Sesion 3. Atomo y Modelos Atomicos

8/18/2019 Sesion 3. Atomo y Modelos Atomicos

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QUIMICA GENERAL E INORGANICA

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FACULTAD DE INGENIERÍAESCUELA DE INGENIERÍA AMBIENTAL

Prof. Qco. S. Alexander Quintana Paetán


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Sesión 2:Estudio del Átomo y los diferentes modelos atómicos

propuestos a lo largo de la historia.


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Teorías y Modelos Atómicos

• Teoría Atomística de Demócrito.

• Teoría de la Continuidad de la materia (Aristótelesy Platón).

• Teoría Atómica de J ohn Dalton.• Teoría Atómica de J . J . Thomson.

• Teoría Atómica de E. Rutherford.

• Teoría Atómica de N. Bohr.

• Teoría Atómica de A. Sommerfeld.• Teoría Atómico Moderno – Schrödinger.


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Demócrito, filósofo griego que vivióen el siglo IV a. C. propuso que, si sedividía la materia en trozos cadavez más pequeños, debería llegarsea una porción que ya no podría

dividirse más.Por ello, llamó a estas partículasátomos, que en griego quiere decir"indivisible".

Demócrito atribuyó a los átomos las cualidades deser eternos, inmutables e indivisibles. Esto se conocecomo la teoría atomística o de discontinuidad de lamateria.

Te o ría A tomíst ic a (Dem óc rito )


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Las ideas de Demócrito no fueron admitidas; lainfluencia de Aristóteles, otro gran pensador griego,hizo que se impusiese la teoría de los cuatroelementos o de la Continuidad de la Materia.

Para Aristóteles, la materia era denaturaleza continua, formada pordiferentes combinaciones de:

Tierra, Agua, Aire y Fuego.Aparte de esto, existía un quintoelemento independiente llamadoÉter.

Te o ría d e la C o nt inu id a d d e la M a te ria

(A ristó te le s y Pla tón)


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Puede decirse que la química nace como ciencia afinales del siglo XVIII y principios del XIX, con laexperimentación cuantitativa de numerosos procesosquímicos por Lavoisier, Proust y Dalton.

Tuvieron que pasar veinte siglospara que un químico inglés

llamado J ohn Dalton retomara lasideas de Demócrito y publicase,en 1808, su famosa teoría atómica.

“La materia no es continua, sino que está formada porpartículas indivisibles, llamadas átomos, entre las cualesno hay nada (está el vacío).”


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Mod e lo A tóm ic o d e Jo hn Da lton (1808)

• Toda materia se compone de unidadesindivisibles llamadas átomos.

• Todos los átomos de un elemento dadoson idénticos.

• Los átomos de elementos diferentes sondistintos.

• Cuando los elementos se combinan, susátomos se reordenan para formar

compuestos que poseen unaproporción de números enteros. Losátomos no se destruyen en lasreacciones químicas.


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La imagen del átomo expuesta porDalton en su teoría atómica, paraexplicar las leyes de la Química, esla de minúsculas partículasesféricas, indivisibles e inmutables.

Mod e lo A tóm ic o d e Jo hn Da lton (1808)

Hay distintas clases deátomos que se distinguen

por su masa y suspropiedades. Todos losátomos de un elementoposeen las mismaspropiedades químicas.

http://www.slideshare.net/pacheco/estructura-del-atomohttp://www.slideshare.net/pacheco/estructura-del-atomo


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• Las ideas de Dalton fueroncuestionadas: Los átomos sepueden dividir. Sedescubrieron partículas máspequeñas dentro de él.

• En 1897, el británico J oseph J ohn Thomson descubrió unaspartículas con propiedadessorprendentes: prácticamenteno tenían masa y teníancarga eléctrica negativa.

• Estas partículas las llamóelectrones.

Joseph John Thompson

(1856 – 1940)


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Mod e lo A tóm ic o d e Thom so n (1897)

• Thomson consideró al átomocomo una esfera compactade carga positiva en la queestaban incrustados los

electrones de carganegativa, de modo que lacarga positiva y negativacoincidían.


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Mod e lo A tóm ic o d e Ruthe rfo rd (1911)

Lanzamiento de partículas a (con carga positiva) sobreuna lamina fina de oro y rodeada de un negativofotográfico para evidenciar los impactos.


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Resultados:

La mayoría de las partículasα traspasan la lámina deoro.

Una minoría se ven desplazadas.

Algunas rebotan hacia atrás.

El núcleo es mayoritariamentehueco.

Porque rozan o chocan con

algunos núcleos.

Porque chocan de frente conlos núcleos.


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• Demostró que los átomos no eranmacizos, como se creía, sino queestán vacíos en su mayor parte yen su centro hay un diminutonúcleo.

• Dedujo que el átomo debía estar

formado por una corteza con loselectrones girando alrededor de unnúcleo central cargadopositivamente.


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En el siglo XVII, Isaac Newton demostró que la luzblanca visible procedente del sol puededescomponerse en sus diferentes colores mediante unprisma.

El espectro que se obtiene es continuo contiene todaslas longitudes de onda desde el rojo al violeta.

Algunos hechos que el modelo deRutherford no explicaba…


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En cambio la luz emitida por un gas incandescenteno es blanca sino coloreada y el espectro que seobtiene al hacerla pasar a través de un prisma es

bastante diferente.

Es un espectro discontinuo que consta de líneas orayas emitidas a longitudes de onda específicas.Cada elemento (es decir cada tipo de átomos)posee un espectro característico que puedeutilizarse para identificarlo. Por ejemplo, en el delsodio, hay dos líneas intensas en la región amarilla a589 nm y 589,6 nm.


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Algunos hechos que el modelo de

Rutherford no explicaba…

El modelo atómico de Rutherford no podía explicarestas emisiones discretas de radiación por losátomos.

En 1913, Niels Bohr explica los espectros discontinuosoriginados por la radiación emitida por los átomosexcitados de los elementos en estado gaseoso.


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Mod e lo A tóm ic o d e Bo hr (1913)

• El electrón no puede girar encualquier órbita, sino sólo enciertas órbitas definidas. Estasórbitas son c irculares.

• En estas órbitas, la energía delelectrón es constante (Nivelesestacionarios de energía).

• El electrón emite o absorbe

energía, solo cuando cambia de nivel (transiciones electrónicas)

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Bohr-atom-PAR.svghttp://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Bohr-atom-PAR.svg


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Mod ific a c io nes a l M o d e lo A tóm ic o d e

Bo hr: M od e lo A tóm ic o d e Somm e rfe ld

En 1916, Arnold Sommerfeld, con la ayuda de larelatividad de Albert Einstein, hizo las siguientes

modificaciones al modelo de Bohr:1. Los electrones se mueven alrededor del núcleo enórbitas elípticas.

2. A partir del segundo nivel energético existen dos o

más subniveles en el mismo nivel.3. El electrón es una corriente eléctrica minúscula.


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Mod e lo A tóm ic o d e Somm e rfe ld

En consecuencia, el modeloatómico de Sommerfeld es unageneralización del modeloatómico de Bohr desde el puntode vista relativista, aunque nopudo demostrar las formas deemisión de las órbitas elípticas,

solo descartó su forma circular.


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Ob je c io nes a l M od e lo A tóm ic o d e

Somm e rfe ld

• Con el planteamiento de la naturaleza Dual de laMateria: onda-partícula, dada por Luis de Broglie,la idea que los electrones se mueven en órbitas

definidas tuvo que ser desechada.• Otro factor que determinó la caducidad de este

modelo, fue el Principio de Incertidumbreplanteado por W. Heisemberg. Según este

Principio, no es posible conocer la posición y lavelocidad del electrón, con la suficiente precisiónpara conocer su trayectoria.


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Eje rc ic io s:

1) Acerca del Modelo Atómico de Dalton, indique la

(las) proposición(es) correcta(s). Explique en cadacaso.

a) Determinó la carga eléctrica del electrón

b) El núcleo atómico era una esfera dura y

compacta.c) El electrón de un átomo de hierro tiene mayor

masa que el electrón de un átomo de oxígeno,porque es gaseoso

d) Los átomos son las partículas más pequeñas dela materia.

e) El núcleo atómico es eléctricamente neutro


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2. ¿Qué proposiciones corresponden al modeloatómico de E. Rutherford? .a) Los electrones son partículas de carga negativa

de masa muy pequeña que giran en torno alnúcleo atómico.

b) La parte del átomo cargada positivamente,

concentra la mayor parte de la masa delátomo.c) El electrón viaja a una distancia definida

alrededor del núcleo atómico.

d) El átomo presenta un gran espacio vac ío endonde se mueven los electrones.e) La masa de los electrones es aproximadamente

igual a la masa de las partículas positivas.


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3. Indique la afirmación incorrecta respecto al

modelo atómico de Bohr. Explique en cada caso:a) En el átomo, cada nivel, tiene una energía

característica.

b) Cuando un electrón salta de un nivel más

alejado del núcleo a otra más cercana,absorbe un fotón.

c) En el modelo de Bohr la energía estácuantizada.

d) Cuando un electrón salta o pasa de un nivel aotro de energía, se absorbe o desprendeenergía.


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4. ¿Qué proposiciones corresponden al modeloatómico de Sommerfeld?

a) El electrón se mueve alrededor del núcleoatómico sólo en órbitas circulares.

b) El átomo es una esfera dura y compacta.c) En el átomo hay subniveles de energía.


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Resp ue sta s

1. Solo d

2. a, b y d.

3. Solo b

4. Solo c


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• El modelo atómico actual se basa en ciertos principiosmatemáticos, los cuales describen el comportamientodel electrón y considera al átomo como un sistema

ene rgétic o .• Los principios matemáticos forman parte de la físicamoderna que se denomina mecánica cuántica.

• Estos principios en que se basa el modelo atómicoactual son:

I. Niveles estacionarios de Energía (Bohr).II. Dualidad de la Materia (Louis de Broglie).III. Principio de Incertidumbre (Heisemberg).

Mod e lo A tóm ic o M o d e rno - Sc hröd ing e r


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• Según Niels Bohr, el electrón gira en ciertas regionesenergéticas espaciales.

• El electrón, en estas regiones denominadas nivelesestacionarios de energía, no pierde ni gana

energía.• Si un electrón pasa de un estado energético a otro,debe emitir (a) o absorber energía (b) en forma deun fotón.

I. Nive le s Esta c io na rio s d e Ene rgía (Bo hr)


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• Los cuerpos que se desplazan a cierta velocidad

poseen dos propiedades (carácter dual):propiedades de o nd a s (ENERG IA ) y p a rtíc u la s(MATERIA ) .

• Las ondas están asociadas a partículas enmovimiento y no se propagan en el vacío.

• La propiedad dual se cumple para todo tipo decuerpos materiales; grandes o pequeños.

• Esta propiedad tiene un mayor significado enpartículas submicroscópicas, ya que para cuerposgrandes es insignificante debido a que su longitudde onda es extremadamente pequeña.

II. Dua lid a d d e la M a te ria (d e

Broglie)


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• https://youtube/C2HX3lFqCwc

https://www.youtube.com/watch?v=za-nxN1QCrk

Link de referencia para que el alumno pueda repasar en casa (modelos,

estructura, configuración):

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/cur

so/materiales/atomo/modelos.htm

Link de referencia para que el alumno pueda repasar los modelos atómicos de

una manera mas entretenida:

https://youtube/C2HX3lFqCwchttps://www.youtube.com/watch?v=za-nxN1QCrkhttp://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/atomo/modelos.htmhttp://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/atomo/modelos.htmhttp://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/atomo/modelos.htmhttp://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/atomo/modelos.htmhttps://www.youtube.com/watch?v=za-nxN1QCrkhttps://youtube/C2HX3lFqCwc


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• Fue propuesto por el físico alemán WernerHeisemberg.• Sostiene que es impos ib le conocer la pos ic ión y

ve lo c id a d e xa c ta d e l e le c t rón a l m ism o t iem p o , estose debe a su comportamiento dual.

• Ejemplo:

• Supongamos que frente anosotros tenemos un

electrón que va muy rápido,conocemos su velocidad,pero no sabemos en quééposición está en un

momento dado.

III. Princ ip io d e Inc e rt id um b re (He isem b e rg )


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• Ahora, para saberdónde está, lesacamos una foto.

III. Princ ip io d e Inc e rt id um b re (He isem b e rg )

• Sabemos ahora donde esta,pero no sabemos suvelocidad, ya que al sacar la

foto modificamos su momentoo, en términos más prácticos,su velocidad.


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Resumiendo:

• Si un electrón está moviéndose, podemos saber suvelocidad, pero no su posición.

• Si sabemos su posición, no sabemos su veloc idad.• No podemos saber con certeza ambos datos almismo tiempo.

• Esto último conlleva cierto grado de imprecisión.


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El físico austriaco Erwin Schrödinger concibióal átomo como un modelo matemático ydesarrolló una ecuación matemática muycompleja llamada ec uac ión de onda .

Ec ua c ión d e O nd a (Sc hröd ing e r)

Esta ecuación considera que el electrón tiene doblecomportamiento (o nd a -p a rtíc ula ) y cuantifica laenergía de los estados energéticos para el electrónsobre la base de ciertos parámetros numéricos

llamados núm e ro s c uántic o s .Los trabajos de Schrödinger inauguraron una nuevaforma de tratar las partículas subatómicas conocidacomo mecánica cuántica.


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La ecuación de Schrödinger sólo se puede resolverexactamente para el átomo de hidrógeno. Debeaproximar su solución para los sistemas del

multielectrón.

Ec ua c ión d e O nd a (Sc hröd ing e r)


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RESUMIENDO:

PARTÍCULA LOCALIZACIÓN MASA CARGA

Protón

Neutrón

Electrón

u.m.a. = unidad de masa atómica (masa de un átomo de hidrógeno)

Núcleo

Núcleo

Corteza

1 u.m.a.

1 u.m.a.

1/1840u.m.a.

Positiva

No tiene

Negativa


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Estruc tura A tóm ic a

• ElÁTOMO unidad básica de toda la materia.


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• Todos los átomos de unelemento químico tienen enel núcleo el mismo númerode protones. Este número,que caracteriza a cadaelemento y lo distingue de

los demás, es el númeroatómico y se representacon la letra Z.

SIMBOLO DEL

ELEMENTO

NUMERO ATOMICO

NUMERO MASICO

EA

Z

Aes la suma del número de

protones + neutrones


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Concep tos

Número Atómico (Z): Indica el nº de protones delnúcleo.

Z = p+

Pa ra un Átom o neut ro p + = e -

Z = p+= e-


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11Na :

19K :

17Cl :

Nº Protones 11

Nº Electrones 11

Nº Protones 19

Nº Electrones 19

Nº Protones 17

Nº Electrones 17


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Número Másico o Número de Masa (A): Es la sumaentre los protones y neutrones.

A = p+ + n0

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

Despejando los p+ + n0 tenemos lo siguiente :

p+ = A – n0 n0 = A – p+


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Ma sa A tóm ic a Prom ed io

Si se conoce los números másicos (A) y la abundancia (%)de cada isótopo (composición centesimal del elemento)

se puede calcular fácilmente la masa atómica. Por lasiguiente formula:

donde: A1 y A2 -números másicos de dos isótopos de un mismo elemento (uma)

p1 y p2 - abundancia natural (%)

La m a sa a tóm ic a d e un e lem ento es e l p rom ed io d e la sm a sa s d e lo s isóto p o s na tura les e xp re sa d o en u.m .a .


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2. La masa atómica de un elemento con 3 isótopos es 25,7.Si se sabe que dos de ellos tienen números de masa 25 y 26

con una abundancia de 50% y 40% respectivamente. ¿Cuáles el número de masa del tercer isótopo?

1. En la naturaleza el cobre presenta dos isotopos: 63Cu y65Cu. Si el isótopo más pesado en la naturaleza posee unaabundancia de 35,6%. ¿Cuál será la masa atómicapromedio del cobre?

Eje rc ic io s

R t ió d l t d


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Rep re senta c ión d e l Átom o d e un

Elemento

• A = Nº másico

• Z = Nº atómico• X = Carga iónica


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Iones

Catión: - Pierden electrones.- Tienen carga positiva.

Ejemplo: 11Na+


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Anión: - Ganan electrones.

- Tienen carga negativa.

Ejemplo: 17Cl-


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De te rm ina c ión d e Pa rtíc ula s A tóm ic a s

Protones Neutrones Electrones

22 26 22


35 44 36


12 12 10

Br -

Mg2+

Ti

79

24

48

35

12

22


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Tip o s d e átom os

Isótopos:

- Átomos de un mismoelemento.

- Tienen = Z y ≠ A, Por lo

tanto difieren en elnumero de neutrones.


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Isóbaros:

- Átomos de distintos elementos.

- Tienen = A y ≠ Z

- Ejemplo:



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Isótonos:

- Átomos de distintos elementos.

- Tienen = n, ≠ Z y ≠ A.

- Ejemplo:



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Átom os Isoe léc tric o s:

• Son átomos que tienen igual números de electrones.

• Pueden ser aniones o cationes de diferentes elementos.

• Ejemplo:

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

= 10 e-


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