Historia del Atomo Del Atomismo al Modelo Nuclear

Jack F. EichlerDepartment of ChemistryUniversity of California, Riverside

1. ¿Dónde se originó la idea de los átomos?2. ¿Cuál es la evidencia que nos permite concluir

que los átomos existen?3. ¿Cómo se han desarrollado nuestros modelos

atómicos a través del tiempo?

Tomemos un paseo a traves de la historia del descubrimiento cientifico para encontrar respuestas a estas preguntas…

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Democrito – El Atomismo (5to Siglo AC)

3Readings in Ancient Philosophy: From Thales to Aristotle, edited by S Marc Cohen (2000).

Demócrito aparentemente fue persuadido por argumentos que eran relevantes y apropiados a la ciencia de la naturaleza. Hay una dificultad en suponer que existe algún cuerpo, que es divisible en todas sus partes y que ésta [la completa división] es posible. Pero ¿habrá algo que se escape de la división? . . . Ahora bien, ya que este cuerpo es divisible en todas sus partes, vamos a dividirlo. Entonces, ¿sobrará algo?¿Alguna magnitud? Pero esto no puede ser. Porque siempre habrá algo que no habrá sido dividido donde habíamos supuesto que todo era divisible.

Democrito – El Atomismo (5to Siglo AC)

Readings in Ancient Philosophy: From Thales to Aristotle, edited by S Marc Cohen (2000).

Pero entonces si no hubiera quedado un cuerpo o magnitud, y todavía la división puede ser realizada, o es que “el cuerpo original” consistirá de puntos y sus componentes no tienen magnitud, o será que no hay nada en absoluto, de manera que podría ser hecho de nada y estar compuesto de nada, y el cuerpo entero será nada, pero solo apariencia. De la misma manera, si está compuesto de puntos, no habrá cantidad. Porque cuando estuvieron en contacto hubo una sola magnitud y ellos coincidieron, ellos hicieron el todo no mayor. Porque cuando es dividido en dos o más, el entero no es menor ni mayor que antes.

Democrito – El Atomismo (5to Siglo AC)

Readings in Ancient Philosophy: From Thales to Aristotle, edited by S Marc Cohen (2000).

Así que, aunque los puntos sean puestos juntos, ellos no tendrán ninguna magnitud…. Estos problemas resultan de suponer que cualquier cuerpo de cualquier tamaño es en todas partes divisible…. Y así, ya que las magnitudes no pueden estar compuestas de contactos o de puntos, es necesario por tanto, que hayan cuerpos y magnitudes indivisibles.

(Aristoteles, On Generation and Corruption l.2 316a13-bl6- 68A48b)

CQ#1: ¿Que “evidencia” usó Democrito para concluir que los atomos existen?A. Como la materia no es espacio vacio, debe estar hecha de

particulas que no se pueden cortar (atomos).

B. Si usted divide la materia en pedazos más pequeños por tiempo infinito, usted finalizará con esencialmente nada; ya que la materia no puede estar formada por nada, debe estar compuesta de pequeñas unidades fundamentales de materia que no se pueden cortar (atomos).

C. Los griegos observaron que las reacciones quimicas pueden ocurrir; las reacciones no pueden ocurrir a menos que la materia este hecha de particulas incortables o indivisibles (atomos).

D. Democrito no uso evidencia alguna; el simplemente creó la idea de átomos usando su imaginación.

E. Todas las respuestas anteriores son correctas. 6

Democrito—Atomismo

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Theoría Atómica de Dalton (1805)1. La materia está compuesta de

partículas indivisibles llamadas átomos.

2. Átomos del mismo elemento tienen las mismas propiedades químicas.

3. Los compuestos están formados por combinaciones de átomos de diferentes elementos, y se forman en reacciones en las que ocurren rearreglos o separaciones de átomos (los átomos no son creados ni destruidos en las reacciones quimicas).

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Teoria Atomica de Dalton– Masa de Oxígeno y Cromo en Dos Muestras de Óxido de Cromo

Muestra #  Apariencia  Masa de Cr (g)   Masa de O(g) 1 Cristales naranja 1.3509 0.93192 polvo rojo 0.6441 0.14812 polvo rojo 1.3509 0.3106

Muestra #2 – Si tenemos 1.3509 g de Cr, cuantos gramos de O hay?

= x = x = 0.3106 g O

Si la muestra #2 es Oxido de Cromo, cual es la fórmula de la muestra #1?

= 3.0003

La muestra #1 debe ser CrO3

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1.3509 g Cr x g O

0.6441 g Cr 0.1481 g O

1.3509 g Cr x 0.1481 g O 0.6441 g Cr

0.9319 g de O 0.3106 g de O

Tubo de Rayos Catódicos de J.J.Thomson (1897)

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CQ#2: ¿Que “evidencia” usó Dalton para concluir que los átomos existen?A. Como el óxido de cromo tiene dos tipos diferentes de compuestos,

este debe estar hecho de átomos de cromo y oxígeno.

B. Puesto que la masa de cromo es la misma en cada muestra, eso indica que el cromo debe estar hecho de átomos idénticos.

C. Como las dos muestras de óxido de cromo tienen masas diferentes de oxígeno,y las masas de oxígeno difieren en proporción de números enteros, que sugiere que los compuestos tienen diferentes números de “unidades” (átomos) de oxígeno; si los átomos pudieran ser “cortados” en tamaños diferentes, estas proporciones de números enteros no existirían.

D. Los diferentes colores de los compuestos indican que cada muestra debe estar hecha de diferentes proporciones de átomos de oxígeno y cromo.

E. Todas las respuestas son correctas.

Tubo de Rayos Catódicos de J.J.Thomson (1897)

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CQ#3: ¿Cuál de los siguientes modelos atómicos se confirma por la data y observaciones obtenidas del experimento del tubo de rayos catódicos?

A. B.

C. D.

-

-

--

-

--

-

- -

-

-

-

-

-

-

+++++

-

-

-

+++

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Experimento de la Placa Fina de Oro de Rutherford (1911)

CQ#4: Cuál de los siguientes modelos atómicos se confirma con la data/observaciones del experimento del papel de oro?

A. B.

C. D.

-

-

--

-

--

-

--

-

-

-

-

-

-

++++

-

-

-

++

+

+

Experimento de la Placa Fina de Oro de Rutherford (1911)

vs.

Experimento de Berilio de Chadwick (1932)

Modelo Nuclear del Átomo: El núcleo posee protones y neutrones; la “nube de electrones” rodea el núcleo.

Modelo Nuclear del Átomo

Electrón (-)Protón (+)

Neutrón

Sabemos acerca de la estructura básica de los átomos…

¿Cómo difieren los átomos de los elementos uno del otro?

¿Como fueron organizados los átomos ?

Masa Atómica Relativa

Ejemplo: H2O

A final de las décadas de 1700’s y 1800’s, científicos como Dalton podian determinar experimentalmente que cuando se obtiene agua, se necesitan dos “partes” de hidrógeno por volumen y una “parte” de oxígeno por volumen (Litro):

Esto sugiere que el agua se forma de dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. ¿Qué tiene esto que ver con la masa atómica relativa?

2 L Hidrógeno + 1 L Oxígeno = 2L Agua

CQ#5: ¿Cuál de los siguientes explica mejor cómo puede ser determinada la masa atómica relativa a partir del tipo de data disponible para Dalton?

A. Determinando la masa de oxígeno contenida en una muestra de agua, se puede determinar su masa atómica.

B. Comparando las masas de hidrógeno y oxígeno contenidas en una muestra de agua se pueden determinar sus masas atómicas.

C. Comparando la masa de hidrógeno en las dos “partes” de hidrógeno y la masa de oxígeno en la una “parte” de oxígeno en agua, se pueden determinar las masas atomicas relativas.

D. Las respuestas A y B son correctas.E. Las respuestas B y C son correctas.

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Masa Atómica Relativa

Ejemplo: H2O

Si una parte de oxígeno pesa 8 veces más que dos partes de hidrógeno en una muestra de agua, entonces un átomo de oxígeno pesa 8 veces más que 2 átomos de hidrógeno…esta es su masa atómica relativa.

Masa Atomica Relativa

Ejemplo: H2O

Una masa de 18 g de agua se descompone produciendo 16 g de oxígeno, que pesa 8 veces más que los dos gramos de hidrógeno que se producen. Como el volumen de oxigeno usado fue la mitad del volumen de hidrógeno, se asume que un átomo de oxígeno pesa 8 veces más que 2 átomos de hidrógeno…esta es su masa atómica relativa.

Mendeleev y la Tabla Periodica (1869)

Mendeleev usó la masa atómica y la tendencias periódicas para ordenar los elementos; su tabla predijo la existencia de elementos que aun no se habian descubierto en su tiempo (Ga, Sc, Ge…).

En algunos casos, las tendencias periódicas contradecían el orden de las masas atómicas. El eminente científico ruso optó por obedecer las tendencias y no el orden las masas atómicas relativas.

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Espectrometría de Masa: Identificando las Masas de los Átomos

(J.J. Thompson – 1910)

Determinación del Número Atómico Moseley (1913)

Rayos–X

Muestra de materia

e-’s excitadosLuz emitida

prismaLíneas

Espectrales

El Número de protones en el núcleo correspondió al cambio de energía de las líneas espectrales (cambio en longitud de onda)

CQ#6: ¿Cómo es posible que el número atómico aumente en orden, mientras que las masas atómicas no?A. No hay relación entre el número atómico y la masa del

átomo.B. Las masas de protones para Te, I, y Xe tienen muy

pequeñas diferencias en sus masas. C. Como el número de neutrones no necesariamente aumenta

de un átomo al siguiente, es posible que el número atómico aumente mientras que la masa total no aumente.

D. A y B son correctas.E. B y C son correctas.

Masa Atómica vs. Número Másico

Neutrones, Número Atómico, Número Másico, y Masa Atómica Promedio

H31H2

1H11

CQ#7: La masa atómica promedio (uma) de hidrógeno aparece en la tabla periódica como 1.001uma. Si los tres isótopos de hidrógeno tienen una masa de 1 uma, 2 uma, y 3 uma, respectivamente, ¿cómo es posible este promedio de masa atómica?

A. Hidrógeno-1, Hidrógeno-2 (deuterio), e Hidrógeno-3 (tritio) deben tener número de neutrones diferente, ´por lo cual la masa cambia cerca de 1.001 amu.

B. La abundancia natural de Hidrógeno-1 debe ser mayor que la abundancia natural de los otros dos isótopos de hidrógeno.

C. La masa atómica promedio es un promedio pesado de los tres isótopos, y como hay más Hidrógeno-1 en la naturaleza que cualquiera de los otros isotopos, el promedio resulta por lo tanto menor que el promedio simple de las masas de los tres isótopos.

D. A y B son correctas.

E. B y C son correctas.

El Modelo Nuclear del Átomo Masa Atómica y Número Atómico

+ + +- - -

Hidrógeno-1Masa Atómica = 1 amu

Número Atómico = 1 Helio-4Masa Atómica = 4 amu

Número Atómico = 2

El próximo paso:

¿Cómo pasar del modelo nuclear del átomo al modelo actual del átomo?

¡Teoría Cuántica!

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Slide 13Description: Photo of Ernest Rutherford, circa 1910.Source: Wikimedia Commons, http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ernest_Rutherford.jpg.Clearance: U.S. public domain because of expired copyright.

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