Interrogantes sin respuesta en la TA DaltonPor qu existe NaCl pero no existe NaMg?Por qu existe CaO pero no Ca3O2?Fuerzas intramoleculares? F intermoleculares?Por qu Be, Mg, Ca Sr son tan parecidos?Por qu Cl y K son tan distintos?Por qu algunos objetos se electrizan frotando?De dnde salen las partculas alfa, beta y gamma?

EL TOMO DIVISIBLEModelos atmicos

Es el -tomo realmente indivisible? A mediados del s. XIX, se estudiaba la naturaleza elctrica de la materia: cul era la naturaleza de la chispa que salta entre dos objetos cargados que estn prximos? El diseo experimental era el siguiente:

Descubrimiento de los rayos catdicosEn 1875 Willian Crooke, observ que cuando la presin del gas es baja no se produce chispa, y aparece una luz caracterstica del gas encerrado en el tubo de vidrio

Descubrimiento de los rayos catdicosSi la presin del gas se reduce an ms, desaparece la luz de color emitida por el gas y aparece una dbil fluorescencia en la pared del tubo de vidrio opuesta al ctodo.

Descubrimiento de los rayos catdicosEsta fluorescencia proceda del choque de unos rayos procedentes del ctodo con la pared del tubo. Goldstein los llam: rayos catdicos.

Cul era la naturaleza de esos rayos?1860-1890: Joseph John Thomson, estudi cmo se desviaban los rayos catdicos en presencia de otros cuerpos cargados e imanes. En 1897, Thomson comprob que tenan carga elctrica negativa, y hall su relacin carga/masa: 1,76.1011 C/kgLa relacin carga/masa era siempre la misma, fuese cual fuese el tipo de gas encerrado en el tubo, o el tipo de metal del ctodo.

Hiptesis del electrnEsas propiedades de los rayos catdicos se podan explicar si estuviesen formados por partculas ms pequeas que los tomos. A esas partculas se les llam electrones. (Stoney, 1874: partculas constituyentes de la electricidad)Robert Millikan, con su experimento de la gota de aceite, determin en 1909 la carga elctrica del electrn (1,602.10-19 C), y a continuacin su masa (9,1.10-31 kg: dos mil veces inferior a la del tomo de H)

Si se aceptaba la existencia del electrnSi en el interior del tomo haba partculas negativas, cmo explicar que los tomos fuesen neutros?Si los electrones tenan masa tan pequea, a qu era debida la mayor parte de la masa de los tomos?Por qu las partculas que se obtenan de los tomos eran siempre electrones y nunca partculas con carga positiva?

Cmo es la estructura del tomo?, qu partculas tiene?, cules son sus caractersticas?,cmo estn organizadas?Modelos atmicos

Modelo de Thomson (1904)Modelo de sanda o budn de pasas: Imagin al tomo (10-8 cm) como un globo formado por una masa fluida con carga positiva; los electrones, de masa despreciable y carga negativa, estaran incrustados en esa masa fluida.

Si se aceptaba la existencia del electrnSi en el interior del tomo haba partculas negativas, cmo explicar que los tomos fuesen neutros?Si los electrones tenan masa tan pequea, a qu era debida la mayor parte de la masa de los tomos?Por qu las partculas que se obtenan de los tomos eran siempre electrones y nunca partculas con carga positiva?

Intento de contrastacin del modelo de Thomson: Experimento de RutherfordBombarde una lmina muy delgada de oro con proyectiles positivos y de gran masa (partculas ), que se movan a gran velocidad.Qu esperaba Thomson que sucediese?

Si el modelo de Thomson era ciertoLas partculas alfa seran igualmente atradas como repelidas por electrones y masa fluida repartida uniformementeTeniendo en cuenta la gran masa y velocidad de de las partculas alfa, su desviacin sera, si acaso, muy pequea

Resultados del experimento de Rutherford

Rutherford, al observar los resultados, coment:Es lo ms increble que me ha sucedido en mi vida. Casi tan increble como si al disparar balas contra un papel de seda, algunas se volvieran contra usted.

Modelo de Rutherford (1911)Imagin a los tomos (10-8 cm) casi vacos, con la carga positiva concentrada en una zona llamada ncleo (10-13 cm) y los electrones dando vueltas en torno a l.Si imaginamos un tomo con las dimensiones de un estadio de ftbol, su ncleo sera del tamao de una canica colocada en el centro.

Descubrimiento del protn: Rutherford, 1919Observ que al bombardear distintos tomos (N, B, Ne, F, Na) con partculas alfa, se emitan partculas positivas.Esas partculas eran idnticas a las que se producan cuando se arrancaban electrones de los tomos de hidrgeno. Emiti la siguiente hiptesis: todos los ncleos contienen ncleos de hidrgeno, a los que llam protones.

Cmo explicar que sea estable el ncleo de cualquier tomo, formado por protones a 10-13 cm?Entre los protones deben existir partculas neutras: neutrones (Los neutrones fueron descubiertos 12 aos ms tarde por Chadwick)Entre protones y neutrones existen intensas fuerza de atraccin, que no es de tipo elctrico ni gravitatorio.

Partculas constituyentes del tomo

Resumen del modelo atmico de RutherfordEn el centro de cada tomo hay un ncleo donde est concentrada toda la masa, y que tiene carga positiva (protones y neutrones).Alrededor del ncleo se encuentran los electrones, de carga negativa y masa despreciable. Los electrones en su rbita tienen una energa, que es menor cuanto ms cerca del ncleo se encuentren.Cada elemento est caracterizado por su nmero atmico (Z) que indica el n de protones. Si el tomo es neutro, ese ser tambin su nmero de electronesEl n de partculas en el ncleo es el nmero msico (A)

Manera de caracterizar un elemento: XSmbolo del elementoNmero atmicoNmero msicoZ=11 Tiene 11 protones en su ncleoA=23 Tiene 23 partculas en su ncleo(23-11)=12 sern neutronesSi el tomo es neutro, en su corteza habr 11 electronestomo de sodio

Todos los tomos de un mismo elemento (X) tienen el mismo nmero atmico (Z), es decir, el mismo nmero de protonestomos con el mismo nmero atmico (Z) pueden tener distinto nmero msico (A), es decir, pueden tener distinto nmero de neutrones. Se dice que son tomos istopos.Cules son istopos?

Masa atmica de un elemento: media ponderada da la masa de sus istoposEl 54,70% de los tomos de cloro son del istopo 35, y los restantes (45,30%) son del istopo 36. Cul ser la masa atmica del cloro?

Masa atmica de un elemento: media ponderada da la masa de sus istoposEl x% de los tomos de plata son del istopo 107, y los restantes (100-x)% son del istopo 109. La masa atmica de la plata es 107,88. Cul ser la abundancia relativa de cada istopo?

Todos los tomos de un mismo elemento tienen el mismo nmero atmico (Z), es decir, el mismo nmero de protonesSi el tomo es neutro, su n de electrones es ZSi es un catin, su n de electrones es menor que ZSi es un anin, su n de electrones es mayor que ZAnin cloruro: 17 protones, 18 electronesCatin magnesio (II): 12 protones, 10 electronesAnin sulfuro: 16 protones, 18 electrones

Pero el modelo de Rutherford no explicaLos tomos de un mismo grupo no se parecen ni en su masa ni en su nmero atmico.En qu se parecen entonces?, por qu se combina de forma tan parecida con otros elementos?tomos de parecida masa atmica y nmero atmico (F y Na), (Cl y K), por qu se comportan de forma tan distinta?

Otras deficiencias del modelo de RutherfordCualquier carga en movimiento emite energa: los electrones deberan perder energa, acercar su rbita al ncleo hasta ser atrapados por lCuando se calienta un gas de tomos (Veamos primero las dos diapositivas siguientes para entender esta deficiencia)

Qu es la radiacin? EspectroTodo objeto, por el hecho de estar a una temperatura determinada, emite energa que llamamos: radiacin (ondas electromagnticas). Hay distintos tipos de radiacin, que se diferencian en el valor de la energa de cada unidad de radiacin emitida. Si ese valor es muy bajo, decimos que se se trata de ondas de radio, y si es muy alto rayos gammma. Si es un valor intermedio, llamamos a esa radiacin luz visible (cada color corresponde a un valor de esa energa)Para saber ms: Espectro de la radiacin

Espectros de emisinCuando se calienta un gas formado por tomos de un mismo elemento, los tomos se encuentran excitados: han ganado mucha energaSi un tomo gana energa, adems de moverse ms rpido, algunos de sus electrones habrn pasado a rbitas de mayor energa, es decir, ms alejadas del ncleoCada elemento tiene un espectro de emisin caracterstico. Para saber ms: Espectro de la radiacin y Espectros de emisin

Rutherford y los espectros de emisinCuando un electrn en un tomo absorbe energa, debera pasar a una rbita de mayor energa, ms alejada del ncleo. Despus, al desexcitarse el tomo, ese electrn volvera a su rbita inicial y emitira energa.Segn el modelo de Rutherford, no existen limitaciones a las rbitas posibles, por tanto no existirn limitaciones a la energa que puede absorber o emitir el electrn. Cabe esperar entonces que cualquier tomo excitado emita de todo tipo de radiacin, en particular emita en todos los colores de la luz visible.

Modelo de Rutherford en crisisQu es lo que hace parecidos a ciertos tipos de tomos y lo que les hace distintos?Por qu los electrones en rbita no acaban siendo atrapados por el ncleo?Por qu los espectros de emisin son discontinuos? Es decir, por qu un tomo no emite en todos los colores del visible?Por qu cada tipo de tomo tiene un espectro de emisin caracterstico?

Modelo de Bohr (1913)Dinamarca (1885-1962)1911: Doctor U. Copenhague1911: U. Cambridge, con Thomson1913: U. Manchester, con Rutherford1916: Vuelve a la U. CopenhaguePremio Nobel en 1922, por su teora sobre la estructura del tomo1939: Ocupacin alemana de Dinamarca. Escapa a Suecia y USA.1940-1945: Equipo de Los lamos. Se opona al secretismo, y exiga el control internacional del proyecto de la bomba atmica.1955: Organiza la I Conferencia Internacional: tomos para la paz

Modelo de Bohr: completa el modelo de RutherfordPara cada tipo de tomos, slo existen ciertas rbitas de radio permitido. Slo estn permitidos ciertos valores de la energa del electrn en el tomo.Mientras un electrn se encuentra en una rbita, no absorbe ni emite energa alguna.Slo cuando un electrn pasa de una rbita a otra es cuando absorbe o emite energa

rbitas permitidas en el tomo de hidrgenon=1 Primer nivel de energa permitidon=2 Segundo nivel de energa permitido .

Representacin de las rbitas ndistancia 10,53 22,12 34,76 48,46 513,22 619,05

Emisin de energa al pasar de una rbita de mayor energa a otra de menor energa Diagrama del modelo atmico de Bohr.Niels Bohr s

n = 1n = 2n = 3Por ejemplo: E1= -900 u E2= -600 u E3= -500 u E=0Qu valores de energa puede absorber o emitir?23 : 100 u12 : 300 u13 : 400 u3 : 500 u2 : 600 u3 : 900 u

Deficiencias del modelo de BhorAunque explica la existencia de espectros de emisin, slo puede explicar los valores obtenidos en el espectro del hidrgeno.No puede explicar por qu en un mismo espectro hay unas rayas ms intensas que otras.Geometra molecular: no puede explicar por qu unas molculas son lineales ( CO2) y otras angulares (H2O).

Modelo cuntico actualLos electrones no son simples corpsculos que siguen trayectorias determinadasNo se habla de rbitas sino de orbitales: zona en la que hay mayor probabilidad de encontrar un electrn