Modelos atómicos

Siguiendo con la temática del último post, hoy os presento unas animaciones en formato flash que he encontrado en la página de modelos atómicos de la facultad de Física de la Universidad de Córdoba. Creo que pueden ser un gran apoyo a la hora de explicar dicho tema en clase, ya que conceptos como el de orbital y fenómenos como la excitación y relajación de un electrón, simples aparentemente, pueden resultar tremendamente complicados para los alumnos que se enfrentan a ellos por primera vez. Por otro lado, con estas animaciones podemos evitar recurrir a dibujos confusos en el encerado o recreaciones con objetos que tengamos a mano, métodos practicados con más frecuencia de la deseada.

Experimento de Rutherford

En primer lugar tenemos una recreación del experimento de Rutherford, incluído en el temario a partir de 2ºESO y que todos los alumnos deben conocer.  Esta experiencia, llevada a cabo en 1909 y publicada en 1911, supuso un cambio rádical en el concepto de la materia, que hasta entonces se creía distribuída uniformemente según el modelo atómico de Thomson. 

El experimento consistió en dirigir un haz de partículas alfa, obtenidas de la desintegración de una sustancia radiactiva como el Polonio, sobre una fina lámina de oro y observar cómo ésta afectaba a la trayectoria de los rayos. Para obtener un fino haz se colocó el Po en una caja de Pb que detiene todas las partículas excepto las que salen por un orificio. Perpendicular a la trayectoria del haz se interponía la lámina de oro y, para la detección de la trayectoria, se empleó una pantalla con sulfuro de zinc que produce pequeños destellos cada vez que una partícula alfa choca contra ella.

Según el modelo de Thomson las partículas atravesarían la lámina sin desviarse demasiado, pero se observó que un pequeño porcentaje (una de cada 8.000) se desviaban de vuelta hacia la fuente de Po.

Este hecho indicaba que la mayor parte del átomo estaba vacio y que prácticamente toda su masa se concentraba en una zona muy pequeña con carga positiva, lo que hoy día conocemos como núcleo atómico.

Modelo de Bohr

En 1913 el físico danés N.Bohr propuso un nuevo modelo que explicaba la existencia de los espectros atómicos. Este modelo se basa en tres conceptos básicos:

- Los electrones giran en torno al núcleo en órbitas circulares de energía fija.

- En estas órbitas , los electrones se mueven sin perder energía.

- Solo están permitidas determinadas órbitas: aquellas cuya energía tome ciertos valores restringidos. Estas órbitas se denominan también niveles de energía.

El número que indica el orden del nivel de energía. y en consecuencia el radio del átomo, se denomina número cuántico principal y se representa por n. Al nivel de menor energía (n=1) se le conoce como estado fundamental, mientras que los de mayor energía son estados excitados.

El espectro de absorción se origina cuando un electrón absorbe la energía de un fotón y asciende desde un nivel hasta otro de mayor energía. Los espectros de emisión se deben a las radiaciones que emite un electrón que está en un estado excitado al descender a otro nivel de energía inferior.

El espectro del hidrógeno
Cuando el electrón cambia de órbita, la absorción o emisión energética puede realizarse por medio de fotones. Estos se manifiestan mediante radiaciones electromagnéticas cuya energía queda determinada por la ecuación de Einstein:

siendo h la constante de Planck y  la frecuencia determinada a la que se producen las absorciones o emisiones. Por tanto, el espectro del átomo de hidrógeno consta solo de determinadas frecuencias. La energía asociada a cada una de ellas es la diferencia entre dos niveles.
El grupo de líneas que define todos los posibles saltos a cada una de las órbitas se denomina serie. Las transiciones entre órbitas con n>1 hasta n=1 son conocidas como serie de Lyman; las que se producen entre n>2 y n=2 forman la serie de Balmer; las correspondientes a los niveles 3º,4º y 5º se denominan series de Paschen, Brackett y Pfund , respectivamente, en honor a sus descubridores.