Construye un modelo de átomo: modelo de Bohr

Construir un modelo de átomo es una forma muy sencilla y divertida de que los niños aprendan sobre el átomo y sus constituyentes. Usaremos el modelo de Bohr, que aunque hoy en día está obsoleto, es una aproximación  más que suficiente para empezar a conocer el átomo.

Toda la materia está compuesta por átomos, pero no todos son iguales,  cada elemento químico tiene un átomo que le caracteriza. ¿Y qué es un elemento químico? Es materia que no se puede descomponer en una reacción química. Pues bien, el trocito más pequeño en el que podemos dividir un elemento y aún así conservar las propiedades del elemento sería un átomo.

Según el modelo propuesto por el físico danés Niels Bohr en 1913, los átomos están formados por un núcleo compuesto de protones y neutrones.  Los neutrones no tienen carga y los protones tienen carga positiva.  Girando alrededor del núcleo en órbitas circulares determinadas se encuentran los electrones. Los electrones tienen carga negativa y una masa muy pequeña, si se compara con la masa de los neutrones y protones.

Materiales:

Se pueden usar materiales de todo tipo, el único límite es la imaginación. Estos son los que usamos nosotros:

• Cartón como base.
• Compás o platos para hacer círculos en el cartón.
• Tijeras.
• Pegamento.
• Rotulador.
• Témpera (opcional).
• Judías, garbanzos y lentejas.
• Libro de química o acceso a Internet.

Planificación:

Lo primero que habría que hacer es consultar la tabla periódica de los elementos químicos. Cada casilla corresponde a un elemento y en ella encontrarás la información necesaria para representar el átomo que elijas.

Cálculo del número de protones, neutrones y electrones que tiene tu átomo:

• Protones: el número atómico, Z, indica el número de protones. Es el número entero que se suele colocar en la parte superior izquierda de la casilla. Nosotros hemos elegido el oxígeno que tiene Z=8 protones.

• Electrones: en un átomo neutro el número de protones es igual al de electrones, así que, para el oxígeno representaremos 8 electrones. Los átomos en los que el número de protones y electrones no coinciden se llaman iones de ese elemento.

• Neutrones: ahora hay que fijarse en la masa atómica (a menudo llamada peso atómico) que es el número decimal que aparece en la casilla. Redondeando la masa atómica al número entero más próximo se obtiene el número másico, A. El número másico es la suma del número de protones más el número de neutrones, es decir, A = Z+N siendo N el número de neutrones. Despejando N queda N = A-Z. La masa atómica del oxígeno es 15,99 u (unidades de masa atómica). Redondeando al entero más próximo  se obtiene A=16 y despejando N = 16-8 se sabe que el oxígeno tiene 8 neutrones.

Colocación de los electrones en las órbitas

Las órbitas están situadas a una distancia concreta del núcleo organizadas en niveles de energía. El primer nivel es el de menor energía y es el más cercano al núcleo. El segundo nivel está más alejado y su energía es mayor, y así sucesivamente. El máximo número de electrones que puede haber en un nivel se calcula haciendo 2n², siendo n el nivel. Así, en el primer nivel se pueden colocar hasta  2 electrones (2×1²=2), en el segundo hasta 8 (2×2²=8), en el tercero hasta 18 ( 2×3²=18), etc.  Además, los electrones se van situando ocupando primero los niveles de energía más bajos. Los 8 electrones del oxígeno se colocarán así: 2 en el primer nivel y 6 en el segundo.

Otra cosa a tener en cuenta a la hora de colocar los electrones es la repulsión electrostática entre ellos. Al ser cargas del mismo signo, se repelen. Por este motivo, hay que situarlos lo más alejados posible unos de otros. Llegados a este punto uno se pregunta cómo es posible que los protones del núcleo estén tan cerca si también son cargas del mismo signo. La clave está en que en el núcleo existe otra fuerza que, aunque es de corto alcance, es mucho mayor que la fuerza electrostática: la fuerza nuclear.

Procedimiento:

• Con la ayuda de un plato o un compás dibuja un círulo en un trozo de cartón. Recorta.
• Pinta del color que quieras.
• Traza dos círculos concéntricos para situar los electrones y repasa con rotulador.
• Pinta las legumbres de 3 colores distintos (opcional pero a los niños les encanta).
• Pega garbanzos y judías en el centro, según el número de protones y neutrones de tu átomo.
• Pega los electrones, lentejas, en los niveles de energía teniendo en cuenta la repulsión entre ellos.

Los padres tienen la responsabilidad de elegir las actividades que según su criterio son seguras para sus hijos. Todas las actividades propuestas en Educaconbigbang deben estar siempre supervisadas por un adulto.