Transcript Los modelos atómicos de la materia El descubrimiento del átomo

Los modelos atómicos de la
materia
El descubrimiento del átomo
 ¿Qué es la materia? ¿Cómo está formada?
 La búsqueda de una descripción de la materia comenzó
con Demócrito de Abdera, hace más de 2.400 años….
 ¿Hasta qué punto podía ser dividida cualquier
porción de materia?
Concluyó…
La división no podía continuar por siempre
y que debía haber una muy pequeña parte
de la materia que fuera indivisible  A
esta porción de la materia la llamó átomo.
Átomo
 Desde la época antigua se estableció la idea del átomo (a=
sin; tomo= división) como elemento básico constituyente
de la materia.
 Los partidarios de la teoría presentada por Demócrito
fueron llamados…
Atomistas
 Postularon sobre los átomos:
 Son muy pequeños
 Indivisibles
 Son partículas del mismo material
 Tienen diferentes formas y medidas
 Por ejemplo, ellos creían que los átomos de un líquido eran lisos,
lo que les permitiría deslizarse uno sobre otro.
 Son infinitos en número
 Están siempre en movimiento
 Son capaces de unirse para formar compuestos
Los planteamientos de Dalton
 En los primeros años del siglo XIX, veintitrés siglos
después de Demócrito, el destacada químico inglés John
Dalton formuló la “teoría atómica”.
 Dalton imaginaba que la materia estaba compuesta de
partículas diminutas, esféricas y macizas sin espacios
internos.
Teoría atómica de Dalton
 Destacan 5 postulados:
1. Materia  Formada por átomos
 Pequeños
 Indivisibles
 Indestructibles
2. Todos los átomos de un elemento químico tienen las
mismas características y propiedades.
 Elemento: sustancia (tipo de materia) que está
formada por átomos iguales.
Teoría atómica de Dalton
3. Los átomos de elementos químicos diferentes tienen
distinta masa y distintas propiedades.
4. Los compuestos se forman por la combinación de átomos
de diferentes, dando lugar a distintos compuestos.
 Compuesto: sustancia que está formada por átomos
distintos combinados en porciones fijas. Ej.: agua.
5. Durante una reacción química, el número de átomos de
cada elemento presente no cambia, solo se modifica su
distribución.
Simbología propuesta por Dalton
para los elementos y compuestos
Hidrógeno
Azufre
Agua
Carbono
Potasa
Dióxido de
carbono
Nitrógeno
Hierro
Óxido de
nitrógeno
Oxígeno
Mercurio
Amoniaco
Fósforo
Plomo
Metano
Williams Crookes, 1879
 Al pasar la
corriente eléctrica
se producía un
rayo luminoso
(rayo catódico).
Thomson (1897)
 El científico inglés Joseph Thomson al estudiar la naturaleza de
los rayos catódicos producidos en los tubos, observó que estos
rayos viajaban en línea recta a través del tuvo, pero al agregar
un campo eléctrico, estos rayos eran atraídos por la placa con
carga positiva.
Vacío
Cátodo
Ánodo
Posición de los rayos sin desviar
Rayos desviados por las placas
Placas
cargadas
 Thomson estableció que dichos rayos estaban constituidos
por partículas cargadas negativamente, a las que
posteriormente se les llamó electrones.
Modelo atómico de Thomson
 La materia es eléctricamente neutra, lo que hace pensar
que, además de electrones, debe haber una zona con cargas
positivas.
 Los electrones pueden extraerse de los átomos, pero no así
las cargas positivas.
Modelo atómico de Thomson
 Átomo está compuesto de
cargas negativas llamadas
electrones, dispersas en un
esfera positiva que le otorga
neutralidad al átomo y por
consiguiente, a la materia.
Por lo tanto, la materia es
eléctricamente neutra.
Modelo atómico de Thomson
 Pequeñísimo “queque con pasas”,
donde las pasas figuraban como los
electrones cargados negativamente
dentro de una esfera cargada
positivamente
 Cargas positivas  Queque
 Electrones  Las pasas
Otras partículas atómicas
 La existencia de los rayos catódicos hizo pensar a otros
científicos que también pudieran existir haces de
partículas cargadas positivamente.
 Goldstein - 1886, utilizó cátodos perforados, en tubos de
descarga de rayos catódicos, descubrió unos rayos
positivos procedentes del ánodo.
Rutherford, 1899
 Descomposición
espontánea de los átomos
en 3 tipos de radiación:
 Alfa
 Beta
 Gamma
 Estas observaciones
llevaron a la convicción de
que el átomo era complejo,
capaz de emitir partículas
más pequeñas y ligeras.
 Algunas de ellas se
desviaban al ser sometidas
a placas con carga.
Experimento Rutherford
 Bombardeo una delgada capa metálica de oro con partículas con
carga positiva, llamadas partículas alfa.
 Observó que la mayoría de las partículas atravesaban la lámina de
oro sin ningún problema, solo algunas de desviaban un poco al
chocar y las menos chocaban y se devolvían hacia atrás.
¡Sorpresa!
 Si el modelo de Thomson era correcto, las partículas alfa
no se deberían acercar a una gran carga positiva y se
desviarían de su trayectoria inicial, sin embargo, esto
ocurrió solo con pocas partículas.
Interpretación del experimento
 Partículas alfa rebotadas: chocan con un núcleo masivo
de masa muy superior a la de las partículas alfa, es decir,
la masa está concentrada en el núcleo.
Interpretación del experimento
 Partículas alfa desviadas: el núcleo debe tenían carga
positiva; esto se explica porque eran pocas las partículas
que se desvían.
Interpretación del experimento
 Partículas alfa no desviadas: era la gran mayoría, esto
quiere decir que pasan a través de un gran espacio vacío,
es decir, casi la totalidad del átomo se encuentra vacío.
Modelo atómico de Rutherford
 En el modelo atómico de Rutherforf los átomos constan de
un núcleo central, que concentra toda la carga positiva y
casi toda la masa del átomo; y una corteza formada por los
electrones que giran a una distancia considerable del
núcleo.
Modelo atómico de Böhr
 Rutherford había concluido que los electrones gravitaban
alrededor del núcleo. Pero,
 ¿dónde exactamente están los electrones en el átomo?
 Böhr, mejoró el modelo de Rutherford al asumir que los
electrones se encontraban situados en órbitas alrededor
del núcleo atómico, en ciertos niveles asociados a un
contenido de energía.
Postulados del modelo de Böhr
 Los electrones se disponen en órbitas circulares,
determinadas por diferentes niveles de energía.
 Un electrón puede acceder a una órbita con un contenido
de energía mayor. Para esto necesita “absorber ” más
energía.
 Para volver a su estado de energía normal, debe ceder la
energía que había absorbido.
Modelo atómico de Böhr, 1913
 Los electrones solo pueden
describir órbitas circulares de
forma estable.
 A cada una de ellas le
corresponde una cierta
energía bien determinada o
estado fundamental (1), la
que aumenta mientras la
órbita se aleja del núcleo (2).
 Las órbitas están
representadas por n=1 cuya
energía es menor que n=2 y
esta menor que n=3, donde n
se denomina nivel de energía.
1
2
Modelo atómico de Böhr, 1913
 Mientras un electrón gira
estable en una órbita, no
absorbe ni emite energía.
Si al excitar el átomo, el
electrón absorbe suficiente
energía se “moverá o
saltará” a una órbita más
externa (flecha azul) y solo
volverá a una órbita
permitida (flecha verde), si
emite la energía absorbida,
por ejemplo como luz.
1
2
3
Modelo atómico de Böhr, 1913
 El número de electrones que le corresponde a cada nivel
energético (n) está determinado por la siguiente
expresión: 2n2.
Nivel energético (n)
1
2
2n2
2 * 12
2 * 22
Número de electrones
2
8
3
2 * 32
18
4
2 * 42
32
Química en acción
 Si rocía sal de mesa sobre una llama generada por carbón
encendido en un asado, observas pequeñas chispas
amarillas.
 Los electrones excitados por el calor, regresan a estados de
energía más bajos. La energía se emite cuando el electrón
vuelve a su estado fundamental o basal.
Química en acción
 Cuando lanzan fuegos
artificiales se emite energía
proveniente del salto de
electrones excitados al
volver a su estado
fundamental.
Después de Böhr
 Se intuía la existencia de otras partículas en el núcleo,
además de los protones. Fue así como se inicia una nueva
búsqueda para completar el modelo atómico de Böhr.
 James Chadwick, 1932, descubrió los neutrones.
 Partículas sin carga eléctrica.
James Chadwick, 1932
Partículas alfa
Fuente de Polonio
Lámina de berilio
Neutrones
Protones
 El descubrimiento del neutrón, la tercera partícula constituyente
del átomo, se encontró en los átomos de berilio al ser
bombardeados por partículas alfa.
 Este bombardeo provocaba la emisión por los átomos de una
radiación compuesta por partículas de masa aproximadamente
igual a la del protón y carga eléctrica nula, ya que no se desviaba
por los campos eléctricos.
Modelo atómico actual
 El modelo de Bohr explica adecuadamente la estructura
del átomo de hidrógeno, sin embargo, en átomos más
complejos no resulta adecuado.
 Según estas consideraciones, los electrones no se mueven
alrededor del núcleo en trayectorias definidas y no es
posible determinar su posición o localización exacta.
 Se puede determinar la probabilidad de dónde encontrarse
un electrón, pero no la certeza de ello.
Representación de la estructura
del átomo
 Diagrama atómico:
 Representación gráfica de la estructura del átomo que
muestra el número de las partículas atómicas (electrones,
protones y neutrones), y a partir de ellas poder interpretar
una serie de fenómenos.
Ejemplo: Diagrama atómico del
átomo de carbono
 Muestra:
 6 protones
 6 neutrones
 6 electrones distribuidos
en el primer y segundo
nivel de energía.
 Representación resumida de la composición del átomo, se
usan los conceptos de:
 Número atómico
Número másico
 Número másico
Número atómico
Número atómico y número
másico
Número másico:
nº neutrones +
protones
Número atómico:
nº protones
 A = Número másico: corresponde a la suma de protones más
los neutrones.
 Z = Número atómico: representa el número de protones que
contiene el átomo.