Cuestiones sobre el átomo

Si el núcleo del átomo más sencillo, el de hidrógeno, fuese la Tierra, ¿dónde estaría situado el electrón de dicho átomo, de acuerdo con la teoría de Bohr?

      El átomo más pequeño de todos los elementos químicos que componen la materia es el del elemento hidrógeno, que se puede asimilar a una esfera de radio unos 50.10^-12 m (50 pm). Los átomos de los demás elementos pueden tener prácticamente radios de unos 100 pm. El premio Nobel Niels Bohr propuso un modelo de átomo de hidrógeno con un núcleo central, en el que existe una partícula cargada de electricidad llamada protón, y girando en su entorno en una órbita o capa, similar a las planetarias, otra partícula cargada, el electrón. Si el núcleo del átomo de H fuese la Tierra, de radio unos 6 400 km, el electrón giraría en una órbita de radio unos 320 millones de km; teniendo en cuenta que el Sol se halla a unos 150 millones de km de la Tierra, quedaría dentro del supuesto átomo.               



     Modelo de Bohr de átomo de hidrógeno

¿Dónde reside la masa de un átomo?

      El protón tiene de masa 1,673.10^-27 kg (unidad de masa atómica, u, equivalente a una energía de 938,3 MeV según la ecuación de Einstein m·c²) y un radio aproximado de 1 fentómetro, 1 fm, es decir 1.10^-15 m (es, por tanto, unas 50 000 veces más pequeño que el radio del átomo). En el núcleo de un átomo hay protones y neutrones. El neutrón es una partícula de masa 1,675.10^-27kg equivalente a 939,6 MeV de energía, ligeramente superior a la del protón pero de igual radio. Alejados a gran distancia del núcleo se hallan los orbitales donde existe la máxima probabilidad de encontrar a los electrones, separados del núcleo prácticamente por el vacío. La masa del electrón es 9,1.10^-31kg (cerca de 2 000 veces menor que la del protón). De esta forma, la masa del átomo reside prácticamente en el núcleo y es la suma de la de los protones y los neutrones.

¿Qué es un orbital atómico?

      El modelo de átomo del sistema planetario de órbitas no explica correctamente cómo es el átomo. No podemos describir el comportamiento del electrón en el átomo de hidrógeno, que es el más sencillo, indicando que se mueve en una especie de órbita planetaria alrededor del núcleo, pues no es posible conocer la posición y la cantidad de movimiento simultáneamente. De acuerdo con la mecánica cuántica sí podemos conocer una distribución de la probabilidad de encontrar el electrón alrededor del núcleo. Entonces se introduce el concepto de orbital atómico para describir el comportamiento del electrón (o de los electrones, si no se trata del hidrógeno) y se define como una función que permite calcular en qué lugares es máxima la probabilidad de encontrar el electrón alrededor del núcleo. Por lo tanto, un orbital atómico es la función que nos permite conocer la zona del espacio donde existe una alta probabilidad de encontrar los electrones. En realidad, el electrón no se puede modelizar como una partícula en movimiento sino por medio de una nube difusa de carga eléctrica alrededor del núcleo con mayor densidad en la zona en las que la probabilidad de encontrar el electrón es mayor. Precisamente, en el átomo de hidrógeno, el orbital se puede simular mediante una esfera que encierra el 99,99% de probabilidad de presencia del único electrón que posee, y cuyo radio se corresponde con el Radio de Bohr, a₀ =50.10^-12m, de la supuesta órbita planetaria que posee dicho electrón, según este ilustre físico.