1

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

7

8

9

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).

15

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

103

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?.

104

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.

105

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

106

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?

107

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.

108

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

109

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.

111

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)

112

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.

113

Intercambios

energticos

E fotn = h

= h c/

114

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

115

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

116

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

117

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

80

x y z

m

hE V

la funcion deonda describeel comportamiento

ondulatorio del electron

E energia del electron

V energia potencial del electron

( )

:

:

:

118

)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

119

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

120

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 = -

121

122