y la nube electrónica. Imagen 3. Línea de tiempo de la evolución de los modelos atómicos Referencias: Brown, T., LeMay, H. & Bursten, B. (1998). Química. La ciencia central. México: Prentice Hall Hispanoamericana. Khan Academy. (s. f.). Historia de la estructura atómica. Recuperado de https://bit.ly/3j0wkja Martín, G. J. (2003). ¿Se pueden ver los átomos? De la entelequia a la realidad. Apuntes de Ciencia y Tecnología. Recuperado de https://bit.ly/2YpVZtH Ministerio de Educación del Perú. (2016). Ciencia, Tecnología y Ambiente 3. Lima: Minedu. A continuación, te mostramos una imagen de la línea de tiempo de la evolución de los modelos atómicos.
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