N1

Fecha 14/05/15

Tiempo 2 Horas

Gua Qumica: Teora atmica

Nombre:Unidad N 1

Ncleos temticos de la Gua Modelos atmicosEstructura atmicaPartculas subatmicas

Objetivos de la Gua Reconocer el desarrollo histrico de los distintos modelos atmicosConocer y describir la estructura interna del tomo

Aprendizaje Esperado Valorar la importancia del trabajo cientfico en la construccin del modelo atmico actual

Teora Atmica

Profesor: Miguel Arriagada FigueroaNivel: NB6

Introduccin

Cmo est constituida la materia? es una pregunta que tiene tantos aos como la propia humanidad. Desde los filsofos de la antigua Grecia hasta los grandes cientficos de nuestra era han basado su trabajo en este cuestionamiento y en las respuestas que a lo largo de la historia se han obtenido, llegando a una gran conclusin: la materia est constituida por tomos. En la actualidad, sabemos que la materia est constituida por tomos, pero cmo son? y qu caractersticas tienen?

El modelo atmico de la materia ha logrado dar respuesta a los cuestionamientos antes planteados, permitiendo a los cientficos avanzar vertiginosamente en la explicacin cabal de un gran nmero de fenmenos cotidianos y extraordinarios, como lo es la energa nuclear, la transmutacin de los elementos y de algo tan simple como la preparacin de una taza de caf.

Te preguntars, entonces, qu es un modelo atmico? Tal como su nombre lo indica, es una aproximacin a la realidad del tomo, que se ha construido gracias al aporte de las ciencias fsicas, la matemtica y la qumica.

Principales teoras atmicas:

Modelo atmico de Dalton: Con este modelo propuesto entre los aos 1803 y 1808 se inici el estudio del tomo. Su esquema es simple, enunciado por tres postulados:

1.- Cada elemento qumico se compone de partculas muy pequeas e indivisibles llamadas tomos. En todos los procesos qumicos el nmero de tomos de cada elemento permanece constante.

2.- Todos los tomos de un elemento dado tienen masa y propiedades iguales, pero son distintos de los tomos de los dems elementos.

3.-En los elementos qumicos los tomos de elementos diferentes estn unidos entre s en proporciones numricas simples.Modelo atmico de Thomson: JJ Thomson, en 1897, fue el primero en proponer un modelo estructural interno del tomo. Utiliz en sus experimentos un tubo de descargas conocido tambin como tubo de Crookes. ste consiste en un tubo de vidrio con electrodos metlicos en sus extremos, conectados a una fuente de energa de corriente continua. Al hacer vaco se observa la emisin de luz, que viaja desde el ctodo (polo negativo) hacia el nodo (polo positivo). Como la luminosidad provena del ctodo se les denomin rayos catdicos.

Thomson coloc una cruz de malta dentro del tubo y observ que produca sombra. Con ello dedujo que el haz de luz est compuesto de partculas. A su vez someti a dicho haz a un campo elctrico y magntico y not que sufra desviacin hacia el polo positivo, dando prueba de su caga elctrica negativa. Llam a dicha partcula electrn.En 1886, Eugene Goldstein observ que al trabajar con un tubo de descarga de ctodo perforado, en direccin opuesta a los rayos catdicos, se desprenda una radiacin. Estos rayos fueron designados rayos canales y resultaron ser partculas positivas, originadas por el choque de los rayos catdicos con tomos de gases residuales en el tubo. Con este experimento se estableci la existencia del protn.

Modelo atmico de Rutherford: En 1911, Ernest Lord Rutherford y sus colaboradores Hans Geiger y ErnestMardsen, utilizando un haz de radiacin alfa (radiacin nuclear), bombardearon lminas muy delgadas de oro, colocando una pantalla de sulfuro de Zinc a su alrededor.

Al revisar sus observaciones se lee: "de todas las partculas alfas proyectadas, la gran mayora pas sin problemas, pero otras sufrieron desviacin". Debido a esto, Rutherford sugiri que el tomo ya no era una estructura compacta. Comprob que la mayor parte de la masa del tomo estaba al centro, al que llam ncleo. ste estaba formado por protones y los electrones girando alrededor y entre ellos haba una distancia, dado que las partculas alfa pasaban sin problemas.

Presenta sus estudios en 1911. En 1908 recibe el premio Nobel de Qumica. El modelo atmico de Rutherford tambin es conocido como el modelo planetario, debido a su semejanza con el sistema solar.

Rutherford supone la existencia de otra partcula en el ncleo pero no lo demuestra. Quien s comprueba tal supuesto de Rutherford es James Sir Chadwick, fsico britnico (1891-1974). l ocupa la llamada cmara de niebla y en la reproduccin observa que una partcula retroceda. sta result tener carga elctrica cero y poseer una masa igual a la del protn. A esta partcula se le conoce como neutrn. Dicho descubrimiento ocurre en el ao de 1932 y en 1935 recibe el premio Nobel de Fsica.

Con ello se demuestra que el tomo no es la partcula ms pequea sino que dentro de ella hay otras an ms pequeas, las cuales nuevamente agrupadas dan origen al tomo. El tomo entonces est compuesto por protones, neutrones y electrones. Modelo Atmico de Bohr

El modelo de Rutherford distingue un ncleo, formado por protones y neutrones y una envoltura que son los electrones. Sin embargo, este modelo no da informacin de cmo se distribuyen los electrones ni explica el hecho de que los tomos emitan o reciban energa.

Fue Niels Bohr (1885-1962) quien propone una mejora al modelo de Rutherford. l argument lo siguiente: "dado que estamos en presencia de partculas, las cuales presentan carga elctrica, necesariamente debe producirse una atraccin entre ellas". Por lo tanto, el ncleo ejercer atraccin sobre el electrn, a tal punto de que el electrn empezar a proyectarse rpidamente al ncleo con la consecuencia de destruirlo. Esto no poda ser. El tomo es eterno, eso estaba claro.

1. Existen niveles de energa permitidos, que van de n=1 igual uno n= infinito.2. Hay rbitas estacionarias en la cuales se mueve el electrn. No se manifiesta energa en estas rbitas.3. El electrn podr saltar de un nivel a otro de energa, slo si se le entrega un cuantum de energa, expresado en valores enteros y no en fracciones.4. Cuando el electrn pasa de un nivel menor a uno mayor de energa, ese proceso se llama absorcin. Si va de uno mayor a uno menor, se llama emisin.5. Para que ocurra ese salto entre los niveles deber procurar una frecuencia tal que concuerde con esa diferencia energtica.Modelo Mecnico Cuntico

El Modelo Mecnico Cuntico es la explicacin actual sobre el comportamiento del tomo, fue desarrollado entre los aos 1924 y 1927 por varios cientficos. Quien inicia este modelo fue Louis de Broglie, quien intuy que los electrones deberan tener el comportamiento de una onda. Esto fue demostrado en 1927. Esta particular conducta de los electrones implica la imposibilidad de determinar simultneamente y con igual exactitud la posicin y la velocidad de stos, pues para conocerlas se debe interactuar con esta partcula. Este postulado se conoce con el nombre de Principio de Incertidumbre y fue enunciado en 1927 por Werner Heisenberg.

Dado que el electrn es una partcula que presenta propiedades de onda, su movimiento pudo ser descrito por medio de una ecuacin. Erwin Schrdinger, en 1926, emple las ideas de Broglie para llegar a una ecuacin de onda que podra aplicarse al tomo de hidrgeno.

Los resultados obtenidos para el tomo de hidrgeno se pudieron extender con xito al resto de los elementos del sistema peridico.Estructura Atmica: Las partculas fundamentales del tomo son los protones y los neutrones, concentrados en el ncleo, y los electrones distribuidos en la periferia del tomo.Las masas y las cargas de estas partculas son extremadamente pequeas ya para su mayor comprensin y uso, es recomendable expresar estas cantidades como nmeros relativos. La carga 1,602 10-19 coulomb se hace equivalente a una carga unitaria. Cada protn y cada neutrn, de masas parecidas, se hacen equivalentes a una unidad de masa o nmero de masa. De este modo, el ncleo de helio tiene carga +2, y como posee dos protones y dos neutrones, su nmero de masa es 4.

Para cualquier tomo es recomendable sistematizar los siguientes conceptos:

Nmero atmico (Z): Corresponde al nmero de protones presentes en el ncleo atmico. Este nmero permite ordenar y dar la identidad de cada tomo en el sistema peridico.

En un tomo neutro el nmero de protones (p+) es igual al nmero de electrones (e).

Nmero de masa o nmero msico (A): Corresponde a la suma de protones y neutrones presentes en el ncleo.

Nmero msico = nmero de protones + nmero de neutrones = nmero atmico + nmero de neutrones

Una forma simple de expresar la composicin nuclear para un elemento X es mediante la simbologa

AXz

De este modo los ncleos de helio y flor se representan por:

4He2 19F9

En el ncleoA = p + nA = Z + n En un tomo neutro: La cantidad de protones es igual a la cantidad de electrones

En un catin (+): La cantidad de protones es mayor a la cantidad de electrones (perdi electrones)

En un anin (-): La cantidad de protones es menor a la cantidad de electrones (gan electrones)

El ncleo de flor tiene 10 neutrones y el de helio 2.

Esquema de partculas fundamentales en los tomos de helio y flor

El Cuadro 1.1 resume las propiedades de masa y carga de las partculas fundamentales del tomo.

Partcula

Masa/g

Masa/u

Carga/C

Carga unitaria

Electrn

9,1095 10 -28

0,000548- 1,602 10-19-1

ni3

Protn

1,6725 1O-24

1,0072

+ 1,602 10-19

+1

Neutrn

1,6750 1O-24

1,0087

0

0

En qumica es fundamental preguntarse si todos los tomos estn constituidos por las mismas partculas elementales, por qu los tomos de diferentes elementos tienen propiedades qumicas diferentes? La respuesta radica en el nmero de partculas nucleares y en el nmero de electrones, cuyas cantidades diferencian un tomo de un elemento de un tomo de otro elemento. Los electrones, al disponer mayor movilidad, estn capacitados para relacionarse con los electrones de otros tomos y promover diferentes ordenaciones entre tomos. Los procesos qumicos corresponden a reordenamientos atmicos que dan lugar a diferentes molculas.

tomo negativo

Es aquel en el cual el nmero de electrones es mayor con respecto al nmero de protones. Tambin se llama Anin.

tomo neutro

Es aquel en el cual el nmero de protones es igual al nmero de electrones y se refiere a un tomo en su estado natural.

tomo positivo

Es aquel en el cual el nmero de electrones es menor en comparacin al nmero de protones. Tambin se llama Catin.

Tipos de tomos:

Istopos: Son aquellos tomos que presentan igual nmero atmico, pero distinto nmero msico. Se establece en tomos del mismo elemento.

Ejemplo:

El oxgeno tiene tres istopos (igual Z, distinto A)

15O8 16O8 17O8

Isbaros: Son aquellos tomos que presentan igual nmero msico y distinto nmero atmico.

Ejemplo:

14C6 14N7

Istonos: Son tomos que presentan distinto nmero msico, distinto nmero atmico, pero tienen igual nmero de neutrones.

Actividades:

Respecto a los modelos atmicos precursores del modelo actual, Dibujelos y explique las diferencias existentes entre ellos.

Dibujo

Modelo atmico de J.J ThompsonModelo atmico de Rutherford

Diferencias

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Seala brevemente cul fue el aporte que realiz el trabajo cada uno de los siguientes cientficos a la construccin del modelo actual del tomo.

Estructura atmica:

Un diagrama atmico es as

EN ESTE EJEMPLO, OBSERVAMOS EL ATOMO DE FLUOR, EL NUMERO ATOMICO DEL FLUOR ES 9, LO QUE INDICA QUE TIENE 9 PROTONES, SU NUMERO MSICO ES DE 19 (9 PROTONES + 10 NEUTRONES), AL SER UN ELEMENTO NEUTRO, LA CANTIDAD DE ELECTRONES Y DE PROTONES ES LA MISMA, POR TANTO TIENE 9 ELECTRONES, QUE SE REPRESENTAN COMO ne o bien como e-

4.- En relacin a la estructura atmica, completa el siguiente cuadro. Con el valor de Z obtenido identifica cada elemento en la tabla peridica

Observacin: En la tabla peridica usted puede encontrar la siguiente informacin en cada elemento

El peso atmico es lo mismo que la masa atmica, en la tabla peridica aparece una masa con nmeros decimales, para convertir la masa atmica decimal a una masa atmica entera usted debe aproximar

Ejemplo:

Masa atmica 39,0 a 39,49 usted debe dejarlo como 39Masa atmica 39,5 a 39,9 usted debe aproximarlo a 40

10RECORTA Y PEGA ESTO EN TU CUADERNO