Tema II: El enlace atómico

Estructura Atómica Para comprender el enlace atómico es preciso conocer previamente la estructura interna de los átomos individuales. Para ello es suficiente emplear un modelo planetario de la estructura atómica, en el que el átomo está constituido por una serie de electrones (los planetas) orbitando alrededor de un núcleo (el sol).

Estructura Atómica Como base para la identificación química de un determinado átomo, tan sólo será necesario considerar el número de protones y neutrones existentes en el núcleo. Cada protón o neutrón tiene una masa de aproximadamente 1.66 x 10-24 g. Este valor se conoce como unidad de masa atómica (uma).

Estructura Atómica Por ejemplo, el isótopo más común del carbono es el C12 (representado en la Figura), que contiene en su núcleo seis protones y seis neutrones, con lo que su masa atómica es de 12 uma.

Estructura Atómica También resulta conveniente indicar que existen 0.6023 x 1024 uma por gramo. Este valor tan elevado, conocido como número de Avogadro, representa el número de protones o de neutrones que se necesitan para producir una masa de 1 gramo.

Estructura Atómica El número de Avogadro de átomos de un elemento dado se denomina átomo-gramo. Para un compuesto, el término correspondiente es mol; es decir, que un mol de NaCl contiene el número de Avogadro de átomos de Na el número de Avogadro de átomos de Cl.

Estructura Atómica El número de Avogadro de átomos de C12 tendría una masa de 12.00 g. El carbono en la naturaleza tiene una masa de 12.011 uma. No todos los átomos de carbono contienen seis neutrones en el núcleo (algunos contienen siete). La diferente cantidad de neutrones (seis o siete en el caso del carbono) identifica a los diferentes isótopos —átomos de un mismo elemento con un número diferente de neutrones en el núcleo—.

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En la naturaleza, el 1.1 % de los átomos de carbono corresponden al isótopo C13. Sin embargo, el núcleo de todos los átomos de carbono contiene seis protones. El número de protones que existen en el núcleo se conoce como número atómico del elemento.

Estructura Atómica

Estructura Atómica Si bien, la identidad química del elemento está determinada por el núcleo, en el enlace atómico intervienen los electrones y los orbitales electrónicos. El electrón, con una masa de 0.911 x 10-27 g, prácticamente no contribuye a la masa atómica del elemento. Sin embargo esta partícula posee una carga negativa de 0.16 x 10-18 coulomb (C), de igual magnitud a la carga de cada protón, 0.16 x 1018 C.

Estructura Atómica Los electrones se hallan agrupados en determinadas posiciones orbitales, fijas, alrededor del núcleo. Además, cada radio orbital está caracterizado por un nivel de energía, una energía de enlace fija entre el electrón y su núcleo.

Estructura Atómica Es importante indicar que los electrones situados alrededor del núcleo de C12 ocupan esos niveles energéticos específicos, estando prohibidos los niveles energéticos intermedios. Las energías prohibidas corresponden a condiciones inaceptables desde el punto de vista de la mecánica cuántica, es decir, situaciones en que no pueden formarse ondas estacionarias.

Estructura Atómica

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El análisis químico en los laboratorios de materiales a menudo se realiza con un microscopio electrónico de barrido. Un haz de electrones genera una radiación X característica que puede emplearse para identificar distintos elementos químicos. Este aparato examina un volumen aproximadamente cilíndrico en la superficie de un material sólido.

Ejemplo 2.1: Calcúlese el número de átomos analizados en un cilindro de 1 mm de diámetro y 1 mm de profundidad sobre la superficie de una pieza maciza de cobre.

Ejemplo 2.1: Calcúlese el número de átomos analizados en un cilindro de 1 mm de diámetro y 1 mm de profundidad sobre la superficie de una pieza maciza de cobre.

Ejemplo 2.2: Un mol de MgO sólido ocupa un volumen cúbico de 22.37 mm de lado. Calcúlese la densidad del MgO (en g/cm3).

Ejemplo 2.3: Calcúlense las dimensiones de un cubo que contenga un mol de magnesio sólido.

Ejercicios: