El modelo de Bohr

¿Para qué sirve esto?

Si alguna vez se ha regado un poco de sal sobre la llama de una estufa de gas, habrás visto que la llama se pone amarilla por un momento. Los fuegos artificiales tienen colores distintos según las sustancias que llevan. ¿Por qué cada sustancia da sus propios colores, y no cualquiera?

Para responder hace falta saber cómo están ordenados los electrones dentro del átomo. En esta lección vas a usar un modelo que los ordena por niveles, como los peldaños de una escalera. Con él vas a poder dibujar cualquier átomo de los primeros veinte elementos y entender, en la próxima lección, por qué unos elementos se parecen a otros.

Antes de empezar necesitas saber que el número atómico $Z$ es el número de protones y que un átomo neutro tiene $Z$ electrones.

¿Qué es un modelo?

Nadie puede ver los electrones de un átomo. Por eso los científicos construyen modelos: representaciones simplificadas que sirven para explicar lo que se observa y para predecir lo que va a pasar. Un mapa de tu barrio es un modelo: no muestra los árboles ni los colores de las casas, pero te sirve para llegar al colegio. Si un día el mapa no te sirve para llegar, lo cambias por uno mejor.

Con los modelos del átomo pasa lo mismo. Cada uno explica algunas cosas y falla en otras, y por eso se juzgan por lo que explican y lo que no.

La idea de Bohr: los niveles de energía

El físico danés Niels Bohr propuso este modelo en 1913. En él, los electrones no están en cualquier parte de la corteza. Están en niveles de energía, también llamados capas, a distintas distancias del núcleo. El nivel 1 es el más cercano. Los electrones de ese nivel están muy atraídos por el núcleo, porque las cargas opuestas se atraen más cuanto más cerca están. Hacia afuera, cada nivel tiene más energía y sus electrones están menos sujetos.

Un electrón está en un nivel o en otro, nunca entre dos, como cuando te paras en un peldaño de una escalera: puedes estar en el segundo o en el tercero, pero no en la mitad.

Lo que el modelo explicaba

• Los colores de la luz. Si un átomo recibe energía, por ejemplo con el calor de una llama, un electrón puede saltar a un nivel más alto. Cuando vuelve a su nivel, devuelve esa energía en forma de luz. Como los niveles de cada elemento son fijos, los saltos también lo son, y cada elemento emite solo ciertos colores. Esa idea de niveles fijos explica por qué cada elemento da sus propios colores, como el amarillo que el sodio de la sal le da a la llama; las cuentas exactas de Bohr, en cambio, solo funcionaban para el hidrógeno, como verás abajo.
• El orden de los electrones. El modelo dice cuántos electrones hay en cada nivel, y eso permite entender por qué hay elementos que se comportan de forma parecida: se parecen en cuántos electrones tienen en su último nivel. Lo verás en la próxima lección.

Lo que el modelo no explicaba

• Sus cuentas funcionaban muy bien para el hidrógeno, que tiene un solo electrón, pero fallaban en cuanto el átomo tenía más de un electrón.
• Los electrones no recorren círculos como los planetas alrededor del Sol. El modelo que se usa hoy describe zonas donde es más probable encontrar a cada electrón; lo estudiarás en décimo grado.

Por eso el modelo de Bohr es útil y limitado: una herramienta para ordenar electrones, no una foto del átomo.

Cómo se reparten los electrones

Para los veinte primeros elementos, del hidrógeno al calcio, usamos esta regla simplificada:

• En el nivel 1 caben hasta 2 electrones.
• En el nivel 2 caben hasta 8.
• En el nivel 3, en esta versión simplificada, se ponen hasta 8.
• En el nivel 4 va lo que sobre, que solo pasa en el potasio y el calcio.

Los electrones se reparten de adentro hacia afuera: un nivel se empieza a llenar cuando el anterior está completo. La distribución se escribe como una lista, del nivel 1 hacia afuera, y la suma de la lista tiene que dar $Z$.

Cuidado: en realidad el nivel 3 admite más de 8 electrones, y después del calcio esta regla sencilla deja de servir. En décimo grado aprenderás una forma más completa de repartir los electrones. Por ahora, la regla funciona para los veinte elementos que vas a usar.

Cómo se dibuja

Se dibuja un círculo pequeño para el núcleo, con el símbolo del elemento adentro, y una circunferencia por cada nivel ocupado. Sobre cada circunferencia se ponen tantos puntos como electrones tenga ese nivel. Antes de entregar el dibujo, cuenta los puntos de cada nivel y compáralos con la distribución.

En resumen

• Un modelo es una representación simplificada que explica algunas cosas y falla en otras; el de Bohr es útil y limitado, no una foto del átomo.

• En el modelo de Bohr los electrones están en niveles de energía, a distintas distancias del núcleo; un electrón está en un nivel o en otro, no entre dos.

• Su idea de niveles fijos explica por qué cada elemento emite ciertos colores de luz; sus cuentas exactas solo funcionaban para el hidrógeno y fallaban en los átomos con más de un electrón.

• Para Z ≤ 20, los electrones se reparten de adentro hacia afuera: hasta 2, hasta 8, hasta 8 y el resto; la suma de la distribución es Z.

• Que la suma dé Z no basta; cada nivel tiene que respetar su límite.

Vocabulario

Modelo científico

Representación simplificada de algo que no se puede ver directamente. Sirve para explicar y predecir, y se cambia cuando deja de funcionar.

Nivel de energía

En el modelo de Bohr, cada una de las zonas, a distinta distancia del núcleo, en las que puede estar un electrón. También se le dice capa.

Distribución por niveles

La lista de cuántos electrones hay en cada nivel, del más cercano al núcleo al más lejano; por ejemplo, 2, 8, 3.

Último nivel

El nivel ocupado más alejado del núcleo.