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La energía es la capacidad de los cuerpos para realizar un trabajo y producir cambios en ellos mismos o en otros cuerpos. Es decir, el concepto de energía se define como la capacidad de hacer funcionar las cosas.

La unidad de medida que utilizamos para cuantificar la energía es el joule (J), en honor al físico inglés James Prescott Joule.

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Energía mecánica

La energía mecánica es aquella relacionada tanto con la posición como con el movimiento de los cuerpos y, por tanto, involucra a las distintas energías que tiene un objetivo en movimiento, como son la energía cinética y la potencial.
La energía potencial hace referencia a la posición que ocupa una masa en el espacio.
La energía cinética por su parte se manifiesta cuando los cuerpos se mueven y está asociada a la velocidad.
Energía interna

La energía interna se manifiesta a partir de la temperatura. Cuanto más caliente esté un cuerpo, más energía interna tendrá.

Energía eléctrica

Cuando dos puntos tienen una diferencia de potencial y se conectan a través de un conductor eléctrico se genera lo que conocemos como energía eléctrica, relacionada con la corriente eléctrica.
Energía térmica

Se asocia con la cantidad de energía que pasa de un cuerpo caliente a otro más frío manifestándose mediante el calor.

Energía electromagnética

Esta energía se atribuye a la presencia de un campo electromagnético, generado a partir del movimiento de partículas eléctricas y magnéticas moviéndose y oscilando a la vez. Son lo que conocemos como ondas electromagnéticas, que se propagan a través del espacio y se trasladan a la velocidad de la luz.

El Sol es un ejemplo de ondas electromagnéticas que se pueden manifestar como luz, radiación infrarroja y también ondas de radio.,
Energía química

La energía química se manifiesta en determinadas reacciones químicas en las que se forman o rompen enlaces químicos. El carbón, el gas natural o el funcionamiento de las baterías son algunos ejemplos del uso de esta energía.

La energía nuclear

La energía nuclear es la que se genera al interactuar los átomos entre sí. Puede liberarse a través de su rotura, lo que se conoce como fisión, o de su unión, lo que se denomina fusión.

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La energía tiene 4 propiedades básicas:

Se transforma. La energía no se crea, sino que se transforma y es durante esta transformación cuando se manifiestan las diferentes formas de energía.

Se conserva. Al final de cualquier proceso de transformación energética nunca puede haber más o menos energía que la que había al principio, siempre se mantiene. La energía no se destruye.

Se transfiere. La energía pasa de un cuerpo a otro en forma de calor, ondas o trabajo.

Se degrada. Solo una parte de la energía transformada es capaz de producir trabajo y la otra se pierde en forma de calor o ruido (vibraciones mecánicas no deseadas)

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Existen tres formas de tansferir energia de un cuerpo a otro
Trabajo

Cuando se realiza un trabajo se pasa energía a un cuerpo que cambia de una posición a otra. Como ocurre, por ejemplo, si empujamos una caja para desplazarla: estamos realizando un trabajo para que su posición varíe.

Ondas

Las ondas son la propagación de perturbaciones de ciertas características, como el campo eléctrico, el magnetismo o la presión. Al moverse a través del espacio transmiten energía.

Calor

Es un tipo de energía que se manifiesta cuando se transfiere energía de un cuerpo caliente a otro cuerpo más frío. Esta energía puede viajar de tres maneras principales:

Conducción: cuando se calienta un extremo de un material, sus partículas vibran y chocan con las partículas vecinas, transmitiéndoles parte de su energía.

Radiación: el calor se propaga a través de ondas de radiación infrarroja (ondas que se propagan a través del vacío y a la velocidad de la luz).

Convección: que es propia de fluidos (líquidos o gaseosos) en movimiento.

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Se conoce como modelos atómicos a las distintas representaciones gráficas de la estructura y funcionamiento de los átomos. Los modelos atómicos han sido desarrollados a lo largo de la historia de la humanidad a partir de las ideas que en cada época se manejaban respecto a la composición de la materia.

Los primeros modelos atómicos datan de la antigüedad clásica, cuando los filósofos y naturalistas se aventuraron a pensar y a deducir la composición de las cosas que existen, es decir, de la materia.

Modelo atómico de Demócrito (450 a.C.)

La “Teoría Atómica del Universo” fue creada por el filósofo griego Demócrito junto a su mentor, Leucipo. En aquella época los conocimientos no se alcanzaban mediante la experimentación, sino mediante el razonamiento lógico, basándose en la formulación y el debate de ideas.

Demócrito propuso que el mundo estaba formado por partículas muy pequeñas e indivisibles, de existencia eterna, homogéneas e incompresibles, cuyas únicas diferencias eran de forma y tamaño, nunca de funcionamiento interno. Estas partículas se bautizaron como “átomos”, palabra que proviene del griego atémnein y significa “indivisible”.

Según Demócrito, las propiedades de la materia estaban determinadas por el modo en que los átomos se agrupaban. Filósofos posteriores como Epicuro añadieron a la teoría el movimiento aleatorio de los átomos.

Modelo atómico de Dalton (1803 d.C.)

El primer modelo atómico con bases científicas nació en el seno de la química, propuesto por John Dalton en sus “Postulados Atómicos”. Sostenía que todo estaba hecho de átomos, indivisibles e indestructibles, incluso mediante reacciones químicas.

Dalton proponía que los átomos de un mismo elemento químico eran iguales entre sí y tenían la misma masa e iguales propiedades. Por otro lado, propuso el concepto de peso atómico relativo (el peso de cada elemento respecto al peso del hidrógeno), comparando las masas de cada elemento con la masa del hidrógeno. También propuso que los átomos pueden combinarse entre sí para formar compuestos químicos.

La teoría de Dalton tuvo algunos errores. Afirmaba que los compuestos químicos se formaban usando la menor cantidad de átomos posible de sus elementos. Por ejemplo, la molécula de agua, según Dalton, sería HO y no H₂O, que es la fórmula correcta. Por otro lado, decía que los elementos en estado gaseoso siempre eran monoatómicos (compuestos por un solo átomo), lo que sabemos no es real.
Modelo atómico de Lewis (1902 d.C.)

También llamado “Modelo del Átomo Cúbico”, en este modelo Lewis proponía la estructura de los átomos distribuida en forma de cubo, en cuyos ocho vértices se hallaban los electrones. Esto permitió avanzar en el estudio de las valencias atómicas y los enlaces químicos, sobre todo luego de su actualización por parte de Irving Langmuir en 1919, donde planteó el “átomo del octeto cúbico”.

Estos estudios fueron la base de lo que se conoce hoy como el diagrama de Lewis, herramienta muy útil para explicar el enlace covalente.

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Modelo atómico de Thomson (1904 d.C.)
Propuesto por J. J. Thomson, descubridor del electrón en 1897, este modelo es previo al descubrimiento de los protones y neutrones, por lo que asumía que los átomos estaban compuestos por una esfera de carga positiva y los electrones de carga negativa estaban incrustados en ella, como las pasas en el pudín. Dicha metáfora le otorgó al modelo el epíteto de “Modelo del Pudín de Pasas”.

Este modelo hacía una predicción incorrecta de la carga positiva en el átomo, pues afirmaba que esta estaba distribuida por todo el átomo. Más tarde esto fue corregido en el modelo de Rutherford donde se definió el núcleo atómico.

Modelo atómico de Rutherford (1911 d.C.)

Ernest Rutherford realizó una serie de experimentos en 1911 a partir de láminas de oro. En estos experimentos determinó que el átomo está compuesto por un núcleo atómico de carga positiva (donde se concentra la mayor parte de su masa) y los electrones, que giran libremente alrededor de este núcleo. En este modelo se propone por primera la existencia del núcleo atómico.

Modelo atómico de Bohr (1913 d.C.)
Este modelo da inicio en el mundo de la física a los postulados cuánticos, por lo que se considera una transición entre la mecánica clásica  y la cuántica. El físico danés Niels Bohr propuso este modelo para explicar cómo podían los electrones tener órbitas estables (o niveles energéticos estables) rodeando el núcleo. Además explica por qué los átomos tienen espectros de emisión característicos.

En los espectros realizados para muchos átomos se observaba que los electrones de un mismo nivel energético tenían energías diferentes. Esto demostró que había errores en el modelo y que debían existir subniveles de energía en cada nivel energético.

El modelo de Bohr se resume en tres postulados:

Los electrones trazan órbitas circulares en torno al núcleo sin irradiar energía.

Las órbitas permitidas a los electrones son aquellas con cierto valor de momento angular (L) (cantidad de rotación de un objeto) que sea un múltiplo entero del valor , siendo h=6.6260664×10⁻³⁴  y n=1, 2, 3….

Los electrones emiten o absorben energía al saltar de una órbita a otra y al hacerlo emiten un fotón que representa la diferencia de energía entre ambas órbitas.

Modelo atómico de Sommerfeld (1916 d.C.)
Este modelo fue propuesto por Arnold Sommerfield para intentar cubrir las deficiencias que presentaba el modelo de Bohr.

Se basó en parte de los postulados relativistas de Albert Einstein. Entre sus modificaciones está la afirmación de que las órbitas de los electrones fueran circulares o elípticas, que los electrones tuvieran corrientes eléctricas minúsculas y que a partir del segundo nivel de energía existieran dos o más subniveles.

Modelo atómico de Schrödinger (1926 d.C.)

Propuesto por Erwin Schrödinger a partir de los estudios de Bohr y Sommerfeld, concebía los electrones como ondulaciones de la materia, lo cual permitió la formulación posterior de una interpretación probabilística de la función de onda (magnitud que sirve para describir la probabilidad de encontrar a una partícula en el espacio) por parte de Max Born.

Eso significa que se puede estudiar probabilísticamente la posición de un electrón o su cantidad de movimiento pero no ambas cosas a la vez, debido al Principio de Incertidumbre de Heisenberg.

Este es el modelo atómico vigente a inicios del siglo XXI, con algunas posteriores adiciones. Se le conoce como “Modelo Cuántico-Ondulatorio"

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La tabla periódica es la herramienta gráfica donde se representan a todos los elementos organizados según el orden creciente de sus números atómicos.

Se llama periódica porque transcurrido un ‘periodo’ (un cierto número de casillas) los elementos se agrupan en una nueva fila y van formando columnas (grupos o familias) en las que se sitúan elementos con propiedades químicas parecidas.

Así, por ejemplo, a la izquierda se sitúan los metales ligeros, en el centro los metales pesados y a la derecha los no metales. La primera tabla periódica se publicó en 1869  y fue obra del químico ruso Dmitri Mendeléiev (1834-1907)  quien utilizó para construirla los 63 elementos conocidos hasta el momento.

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La configuración electrónica del átomo de un elemento corresponde a la ubicación de los electrones en las órbitas de los diferentes niveles de energía. Aunque el modelo Scrödinger sólo es necesario para el átomo de hidrógeno, para otros átomos el mismo modelo es aplicable para muy buenas aproximaciones.

La forma de mostrar cómo se distribuyen los electrones en un átomo es a través de la configuración electrónica. El orden en que se llenan los niveles de energía es: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p. El esquema de llenado de las órbitas atómicas, podemos tenerlo usando la regla diagonal, para ello debemos seguir cuidadosamente la flecha del esquema que comienza en 1s; siguiendo la flecha podemos completar las órbitas con los electrones correctamente.

Escritura de la configuración electrónica

Para escribir la configuración electrónica de un átomo es necesario:

1. Conocer el número de electrones que tiene el átomo; sólo hay que conocer el número atómico (Z) del átomo en la tabla periódica. Recuerde que el número de electrones en un átomo neutro es igual al número atómico (Z = p +).

2. Localiza los electrones en cada uno de los niveles de energía, empezando por el nivel más cercano al núcleo (n = 1).

3. Respetar la capacidad máxima de cada subnivel (s = 2e, p = 6e, d = 10e ef = 14e).