El átomo no es la esfera sólida que a veces nos imaginamos. Tiene una estructura interna, y entenderla es la clave para explicar todas las propiedades químicas.
El modelo de Bohr (punto de partida)
En 1913, Niels Bohr propuso un modelo planetario: el núcleo está en el centro y los electrones giran en capas discretas. Cada capa tiene una capacidad máxima:
- Capa K (n = 1): 2 electrones
- Capa L (n = 2): 8 electrones
- Capa M (n = 3): 18 electrones
- Capa N (n = 4): 32 electrones
Los electrones llenan primero las capas internas (una regla sencilla, válida hasta el argón, Z = 18). Para el sodio (Na, Z = 11), con 11 electrones: (K)² (L)⁸ (M)¹.
Este modelo basta para entender por qué los elementos de un mismo grupo comparten propiedades: tienen el mismo número de electrones en su capa más externa (capa de valencia).
Del modelo planetario al cuántico
El modelo de Bohr funciona para el hidrógeno, pero falla en cuanto un átomo tiene varios electrones. Los datos experimentales (espectros de emisión, energías de ionización) exigen un modelo más fino: la mecánica cuántica.
En el modelo cuántico, el electrón no sigue una trayectoria definida. Se usa la noción de orbital atómico: una región del espacio donde la probabilidad de encontrar el electrón es alta. Los orbitales se clasifican según:
- el número cuántico principal n (tamaño, energía): 1, 2, 3...
- el número cuántico secundario ℓ (forma): s, p, d, f
- el número cuántico magnético mₗ (orientación)
- el espín mₛ: +1/2 o −1/2
Configuración electrónica
El principio de Pauli prohíbe que dos electrones compartan los cuatro números cuánticos. La regla de Aufbau da el orden de llenado:
1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p
Para el carbono (Z = 6): 1s² 2s² 2p². Para el hierro (Z = 26): [Ar] 4s² 3d⁶.
Un átomo, muchas caras
Según la precisión que necesites:
- El modelo planetario basta para hablar de capas y de valencia.
- El modelo cuántico es necesario para explicar el enlace covalente, la geometría molecular, el color de los compuestos y el magnetismo.
En bachillerato usarás sobre todo el modelo cuántico simplificado (s, p, d). En la universidad profundizarás en los orbitales y su geometría. Tú decides hasta dónde llegar.
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