B. Q. F GABRIEL AGUILAR

CONTENIDO (PARTE IV)

El ÁTOMO Y ESTRUCTURA ATÓMICA:

Teorías Atómicas.

Composición Atómica.

Configuración electrónica.

Números cuánticos.

A través de un pensamiento filosófico, 450 AC en la Grecia antigua, fundan la escuela atomista.

Ellos sugirieron que, al dividir cualquier sustancias, se debería llegar a la unidad mínima constituyente e indivisible, el ”ÁTOMO” (del griego a= sin y tomo= división), común para toda la materia.

Éste fue el primer modelo atómico propuesto.

El modelo atómico de Dalton surgido en el contexto de la química, fue el primer modelo atómico con bases científicas, formulado en 1803 por John Dalton.

Representa al átomo como un esfera compacta indivisible e indestructible.

Todos los elementos se componen de diminutas partículas llamadas átomos. No se crean ni se destruyen átomos durante las reacciones químicas

Todos los átomos de un elemento dado son iguales, pero los átomos de un elemento difieren de los átomos de los demás elementos

Se forman compuestos cuando átomos de diferentes elementos se combinan en proporciones fijas y pequeñas de números enteros, por ej 1 átomo de A con 1 átomo de B, 2 átomos de A con uno de B, ó 3 átomos de A con 2 de B

Cuando dos elementos se combinan para dar más de un compuesto, cada compuesto tiene una proporción de átomos diferentes, pero definida, de números enteros.

Cuando se lleva a cabo una reacción química, los átomos de las sustancias iníciales reaccionan unos con otros para formar sustancias nuevas y diferentes, con combinaciones de átomos distintas, pero no se crean ni destruyen átomos

SIR WILLIAM CROOKES

(1832- 1919): fue el científico británico que inventó el tubo de rayos catódicos. su obra preparó el camino para el descubrimiento de electrón

Desviación del haz en un campo magnético dentro de un tubo de descarga de Crookes. el recubrimiento de sulfuro de zinc de la tira de metal del tubo emite luz cuando inciden en él los electrones

En 1879, William Crookes concluye que los rayos catódicos producidos por una corriente eléctrica en un tubo al vacío son una corriente de partículas cargadas que se producen en el cátodo.

Thomson llamo corpúsculos a los rayos que viajaban del cátodo al ánodo y que eran atraídos por una placa positiva y repelidos por una placa negativa.

CIENTÍFICO INGLES (1856-1940)

DESCUBRIÓ EL ELECTRÓN, QUE LUEGO STONEY LO NOMBRÓ COMO TAL.

PREMIO NOBEL DE FÍSICA EN 1906, POR LA CONDUCCIÓN ELÉCTRICA EN GASES.

INGENIERO Y LIC. EN MATEMÁTICAS

EN 1890 SE CASÓ CON ROSE E. PAGET, CON LA QUE TUVO UN HIJO Y UNA HIJA.

SU HIJO GEORGE P. THOMSON FUE PREMIO NOBEL DE FÍSICA EN 1937.

Tubo de descarga de Thomson

Las partículas de los rayos catódicos interactuaban con un campo eléctrico (que desvía la pantalla hacia arriba) y otro magnético que actuaba en sentido contrario

Cuando las magnitudes de ambas fuerzas se igualaban la trayectoria era rectilínea

Utilizad para estudiar partículas positivas.

Rayos canales Rayos catódicos

Se comprobó que los rayos catódicos (-) eran partículas siempre idénticas, independientemente del material del que estuviera echo el cátodo y del tipo de gas residual del tubo.

Mientras que los rayos canales, también constituidos por partículas (+), que tendian a ser atraídos por el cátodo. A diferencia de lo ocurrido con los rayos catódicos, la masa y la carga de esas partículas dependían del gas encerrado en el tubo.

Átomo esfera homogénea de electricidad positiva. Los electrones están incrustados en ella.

Su modelo atómico lo asemeja a un budín de pasas.

Átomo estacionario

1909. Robert Millikan. Determinó la carga del electrón a través del experimento de la gota de aceite.

Todas las cargas que Millikan midió, fueron mútiplos enteros de un mismo número, deduciendo así que la carga mas pequeña observada era la del electrón. Su valor es actualmente e= -1,60219·10-19 coulombs y usando ahora la relación e/m = -1,75881·108 coulombs/gramo, medida por Thomson, le permitió determinar la masa me para el electrón:

me =

1g

· 1,60219·10-19 coulombs = 9,10952·10-28g ------------------

1,75881·108 coulombs

El 5 de enero de 1896, Roentgen había descubierto un nuevo tipo de radiación «los Rayos X».

Los rayos X son una radiación electromagnética surgen de fenómenos extranucleares, a nivel de la órbita electrónica, fundamentalmente producidos por desaceleración de electrones.

Ernest Rutherford (Neozelandés) bombardea una laminilla de oro con partículas alfa proveniente de una fuente de radio y descubre que casi toda la masa del átomo está en su diminuto núcleo con carga positiva.

Prácticamente toda la masa y la carga del átomo se concentran en un núcleo extremadamente diminuto, lo que hacía que las partículas alfa se desviaran abruptamente.

Carga 2+ del núcleo de Helio es dos veces mayor que la carga 1+ del núcleo de hidrógeno, pero la masa es 4 veces mayor que la masa del núcleo de hidrógeno

En una investigación relacionada con la radioactividad descubre el:

Neutrón: partícula con masa

casi igual a la del protón

pero sin carga eléctrica.

Una forma de energía radiante es la luz.

La luz blanca se descompone al pasar por un prisma.

Además de la luz visible existen otras formas de energía radiante o radiación electromagnética.

“Espectro electromagnético”

La longitud de onda es la distancia que recorre la onda en el intervalo de tiempo transcurrido, entre dos máximos consecutivos. Esta es inversamente proporcional a la frecuencia, ya que a mayor frecuencia debe ser menor la longitud de onda y asi pasen mas ondas en un segundo.

Frecuencia es una medida que se utiliza generalmente para indicar el número de repeticiones de cualquier fenómeno o suceso periódico en la unidad de tiempo. Según el SI (Sistema Internacional), la frecuencia se mide en hercios (Hz). Un hercio es aquel suceso o fenómeno repetido una vez por segundo.

1900. Max Planck propuso una explicación de las frecuencias de la luz emitida por los sólidos muy calientes (Teoría Cuántica)

1905. Albert Einstein amplió la teoría incluyendo todas las formas de luz.

Los cuerpos del microcosmos (electrones, nucleones, átomos y moléculas) absorben y emiten luz de manera discontinua, en pequeños paquetes de energía llamados cuantos de energía (latín QUANTUM “cantidad elemental”

La frecuencia de la luz , aumenta en forma proporcional con el incremento en la energía E y el valor de h

la constante de Planck es 6,63 x 10-34 joule-segundo

E = h

En 1913 Niels Bohr discípulo de Rutherford propone un nuevo modelo para el átomo de Hidrógeno aplicando acertadamente la Teoría Cuántica de la radiación de Planck.

La comunidad científica cuestionaba a Rutherford el hecho de que el electrón de su modelo tendría que acercarse, en cada vuelta, al núcleo, impactando con este y desintegrando a la materia.

Para esto propuso que el electrón no emitía energía cuando estaba en un nivel estable.

Este nivel estable no puede tener cualquier radio solo aquel que cumple con la estabilidad del electrón, por lo tanto los radios y las energías asociadas a este radio están cuantificadas.

Cuando el electrón de un nivel absorbe energía, lo hace en un valor cuantificado y pasa a otro nivel de mayor energía «ESTADO EXITADO».

Cuando el electrón retorna a su nivel original, siempre lo hace emitiendo esa energía absorbida, en forma de luz «ESTADO BASAL».

La frecuencia de la luz , aumenta en forma proporcional con el incremento en la energía E y el valor de h

la constante de Planck es 6,63 x 10-34 joule-segundo

E = h

Bohr pudo deducir que cada nivel de energía de un átomo solo podía contener cierto número de electrones.

2n2

n= nivel energético

Es un modelo matemático probabilístico.

Está basado en los principios de Louis de Broglie, Werner Heisenberg y Erwin Schrodinger.

Establece el concepto "orbital".

1924. Louis De Broglie presentó la idea de que si las ondas luminosas exhiben ciertas características de partículas, entonces quizá las partículas de materia podrían mostrar características de onda

En otras palabras “Un rayo de electrones debería presentar características de onda y comportarse como un haz de luz”

1926. Erwin Schrödinger desarrolló ecuaciones matemáticas detalladas con base en el trabajo de De Broglie

Con estas ecuaciones se obtienen valores que corresponden a regiones de alta probabilidad electrónica en torno al núcleo

Las nubes de electrones no son órbitas definidas de tipo planetario, sino que representan niveles de energía menos definidos y regiones llamadas subniveles o subcapas

Cada uno de estos subniveles tiene uno o más orbitales

Cada orbital es una región ocupada por un máximo de dos electrones con espines opuesto

El ÁTOMO unidad básica de toda la materia.

Partícula Carga Masa

Protón (p+) +1 1

Neutrón (n) 0 1

Electrón (e-) -1 1/1840

Número atómico (Z): Indica el nº de protones del núcleo

Z = p+

Átomo neutro p+ = e-

Z = p+ = e-

11Na :

19K :

17Cl :

Nº Protones 11

Nº Electrones 11

Nº Protones 19

Nº Electrones 19

Nº Protones 17

Nº Electrones 17

Número másico (A): Es la suma entre los protones y neutrones.

A = p+ + n0

Como Z = p+ se cumple A = Z + n0

Despejando los p+ + n0 tenemos

p+ = A - n0 n0 = A – p+

A = Nº másico

Z = Nº atómico

X = Carga iónica

Protones Neutrones Electrones

22 26 22

Protones Neutrones Electrones

35 44 36

Protones Neutrones Electrones

12 12 10

Br-

Mg2+

Ti

79

24

48

35

12

22

Conjunto de átomos que pertenecen a un mismo elemento, que tienen igual número atómico y diferente masa atómica. Sus propiedades físicas son diferentes y sus propiedades químicas similares.

- Átomos de un mismo elemento

- Tienen = Z y ≠ A

Conjunto de átomos que pertenecen a diferentes elementos que tienen el mismo # de masa atómica y diferente # atómico

Conjunto De Átomos Que Pertenecen A Diferentes Elementos Y Que Tienen El Mismo Número De neutrones.

Son átomos que tienen igual números de electrones.

Ejemplo

10Ne; 11Na+; 12Mg2+; 9F- = 10 e-

COMPLETAR EL SIGUIENTE CUADRO

COMPLETAR EL SIGUIENTE CUADRO

NOS PERMITE DETERMINAR LA MASA REAL DE UN ELEMENTO DE LOS DIFERENTES

ISÓTOPOS QUE EN ESTE SE FORMA

M relativa = (Misótopo A * % ABUNDANCIA A) + …….. …………………/100

Isótopo Masa Abundancia

24 Mg 23.98504 78.99

25 Mg 24.98584 10.00

26 Mg 25.98259 11.01

Sólo hay 2 isótopos de Cu en la naturaleza, Cu-63 y Cu-65 con una masa de 62.9296 y 64.9278 respectivamente si la masa relativa es de 63.545645. ¿Cuáles serán los % formados por los dos isótopos?

1927. Werner Heisenberg

Llegó a la conclusión de que no es posible establecer simultáneamente con precisión tanto la posición como la energía de un electrón

Si el electrón actúa como partícula, debiera ser posible establecer en forma precisa su localización, pero si es una onda, como De Broglie había propuesto, entonces no se puede conocer su ubicación precisa

Número Cuántico

Rango de valores

Describe

Principal, n 1, 2, 3, .... Nivel energético

Secundario, l, Desde 0 hasta n-1

Forma del orbital

Magnético, m Desde - l hasta + l Orientación espacial

Espín, s ± 1/2 Espín del electrón

VALORES= 1,2,3….7

DEFINE: NIVEL ENERGETICO

No. MAX. DE ELECTRONES

POR NIVEL N° e= 2n2

VALORES= 0,1,2,3….(n-l) Indica el nivel de energía donde se encuentra el

electrón. Define: forma de los orbitales por medio de los

subniveles s= SPHERICAL 1 orbital 2 e

max p= PRINCIPAL 3 orbitales 6 e

max d= DIFUSSO 5 orbitales 10 e

max f= FUNDAMENTAL 7 orbitales 14 e max

ml

VALORES= -1,0,1

DEFINE ORIENTACIÓN EN EL ESPACIO DE CADA SUBNIVEL

ms

VALORES= +1/2, -1/2

DEFINE: EL GIRO DEL ELECTRON

A FAVOR O EN CONTRA DE

LAS MANECILLAS DEL RELOJ

• REPRESENTACIÓN SIMBÓLICA DE LA DISPOSICIÓN DE LOS ELECTRONES DE UN ÁTOMO EN LOS DIFERENTES SUBNIVELES (s,p,d y f)

• UTILIZANDO EL DIAGRAMA DIAGONAL

ES UN ESTADO DE ENERGÍA DENTRO DE UN ÁTOMO QUE PUEDE CONTENER COMO MÁXIMO:

2 ELECTRONES EL ORBITAL SE PUEDE ENCONTRAR:

VACIO

SEMILLENO

LLENO

PRINCIPIO DE EXCLUSIÓN DE PAULI

“LOS ELECTRONES TIENDEN A OCUPAR EL MÁXIMO NÚMERO DE ORBITALES EN UN SUBNIVEL DADO”

EJEMPLO: 8 o

ESTRUCTURA DE LEWIS:

Es un diagrama, donde el símbolo del átomo es rodeado por puntos, aspas o círculos que correspondan al número de electrones de valencia del elemento. Ej: