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Generalidades sobre el tomo
La materia.
El tomo en la Antigedad.
El tomo de Dalton.
Experimentos sobre la estructura de los tomos.
Modelo del tomo de Thomson.
Modelo del tomo de Rtherford.
Modelo del tomo de Bhr.
Modelo Atmico de la Mecnica Cuntica.
2
La materia
Materia es todo lo que nos rodea. Todo est hecho de materia.
Podemos decir que la materia: Ocupa un lugar en el espacio Tiene masa Est formada por tomos
(Puede ser percibido por los sentidos)
3
La comprensin de la qumica as como de granparte de las otras ciencias depende al menos enparte al conocimiento de la estructura atmica.
La disposicin de los componentes del los tomoses lo que determina las propiedades de losdistintos tipos de materia. Slo si entendemos laestructura atmica podremos saber de que manerase combinan los tomos para constituir lasdiferentes sustancias de la naturaleza y, lo que esms importante, como podemos modificar losmateriales para satisfacer nuestras necesidades.
4
La imagen que el hombre a tenido del tomo apasado por una serie de conceptos evolutivos.Estos cambios se han presentado comoconsecuencia de las diferentes evidenciasexperimentales encontradas por diferentesinvestigadores como son los experimentos de:Thompson, Rutherford, Becquerel, etc.
5
Toda la materia que conocemos est constituida
por partculas muy pequeas, los tomos.
La idea de que la materia est constituida por
partculas muy pequeas es antigua
6
Generalidades sobre el tomo
TEORA Y ESTRUCTURA ATMICA
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10
Flogisto
George Emst STAHL (1660-1734
La teora del flogisto, conocida tambin como sublime teora,supone que toda sustancia combustible, tal como un metal, contieneun principio inflamable, denominado posteriormente, flogisto; enla combustin se desprende el flogisto con acompaamiento de luz ycalor y queda un residuo, la ceniza o cal del cuerpo combustible.Cuanto ms inflamable es un cuerpo tanto ms rico es en flogisto. Elproceso de combustin puede expresarse en la forma simplificadasiguiente:
Metal (en la combustin) Cal + Flogisto
El principal inters de la teora est en que explica el fenmenoinverso de la combustin, la reduccin, pues si se calienta la cal (lascenizas metlicas) con una sustancia rica en flogisto, tal como elcarbn, sta cede su flogisto a la cal y el metal se revivifica. Esto es,abreviadamente,
Cal + Carbn Metal11
Perodo Griego
12
Los griegos proponen la existencia de los llamados "elementos". A partir de ellos, se constituiran todas las cosas y organismos en la naturaleza.
De los sabios ms connotados se tienen:
Tales de Mileto (640-546 A.C.)profundiza las maravillas de la creacin. Para l lo
primordial es el agua. "El agua es el principio de todas las cosas" (as haban pensado ya los hindes)
Anaxmenes (611-547 A.C.)En su filosofa lo fundamental es el aire. "Todo viene
del aire y todo a l retorna". El alma misma es aire. Este "elemento" haba sido designado por los filsofos hindes con el nombre de
"viento".
13
Herclito de Efeso (540-475 A.C.)
Para Herclito lo fundamental es el fuego "Elfuego es la fuerza primordial, que tiene bajo sudependencia todos los fenmenos, todos loscambios que se operan en los cuerpos. El estadoprimitivo o primero fue el fuego, el mundo ser otravez fuego. Los cuerpos pueden transformarse, perono el fuego, que modifica todo lo que es
Anaxgoras (500-428 A.C.)
Hombre de extraordinario talento. A l se debeuna notable anticipacin de la ley deconservacin de la materia, formulada tiempodespus por Lavoisier. "Ninguna cosa se produce odesaparece, sino que se compone por mezcla deotras existentes".
14
Empdocles (495-435 A.C.)
A los tres elementos de Tales, Anaxmenes yHerclito, agreg la tierra. Tiene el mrito dehaber divulgado en forma amplia laconcepcin de los cuatro elementos.
Aristteles.
Discpulo de Platn, agreg un quintoelemento, el ter, ms mvil que los demselementos, ste formara el cielo, y de l hacederivar Aristteles el calor de los animales. Deaqu derivan los llamados "elementosaristotlicos" (figura).
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16
Los 4 elementos aristotlicos
17
La Hiptesis Atmica:En Grecia se estructura la hiptesis atmica, sobre
la base de las concepciones de Leucipo yDemcrito.
Leucipo es el verdadero creador de la hiptesis."Los tomos y el vaco, deca, son el nicoobjeto de un conocimiento autntico".Alrededor del siglo V A.C., sostena con razonesfilosficas que la materia puede ser subdivididaslo hacia cierto lmite. Este lmite indivisible lollamaron tomo, (cuyo significado es a = sin;tomos = divisin) y se considerabaconceptualmente como la parte ms pequeae indivisible de la materia.
18
Demcrito, perfecciona el sistema de Leucipo.Segn l, "los tomos son indivisibles,impenetrables, eternos, inmutables, plenos ycorporales".Esta hiptesis fue relegada al olvido por lasistemtica oposicin de Aristteles, ya quepostulaba que la materia era continua y no tenalmite de divisin. Ahora, las leyes de lacombinacin qumica sugieren que loscompuestos estn formados por unidades depeso definido que se combinan con otros enproporciones fijas.
19
tomo
Modelo basado en la intuicin y no en la lgica.
Defendi la idea de que la materia era compuesta por
pequensimas partculas.
Demcrito
20
Modelo propuesto por Demcrito:
Toda la materia est constituda por tomos y vaco (no era
compacta)
Un tomo es una partcula pequensima, invisible, y que
no puode ser dividida;
Los tomos se encuentran en constante movimiento;
El Universo est constitudo por un nmero infinito de
tomos, indivisibles y eternos;
21
Aristteles
Aristteles
(384 a.C. - 322 a.C.)
El modelo de Demcrito fue rechazado por unode los mayores filsofos de todos los tiempos Aristteles.
Aristteles acreditaba que la materia era contnua y compuesta por cuatro elementos:
Aire Agua
Tierra Fuego
El modelo de Demcrito permanece en la sombra durante ms de 20 siglos... 22
Descubriendo al tomo
23
Modelos
Demcrito y
LeucipoDalton Thomson
Rutherford
- Bohr
Mecano
cuntico
Teora Atmica
Constitucin de la
materia?
Conceptos Estructura Atmica Tipos de tomos
TOMO24
Dalton (1807)S. XIX Dalton resucita La Teora Atmica.
En la segunda mitad del s. XVIII, laQumica sufri una gran evolucin.
Ciertos hechos no podan serexplicados por la teora deAristteles, como la Ley de Lavoisier:La masa de los reactantes es igual a lamasa de los productos.
Para explicar esto Jonh Daltonpropuso, en 1807, su modelo atmico.John Dalton
(1776 1844)
25
Dalton dijo:
La materia no es infinitamentedivisible.Debe haber un punto a partir del cualdel cual no podemos seguirdividiendo.He escogido la palabra tomo paranombrar a estas ultimas partculas demateria, cuya existencia esescasamente dudosa, aunque sonprobablemente, muy pequeas paraapreciarse con los mejoresmicroscopios
26
Dalton imagin al tomo
como una esfera compacta
e indivisible.
Tomando como base esta
idea, en 1808 introduce la
idea de la discontinuidad
de la materia, postulando
lo siguiente:
El tomo de Dalton (1808)
27
Postulados de Dalton (1766 1844):
La materia est dividida en unas partculas indivisibles e indestructibles, que se denominan tomos.
Los tomos son partculas muy pequeas y no se pueden ver a simple vista.
Todos los tomos de un mismo elemento son idnticos entre s (presentan igual masa e iguales propiedades).
Los tomos de distintos elementos tienen distinta masa y distintas propiedades.
Los compuestos se forman cuando los tomos se unen entre s, en una relacin constante y sencilla.
Los tomos no se pueden crear ni destruir, si un compuesto se descompone los tomos se reagrupan para formar otros, sin alterarse.
28
El tomo de Dalton permite explicar:
La formacin de compuestos qumicos
Como las piezas de un juego de construccin
Las reacciones qumicas
La Ley de conservacin de la masa
En toda reaccin qumica la suma de las masas de los
reactivos es igual a la suma de las masas de los
productos de la reaccin
29
Ley de LavoisierEn toda reaccin qumica la suma de las masas de los reactivos es igual a la
suma de las masas de los productos de la reaccin
- Ley de conservacin de la masa
- Concepto de elemento qumico
- Composicin del aire
- Importancia de la precisin en la
experimentacin
- Identifica la respiracin con una
oxidacin
- Primeras nociones de nomenclatura
qumica
- .
30
Cuando los elementos reaccionan entre s, los tomos de los
elementos slo se combinan, sin transformarse.
Cuando ocurre esta combinacin, los tomos se unen unos a
otros en proporciones fijas, constantes y sencillas.
En las reacciones qumicas los
tomos se separan o se unen;
pero ningn tomo se crea ni se
destruye, y ningn tomo de un
elemento se convierte en tomo
de otro elemento.
Esta concepcin se mantuvo casi durante un siglo
31
Estos postulados fueron suficientes para explicar todos los fenmenos observados por los
cientficos durante unos 100 aos. Posteriormente
surgen interesantes interrogantes en varias
reas del conocimiento, que derrumban las ideas
de Dalton.
Las ms significativas corresponden a:
descubrimiento de la radiactividad
descomposicin del agua mediante corriente elctrica
descargas elctricas en gases a baja presin
espectros de luzTodos estos fenmenos permitieron establecer, quela materia es discontinua y presenta una naturalezaelctrica.
32
Cmo los cientficos han
investigado la disposicin de las
partculas al interior del tomo?
33
J.J. Thomson construy el primermodelo atmico basado enexperimentos cientficos.
Permite explicar los fenmenoselctricos
Realiz experimentos con el tubode rayos catdicos y descubri elelectrn.
El tomo de Thomson
34
Es descubierta la primera partcula
subatmica: el electrn
Thomson realiz una serie deexperiencias utilizando un tubo derayos catdicos (tubo semejante alos tubos existentes al interior delos televisores).
En este tubo, eran efectuadasdescargas elctricas a travs deun gas raro.
J. J. Thomson(1856 - 1940)
Tubo de rayos catdicos
35
El experimento de Thomson
rayos
- + pantalla
fluorescente
emite
destellos
los rayos son
acelerados por el polo
positivo y se dirigen a
la pantallaen el polo
negativo,
por un
voltaje de
10000
voltios se
generan
los rayos gas comprimido a
alta presion
36
37
Cuando se sitan unas aberturas en A y B, el brillo se limita a un punto bien
definido sobre el vidrio, este punto puede desviarse mediante campos
elctricos o magnticos.
Al estudiar las descargas al interior de esteaparato, Thomson, descubri el electrn.
Observ una fluorescencia verdosa debido a laexistencia de partculas de carga negativa que salen de los tomos del ctodo.
La descarga emitida tena carga elctrica negativa
Thomson prob que los electrones eran corpsculos,dotados de carga elctrica y de masa, que forman partede toda la matria.
38
A esas partculas negativas se las llam
electrones(1897)
Los Rayos Catdicos son un chorro de partculas cuya relacin
q/m = - 1,76 108 C/g
Experimentos en Tubos de Descarga posibilit el descubrimiento de:
los rayos catdicos
39
40
41
Al estudiar estos fenmenos Crookes determin que:
1. Los rayos luminosos observados, se propagaban enlnea recta, ya que al colocar un objeto u obstculoen su trayectoria, se produce sombra(comportamiento similar a la luz).
2. El sentido de su trayectoria es de negativo (ctodo)a positivo (nodo), debido a esto se les denominRAYOS CATDICOS.
3. Al chocar con un cuerpo, lo calienta y hace girarun molinete si es situado en su trayectoria, es decir,estos rayos estn formados por partculas (poseenmasa) que tienen energa cintica y la puedentransmitir.
4. Las partculas que forman los rayos catdicosposeen carga elctrica negativa, ya que se desvanal acercarle un imn, de igual forma a como sedesviara una carga elctrica de signonegativo.
42
mmm.
Los rayos catdicos se desplazan en lnea recta Los rayos catdicos parten del
polo negativo
poseen masa
son partculas negativas
Ya entiendo!
A las partculas que forman los rayos catdicos las llamar electrones
43
En 1897 Thomson propone un nuevo modelo:
El tomo se encuentra formado por una esfera con toda la masa y lacarga positiva dispersa en la cual se encuentran incrustadas las cargasnegativas (electrones) de forma similar a como se encuentran las pasasen un pastel. As:
44
Modelo propuesto por Thomson (1904):
Postulados de Thomson:
El tomo est formado por una esfera de materia con carga positiva.
Los electrones estn colocados arbitrariamente sobre esa masa positiva
Como la materia es neutra debera haber igual carga positiva y negativa.
La carga est cuantizada. As la unidad de carga es el electrn.
45
Experimentos sobre la estructura de los tomos
Cmo los cientficos han investigado ladisposicin de las partculas al interior del
tomo?
46
Rayos Catdicos(fines del siglo XIX)
47
Experimento de Robert MillikanRobert A. Millikan efectu la primera medicin directa y concluyente de
la carga elctrica de un electrn. Con un atomizador desparram
pequeas gotas de aceite dentro de una cmara transparente. En las
partes superior e inferior haba placas metlicas unidas a una batera.
Cuando el espacio entre las placas
metlicas era ionizado por radiacin
(rayos X), electrones del aire se
pegaban a las gotitas de aceite,
adquiriendo stas una carga negativa.
Como cada gotita adquira una leve
carga de electricidad a medida que
viajaba a travs del aire, la velocidad
de su movimiento poda ser controlada
alterando el voltaje entre las placas.
48
Todas las cargas que Millikan midi, fueron mltiplos enteros
de un mismo nmero, deduciendo as que la carga mas
pequea observada era la del electrn. Su valor es actualmente
e= -1,6 x 10-19 coulomb
49
En 1908 Robert Millikan determindirectamente la carga del electrn
y por lo tanto, su masa:
50
Experimento de Eugen Goldstein La carga negativa (rayos catdicos) sale de un gas elctricamente
neutro (sin carga), por lo tanto, es lgico pensar que simultneamente
debe existir una descarga de partculas positivas.
As lo comprob
Eugen Goldstein, en 1886,
Utilizando un ctodo perforado.
Descubri detrs de l un haz visible
que se desplazaba de polo positivo a
negativo:
LOS RAYOS CANALES.
Los rayos canales (rayos andicos)
son rayos positivos,
cuya relacin carga /masa
la determina el fsico W. WEIN, encontrando que esta relacin depende del
gas en estudio, y se encuentra relacionado en forma inversa a su peso
atmico.
51
Modelo de J. J. Thomson(1856 1940)
Introduce la idea de que el tomo puede dividirse en las
llamadas partculas fundamentales.
Tras el descubrimiento del electrn; en 1898 Thomson propuso
un modelo atmico que tomaba en cuenta la existencia de dicha
partcula subatmica.
Su modelo era esttico, ya que supona que los electrones
estaban en reposo dentro del tomo, y que el conjunto era
elctricamente neutro.
52
El modelo de Thomson era parecido a un pastel defrutas: los electrones estaban incrustados en unamasa esfrica de carga positiva. La carga negativatotal de los electrones era la misma que la cargatotal positiva de la esfera, por lo que dedujo que eltomo era neutro.
Modelo atmico de Thomson
53
54
Fsico neozelands, estudi con J.J.
Thomson.Premio Nobel de Qumica en 1908.
Sus brillantes investigaciones sobre la
estructura atmica y sobre la radioactividad
iniciaron el camino a los descubrimientos ms
notables del siglo. Estudi experimentalmente
la naturaleza de las radiaciones emitidas por
los elementos radiactivos.
Es descubierta la segunda partcula subatmica: el protn
Ernest Rutherford(1871 - 1937)
55
Tras las investigaciones de Geiger y Mardsen sobre la
dispersin de partculas alfa al incidir sobre lminas
metlicas, se hizo necesario la revisin del modelo atmico de
Thomson, que realizo Rutherford entre 1909 - 1911.
Em 1908 realiz una experiencia que le permiti proponer un
nuevo modelo atmico.
Rutherford parte de una experiencia que el modeloanterior no puede explicar:
El experimento de Rutherford
Ernest Rutherford, construy en 1911 el llamadoModelo Planetario del tomo.
Realiz experimentos con sustancias radiactivas queemiten rayos alfa (), beta () y gamma ().
56
57
Para verificar si los tomos eran macizos, Rutherfordbombarde uma finsima lmina de oro (0,001cm) conpartculas alfa() positivas, emitidas por um materialradioativo.
Las observaciones hechas durante el experimentollevarn a Rutheford a tirar uma srie de conclusiones:
Experimento de RtherfordDescubrimiento del ncleo
Experimento de RtherfordDescubrimiento del ncleo
Bombardea lmina de oro con partculas alfa con lasorpresa de que la mayora la atraviesan sin desviarse,muy pocas se desvan y algunas rebotan (poqusimas).
58
Otro esquema del experimento de Rutherford:
microscopio
pantalla
sensitiva
produce
destello al
chocar las
particulas
lamina de oro
muy delgada
fuente de
rayos alfa
Los rayos alfa deben
atravesar la lamina de oro y
chocar con la pantalla, el
destello que producen es
observado con el
microscopio. De la
observacin se obtuvo lo
siguiente:
59
Lo observado fue tan sorprendente queequivale a disparar balas de can sobre unahoja de papel y descubrir que en algunoscasos ellas rebotan.
60
61
62
mmm
.
63
64
La mayora de los rayos alfa atravesaba la lmina sin desviarse, porque igual que en caso de una
reja, la mayor parte del espacio de un tomo
es espacio vaco.
Algunos rayos se desviaban, porque pasan muy
cerca de centros con carga elctrica del mismo
tipo que los rayos alfa (CARGA POSITIVA).
Muy pocos rebotan, porque chocan frontalmente contra esos centros de carga positiva.
65
Ya entiendo!
66
Rutherford concluye que:
La masa del tomo se concentra en el ncleo, puesto que sloalgunas partculas alfa son repelidas cuando chocan con algo slido(ncleo del tomo).
El ncleo del tomo es positivo, puesto que algunas partculas alfaexperimentan desviacin al pasar cerca de l, (cargas de igual signose repelen).
La mayor parte del tomo es espacio vaco, ya que casi la totalidadde las partculas alfa atraviesan la lmina sin experimentardesviacin.
El tamao del tomo es aproximadamente 100.000 veces el tamaodel ncleo, esta gran desproporcin explica la escasa desviacinque experimentan algunas partculas alfa.
Los electrones deben estar en continuo movimiento, pues nointerfieren en el paso de las partculas alfa, tampoco son atrapadospor el ncleo.
En 1920 Rutherford predijo la existencia, en el ncleo del tomo, deuna partcula sin carga elctrica que impeda la repulsin entre losprotones. Doce aos ms tarde, James Chadwick detecta estapartcula sin carga y calcula su masa (aproximadamente igual a ladel protn, 1u.m.a). De esta forma se descubren los NEUTRONES.
67
En 1911, Rutherford introduce el modeloplanetario, que es el ms utilizado an hoy enda.
Considera que el tomo se divide en:
un ncleo central, que contiene los protones yneutrones (y por tanto all se concentra todala carga positiva y casi toda la masa deltomo)
una corteza, formada por los electrones, quegiran alrededor del ncleo en rbitascirculares, de forma similar a como los
planetas giran alrededor del Sol.68
69
Postulados de Rutherford (1911):
El tomo est constituido por una gran cantidad de espacio vaco
Hay una zona muy pequea y muy densa , queconcentra toda la masa y una carga positiva
muy intensa, NCLEO, que hace posible que
reboten las partculas alfa.
Si los electrones son negativos, existen en elncleo cargas positivas llamadas protones
que equilibran la carga del tomo.
Rutherford vrs. Thomson:
La materia positiva no est dispersa, sino concentrada en un ncleo
central y compacto, que es 10.000 veces ms pequeo que el tomo
Los electrones deben girar alrededor del ncleo en rbitas a grandes distancias del ncleo.
70
Rutherford deduce la presencia del NEUTRN:
No lo detecta pero necesita de su presencia para:
Disminuir la repulsin entre los protones en el ncleo.
Compensar la deficiencia de masa (el nmero de protones es aproximadamente la mitad de la masa del tomo) el
resto de la masa la aportan los NEUTRONES
71
Protones Carga + masa
ncleo(masa y carga
positiva)
Neutrones masa
tomo
corteza(Carga negativa,
sin masa
apreciable)Electrones Carga -
MODELO PLANETARIO
72
73
El modelo atmico planetario:
electrones giran alrededor del ncleo, pudiendo
ocupar cualquier rbita existente.
Veldromo:
el ciclista puede ocupar
cualquier parte de la pista.
74
Es descubierta la tercera partcula
subatmica: el neutrn Se percibe que el ncleo podra tener ms de 1 prton
Comprometera la estabilidad del ncleo (fuerzas de
repulsin muy fuertes).
Rutherford admiti que en el ncleo existan
partculas semejantes a los protones, pero sin cargas.
Chadwick (1932) descubri los neutrones.
Los neutrones serviran para diminuir la repulsin
entre los protones (mayor estabilidad en el ncleo).
En 1932 el ingls Chadwick al bombardear tomos con
partculas observ que se emita una nueva partcula sin
carga y de masa similar al protn, acababa de descubrir el
NEUTRN
En el ncleo se encuentran los neutrones y los protones.
75
Las partculas subatmicasPartcula Smbolo Carga
Absoluta (C)
Masa
Absoluta (Kg)
Electrn e- -1.60 x10-19 9.11 x 10-31
Protn p+ 1.60 x10-19 1.673x10-27
Neutrn n0 0 1.675x10-27
76
Constitucin bsica del ncleo
Rutherford demuestra que loscomponentes bsicos de los ncleos detodos los tomos son los
Protones(partculas elementales cuya carga es deigual valor absoluto a la carga delelectrn, pero de signo positivo)
NeutronesMasa ligeramente superior a la
del protn, pero sin carga
Chadwick (1932)
Pero la masa de los ncleos de los tomos ms pequeosvena a ser aproximadamente el doble de lacorrespondiente a los protones presentes
Pares protn-electrn
(neutros)
Nmero atmico(protones)
Nmero msico(nucleones: protones +
neutrones)
P+
n
P+n
n
nP+
P+ n
P+n
P+P+
n
XA
Z
para completar la masa que faltaba
77
Nmero atmico y nmero msico
Z = Nmero atmico
Es el nmero de
protones, determina la
identidad del tomo
A = Nmero msico: n
de protones + n de
neutrones del ncleo
XAZ
electronescorteza
neutrones
protonesncleo
Na
11
12
1123
11
78
A = Nmero msico: n de protones + n de neutrones del ncleo
-Es un nmero entero
-Describe a cada tomo de un elemento
- No tiene unidades
Mat = Masa atmica: n de veces que la masa de un tomo es mayor
que, o contiene, a la uma (uma: unidad de masa atmica).
-Puede ser decimal
-Describe a los tomos de ese elemento en general
-Es la media ponderada de la masa de los distintos istopos de
ese elemento, teniendo en cuenta la abundancia relativa de cada
uno de ellos
-Se mide en umas (u)
79
Iones
Catin: - pierden electrones
- Tienen Carga positiva
Ej: 11Na+
80
Anin: - Ganan electrones
- Tienen carga negativa
Ej: 17Cl-
81
Determinacin de partculas
atmicas
Protones Neutrones Electrones
35 44 36Br-
79
35
Protones Neutrones Electrones
12 12 10
Protones Neutrones Electrones
22 26 22
Mg2+
Ti
24
12
48
22
82
Tipos de tomos
Istopos:
- tomos de un
mismo elemento
- Tienen = Z y A
83
N protones N neutrones N electrones
17 18 17
17 19 17
Cl
(Z=17, A=35)
Cl
(Z=17, A=36)
84
Isbaros:
- tomos de distintos elementos
- Tienen = A y Z
85
Istonos:
- tomos de distintos elementos
- Tienen = n, Z y A
86
Isoelectrnicos
Son tomos que tienen igual nmeros de
electrones.
Ejemplo
10Ne; 11Na+; 12Mg
2+; 9F- = 10 e-
87
Deficiencias del modelo atmico de
Rutherford
No explica cmo se pueden
encontrar cargas elctricas iguales
(positivas) en un espacio tan
pequeo (ncleo).
Los neutrones otorgan estabilidad al ncleo del tomo porque permiten que las fuerzas de repulsin entre los protones disminuya y, as, hay
muchas partculas en un mnimo de espacio.88
Fue fundamental la demostracin de la discontinuidad de la materia y de los grandes
vacos del tomo. Pero, presenta deficiencias y puntos poco claros:
89
- Segn la ya probada teora electromagntica de Maxwell, al ser el
electrn una partcula cargada en movimiento debe emitir radiacin
constante y por tanto, perder energa, en su movimiento circular
alrededor del ncleo.
Esto debe hacer que disminuya el radio de su rbita y el electrn terminara
por caer en el ncleo; el tomo sera inestable. Por lo tanto, no se puede
simplificar el problema planteado, para un electrn, que la fuerza
electrosttica es igual a la centrfuga.
Como los tomos son eternos mientras no sean perturbados, el modelo de
Rutherford result ser inconsistente, y por ello, descartado.
El modelo atmico de Rutherford no cumple con las leyes del
electromagnetismo y la mecnica newtoniana,
90
... una partculacargada movindose
en una trayectoria
circular debe perder
energa
Otros problemas:cmo explicarse estas lneas obtenidas en experimentos
con los elementos?
91
Cada elemento tiene un espectro
caracterstico; por tanto, un modelo
atmico debera ser capaz de justificar el
espectro de cada elemento.
92
93
-Era conocida la hiptesis de Planck que Rutherford no tom en
cuenta.
-Tampoco es coherente con los resultados de los espectros
atmicos.
- Ya se conocan los espectros atmicos y las frmulas de la
serie de Balmer (1885) y la serie de Paschen (1908-1909) que
mostraban claramente el carcter cuantizado de la energa de los
electrones y de los valores de r, que tampoco tuvo en cuenta
Rutherford al deducir una continuidad geomtrica y una
consiguiente continuidad de energa.
94
Espectros atmicos
Se llama espectro atmico de un elemento qumico al resultado de
descomponer una radiacin electromagntica compleja en todas las
radiaciones sencillas que la componen, caracterizadas cada una por un valor
de longitud de onda,
95
El espectro consiste en un conjunto de lneas paralelas, que
corresponden cada una a una longitud de onda.
Podemos analizar la radiacin que absorbe un elemento
(espectro de absorcin) o la radiacin que emite (espectro de
emisin).
96Espectro de absorcin
Espectro de absorcin: se obtiene cuando
un haz de luz blanca atraviesa una muestra
de un elemento y, posteriormente, la luz
emergente se hace pasar por un prisma
(que separa la luz en las distintas
frecuencias que la componen)
Cuando la radiacin atraviesa un
gas, este absorbe una parte, el
resultado es el espectro continuo
pero con rayas negras donde falta
la radiacin absorbida.
Espectro atmico de absorcin
97
ESPECTRO DE EMISIN
Espectro de emisin: se obtiene cuando una muestra gaseosa de un elemento se
calienta hasta altas temperaturas y se hace pasar la luz emitida a travs de un prisma
Espectro de emisin
Cuando a los elementos en estado
gaseoso se les suministra energa
(descarga elctrica, calentamiento...)
stos emiten radiaciones de
determinadas longitudes de onda.
Estas radiaciones dispersadas en un
prisma de un espectroscopio se ven
como una serie de rayas, y el
conjunto de las mismas es lo que se
conoce como espectro de emisin.
98
99
100
El espectro de emisin de un elemento es el negativo del espectro de absorcin: a la
frecuencia a la que en el espectro de absorcin hay una lnea negra, en el de emisin
hay una lnea emitida ,de un color, y viceversa
Cada elemento tiene un espectro caracterstico; por tanto, un modelo
atmico debera ser capaz de justificar el espectro de cada elemento.
Resumiendo
101
Aportes al Conocimiento del tomo
102
Aportes al Conocimiento del tomo
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Conclusin Con los resultados obtenidos en el experimento de la lmina de oro,
Rutherford efectivamente puede despejar sus dudas respecto a laubicacin de las partculas atmicas. Sin embargo, el modelo notena asidero fsico, en otras palabras, es imposible comprender, elcmo los electrones no sienten atraccin por el ncleo, girandohasta caer en l.
Aos ms tarde, el gran Niels Bohr resuelve el problema y abre elcamino a la fsica relativista, un nuevo mundo asombroso que hastael da de hoy busca respuestas.
Detengamos el estudio en este punto y cuestionemos lo siguiente:Si todos los tomos de distintos elementos estn formados por elmismo tipo de partculas, y adems estn distribuidos en la mismaforma En qu se diferencian los tomos de un elemento, porejemplo, oxgeno, de otro como hidrgeno?, qu hace que unelemento sea oro y otro helio, un gas de comportamientoabsolutamente distinto?.
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Orgenes de la Teora Cuntica
El modelo de Rutherford se basa en los principios de la mecnica clsica:
El electrn acabara cayendo sobre el ncleo.
Experimentalmente, los espectros de emisin de los tomos son discontinuos.
Esa energa emitida presentara un espectro de emisin continuo.
Una partcula cargada en movimiento emite energa continuamente.
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En 1913, Niels Bohr mejor la
concepcin del tomo,
introduciendo la estructura
electrnica.
La teora clsica no permite
explicar algunos aspectos
importantes del modelo de
Rutherford:
El tomo de Bohr
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Ok, los electrones giran alrededor delncleo
Al girar poseen aceleracin
La teora clsica dice que cuando unapartcula con carga se acelera emiteradiacin
Entonces, si emite radiacin pierde partede su energa
Y si pierde energa, disminuye su velocidad,y con ella la fuerza centrfuga, que ya nopuede compensar la atraccinelectrosttica...Entonces caera contra el ncleo deltomo
Pero El electrn nunca cae!!Qu pasa con los espectros?
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Los electrones que giran
alrededor del ncleo no emiten
radiacin.
Solo emiten radiacin cuando cambian el radio de
su orbita, es decir que se acercan al ncleo.
Segn esto, los electrones solo pueden ocupar
ciertas rbitas a determinadas distancias del ncleo.
Esto se llamar NIVELES DE ENERGIA.
Los electrones giran en forma circular
alrededor del ncleo, y solo en ciertos
niveles de energa.
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Puntos ms importantes:
Solo son posibles determinadas rbitas, llamadas rbitas estacionariasen las que el electrn al girar alrededor del ncleo no emite energa.
Los electrones tienden a ocupar la rbita de menor energa posible, o sea la rbita ms cercana al ncleo posible
Un electrn al pasar de una rbita superior a una inferior emite energaen forma de radiacin electromagntica (luz)
Un electrn para pasar de una rbita inferior a una superior debe ganar energa
La energa que se absorbe o emite en los cambios de rbita de un electrn son caractersticos de los tomos de cada elemento qumico
(espectro atmico) y permiten identificarlo
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POSTULADOS DE BOHR
Los electrones giran
alrededor del ncleo
sin emitir energa
Fc = Fe
Las rbitas permitidas
poseen un momento
angular mltiplo entero
de h/2
m v R = n h/2
Los electrones cambian de
rbita intercambiando
cuantos de energa
Ea Eb = h
1 2 3
mv
Rk
Z ee
R
vk Ze
m R
2
2
m k Z e R
m Rn
h
R nh
m k Z e
R n ma a
2 2 2
2
2
2
2
2
2 2
02
011
4
4
5 29 10
; ,
E E E m v
E k Z e
m R
n
k Z e p
h
E K
n
c p
1
2
1
2
1 4
2
2
2
2
2 2 4 2
2
2
n: Indica el orden de los niveles de energa y se le denomina nmero cuntico principal 110
Modificaciones del Modelo de Bohr:
Orbitas n distancia
1 0,53
2 2,12
3 4,76
4 8,46
5 13,22
6 19,05
7 25,93
En 1916, Arnold Sommerfeld
modifica el modelo atmico de
Bohr, en el cual los electrones
slo giraban en rbitas circulares,
al decir que tambin podan girar
en ORBITAS ELIPTICAS.
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MODELO ATMICO DE BOHR
TEORA CUANTICA DE PLANCK TEORA CORPUSCULAR DE EINSTEIN
ENERGA EST CUANTIZADALA LUZ TIENE NATURALEZA DUAL
(ONDA Y PARTCULA)
basado en
sostiene que sostiene que
E = h PARTCULA (Efecto fotoelctrico,
Efecto Compton)
ONDA (Reflexin, difraccin)
POSTULADOS DE BOHR
Modelo atmico de Bohr (1913)
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Limitaciones del Modelo de Bohr
Las rbitas de los electrones bajo la atraccin del ncleo deban ser elpticas (Modificacin de Sommerfeld)
Slo es aplicable al tomo de hidrgeno y a los tomos o iones hidrogenoides.
En los espectros atmicos aparecen nuevos desdoblamientos (efecto Zeeman) y otros.
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Intercambios
energticos
E fotn = h
= h c/
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Frmula de Rydberg.
Permite calcular la longitud de onda
de cualquiera de las lneas que
forman el espectro del hidrgeno:
1/ = R (1/n12 1/n2
2)
n1, n2: nmeros enteros positivos
(n1 < n2)
R: cte de Rydberg = 109677, 7 cm-1
En funcin del valor de n1 , podemos distinguir diferentes series en el
espectro del hidrgeno:
n1 = 1: serie de Lyman
n1 = 2: serie de Balmer
n1 = 3: serie de Paschen
n1 = 4: serie de Brackett
n1 = 5: serie de Pfund
n1 = 6: serie de Humphreys
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El tomo en la actualidadLos modelos atmicos siguen seguido evolucionando,
debido a:
-Descubrimiento de nuevos fenmenos
-Disponibilidad de instrumentos ms precisos que
permiten observar cosas desconocidas antes
Siguiente modelos: NUBE DE CARGA
- Incorpora las ideas de la teora de la relatividad y
la mecanica-cuntica.
- Prximos aos
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MODELO
MECANO-CUNTICO
DUALIDAD ONDA-CORPSCULO
DE LOUIS DE BROGLIE
(1924)
E m c E h v
m c h v como vc
hc
m c ch
m
si c V Vh
m
2
2
2
PRINCIPIO DE INDETERMINACIN
DE HEISENBERG
(1927)
x ph
4
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las soluciones de la ecuacin de onda nos informa del estado
energtico del electrn y de la funcin de onda asociada a ese
estado energtico
MECNICA ONDULATORIA
DE SCHRDINGER
(1926)
2
2
2
2
2
2
2
2
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x y z
m
hE V
la funcion deonda describeel comportamiento
ondulatorio del electron
E energia del electron
V energia potencial del electron
( )
:
:
:
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)z,y,x(2
0,0,1
La ecuacin de Schrdinger da como solucin una ecuacin de estado que depende de tres nmeros cunticos.
n, l, ml nos ofrece la zona de mxima probabilidad de encontrar al electrn.
ORBITAL
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m = - l,, 0,. + l
n =1, 2, 3, 4,
Un orbital est determinado por el valor de los nmeros cunticos (n, l, ml)
Nmero cuntico principal, n
Cuantiza la energa total del electrn
Nmero cuntico secundario, l
Cuantiza el mdulo del momento angular del electrn
Nmero cuntico magntico, ml
Cuantiza la orientacin del momento angular del electrn
l = 0, 1,2, (n-1)
Los nmeros cunticos
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El cuarto nmero cuntico
En 1928, se descubre que un electrn posee un momento angular o spin.
En un campo magntico, el eje de rotacin tiene slo dos posibles orientaciones.
Nueva definicin de SPIN. Propiedad intrnseca de los electrones
MomentoMagntico
Direccindel campomagntico
N
S
N cuntico de spin:ms =
MomentoMagntico
Direccindel campomagntico
S
N
ms = -
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