QUÍMICA

TEMARIO CONFORME AL PROSPECTO DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ

SEMANA 2

TEORÍAS Y MODELOS ATÓMICOS - ESTRUCTURA ATÓMICA

I. LOS MODELOS ATÓMICOS EN LA HISTORIA

A ) TEORÍA DE LEUCIPO Y DEMÓCRITO (400 AC.)

"La materia era una concentración de pequeñas partículas o átomos tan pequeños que no podían dividirse" Estos filósofos llegaron a esta conclusión partiendo de la premisa de que "nada se crea de la nada y nada se destruye sin dejar nada".

La teoría de Empedocles – Aristóteles:

B ) TEORÍA DE JOHN DALTON (1808)

La teoría de Dalton se basa en cuatro postulados fundamentales, que se encuentran en su trabajo científico titulado "NEW SYSTEM OF CHEMICAL PHILOSOPHY".

La materia está constituida por partículas pequeñas e indivisibles.
Los átomos de un mismo elemento químico son de igual peso y de igual naturaleza.
Los átomos de diferentes elementos químicos son de distintos pesos y de distinta naturaleza.
Una reacción química es el reordenamiento de los átomos en las moléculas.

C) TEORÍA DE J.J. THOMPSON (1897) "MODELO DEL BUDÍN DE PASAS"

El Átomo es una esfera de electricidad positiva, en el cual sus electrones estaban incrustados como pasas en un pastel, cada elemento tenía en sus átomos, un átomo diferente de electrones que se encuentran siempre dispuestos de una manera especial y regular.

D) TEORÍA DE ERNEST RUTHERFORD (1911).- "Modelo semejante al sistema solar".

Descubrió el núcleo del átomo utilizando rayos "a" sobre una lámina de oro.

Dio a conocer una imagen distinta del átomo:

Posee un núcleo o parte central muy pequeña.
Además, este núcleo es muy pesado y denso.
El núcleo es carga positiva donde se origina la fuerza que desvía las partículas alfa.

E ) TEORÍA CUÁNTICA DE MAX PLANCK

a. ONDAS

Perturbación que transporta energía, pero que es incapaz de desplazar una masa en forma continuada. Toda onda cuando se propaga ocasiona movimiento vibratorio.

b. CLASES DE ONDA

Ondas longitudinales Son aquellas que al propagarse ocasiona vibracion es en la misma dirección de propagación de la onda. Tenemos por ejemplo las ondas sonoras.
Ondas transversales: Son aquellas que cuando se propagan producen vibraciones en una dirección perpendicular a la dirección de propagación de la onda.

Por ejemplo: Las ondas elásticas de una cuerda en vibración.

c. CARACTERÍSTICAS:

Oscilación Completa

Conocido como ciclo, viene a ser el movimiento comprendido entre dos puntos consecutivos de posición semejante.

Período (T)

Es el tiempo transcurrido durante la ejecución de un ciclo.

Frecuencia (f)

Es el número de ciclos efectuados en cada unidad de tiempo, la frecuencia es la inversa del período (T).

c = velocidad de la luz

Longitud de Onda (ë)

Es la distancia recorrida por la onda en un tiempo igual al período (T).

Velocidad (v)

Toda onda cuando se propaga en un medio homogéneo lo hace en línea recta y con velocidad constante que es igual a la longitud de onda por la frecuencia.

Amplitud (A)

Altura máxima de la cresta o de la depresión (+A o – A) a partir del eje en una onda.

Número de Onda (N)

Es la inversa de la longitud de onda.

Intensidad de una Onda (I)

Cantidad de energía que atraviesa una unidad de área por unidad de tiempo y está relacionado con la amplitud para una determinada frecuencia, a mayor amplitud, mayor intensidad (Joules/ cm2.s)

d ) EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

La luz que vemos con nuestros ojos (la luz visible) es un tipo de Radiación electromagnética. La radiación electromagnética transporta energía a través del espacio y por ello se conoce también como energía radiante. Hay muchos tipos de radiación electro – magnética además de la luz visible.

Todos los tipos de radiación electromagnética (R.E.M.) se mueven a través del vacío a una velocidad de 3x108 m/s: "La velocidad de la luz". Un corte transversal a una R.E.M. muestra que es periódica: el patrón de crestas y valles se repite a intervalos regulares. La distancia entre dos crestas (o dos valles) consecutivos se denomina Longitud de Onda. El número de longitudes de onda completas, o ciclos, que pasan por un punto dado en un segundo es la frecuencia de la onda. A su recíproco se le denomina periodo.

De acuerdo a la teoría cuántica de Planck, la energía radiante se transmite en paquetes discretos llamados "cuantos". La luz no es continúa. La energía de un cuanto se relaciona de la siguiente manera:

e ) NIELS BOHR (1913)

"MODELO DE LOS NIVELES ENERGÉTICOS ESTACIONARIOS"

Aplicando los conceptos de la mecánica cuántica éste notable científico Danés, quiso determinar la distancia que existía del núcleo al electrón que giraba alrededor (para el átomo de hidrógeno monoeléctrico) y llegó a la conclusión de que esta distancia era constante lo cual lo llevó a definir los niveles estacionarios de energía, como zonas específicas de forma esférica en las que el electrón puede permanecer sin ganar, ni perder energía.

A. ESPECTROS

Separación en sus componentes de longitud de onda diferentes que sufre una radiación de una fuente de luz al paso a través de una sustancia, un prisma o una rejilla de difracción originando diferentes colores esto se debe a que cada componente (cada color) tiene distintas longitudes de onda, por ende diferente energía.

B. TIPOS DE ESPECTROS

1. Espectros de emisión

Resulta de la descomposición de la radiación que emite los cuerpos, pudiendo ser: continuos y de líneas o de bandas.

2. Espectro de absorción

El espectro de absorción en un átomo se da, debido a la transición del electrón de un nivel inferior a un nivel superior, siendo un proceso inverso del espectro de emisión.

POSTULADOS DEL MODELO DEL ÁTOMO DE HIDRÓGENO DE BOHR

POSTULADO 1

El átomo de hidrógeno consiste en un núcleo que contiene un protón (y por lo tanto una carga +), y un electrón con carga (–) que se mueve alrededor del núcleo, en una órbita circular de radio "r", discreta o cuantizada Las fuerzas principales que actúan sobre el electrón son la fuerza de atracción eléctrica (Fa) y la fuerza centrípeta (Fc), que es igual a la fuerza centrífuga.

POSTULADO 2

No son permitidos todas las órbitas circulares para el electrón. Sólo se permiten las órbitas que tienen momento angular del electrón. El electrón solo podrá girar en niveles u órbitas permitidas. Solo son posibles aquellas órbitas donde se cumple que el producto de la cantidad del movimiento del electrón por la longitud de la órbita es igual a un número entero de veces de constante de Planck.

POSTULADO 3

Como consecuencia de las restricciones sobre el momento angular de una órbita, fija la energía de un electrón en una órbita dada, esto es, que: "Mientras el electrón permanece en la órbita, no absorbe ni irradia energía".

POSTULADO 4 (emisión y absorción de energía).

El electrón emite o absorbe energía solamente cuando realiza una transición electrónica de un nivel a otro. Si salta de un nivel superior a otro inferior, emite energía y salta de un nivel inferior a otro superior, gana energía que se absorbe o se emite se produce en forma de pequeños paquetitos de fotones (cuantos).

f ) ARNOLD SOMMERFIELD (1915)

"Modelo de los niveles y orbitas elípticas y la teoría combinada"

El efecto Zeeman no pudo ser explicado por Bohr, pero si lo hizo Sommerfield, al indicar que existen sub niveles de energía de tal manera que las orbitas no solamente, serán circulares sino también son elípticas. A ésta teoría combinadas se le denomina "BohrSommerfield".

IMPORTANTE:

LOUIS DE BROGLIE. (1924)

Plantea el comportamiento dual de la materia. (onda – partícula)

La materia al igual que la energía, presentan un carácter dualístico de onda – partícula.

ERWIN SCHÖDINGER (1926)

Describe el comportamiento de electrón en el átomo mediante una ecuación de onda.

WERNER HEISEMBERG (1927)

Plantea el principio de la incertidumbre.

Es imposible conocer con exactitud y al mismo tiempo, la velocidad y posición del electrón. Si se conoce la velocidad es incierta su posición, si se conoce la posición es incierta su velocidad.

PAUL DIRAC (1930)

Introduce el concepto de spin para el electrón.

ESTRUCTURA ATÓMICA

ÁTOMO (A=sin; TOMO=división)

Es un sistema energético en equilibrio. Es la mínima porción de la materia, capaz de tener existencia independiente y ser divisible, en capacidad de combinación.

1. PARTES DEL ÁTOMO.- El átomo está constituido por 2 partes; el núcleo atómico y la nube electrónica.

1.1. ZONA NUCLEAR O NUCLEO ATOMICO. Es la parte central, muy pequeño y de carga positiva, contiene aproximadamente 200 tipos de partículas denominadas nucleones, el núcleo atómico concentra casi la totalidad de la masa atómica (99,99% de dicha masa). Los nucleones se mantienen unidos mediante la fuerza nuclear o fuerza fuerte. Esta formado partículas de las cuales las más importantes son los protones y neutrones.

1.2. ENVOLTURA O ZONA EXTRANUCLEAR. Es un espacio muy grande (constituye el 99,99% del volumen atómico), donde se encuentran los electrones ocupando ciertos estados de energía (orbitales, subniveles y niveles). Los electrones se encuentran a distancias no definidas respecto al núcleo y se desplazan en torno a ella en trayectorias también indefinidas y donde su ubicación es probabilística.

EJEMPLO

Elemento Berilio (Be)

Las partículas subatómicas se clasifican en dos grandes grupos: leptones y hadrones.

2. CLASIFICACION DE PARTICULAS

2.1. LEPTONES. Son partículas de masa ligera y de interacción débil. Entre ellos tenemos a:

Electrón (e-), es una partícula muy estable, con spin igual a 1/2; carga relativa igual a -1 Neutrino (v), partícula más ligera que el electrón;y carga igual a cero; se manifiesta en decaimiento beta (â y â+) Muon (u), es la más pesada de la familia de leptones, con spin igual a ½.

2.2. HADRONES. El término hadrón significa partícula de interacción fuerte, son partículas pesadas en comparación con los leptones, están constituidos por ciertas partículas elementales llamadas quarks.

Se agrupan en dos grandes familias:

BARIONES: poseen spin fraccionario (1/2, 3/2, etc..) y cada uno está formado por 3 quarks. Entre los bariones tenemos al protón, neutrón, hiperón Ë(lambda), hiperón (sigma), hiperón (cascada), hiperón (omega)

Un protón está formado por 3 quarks (2 quarks "up" y 1 "quark down").

Un neutrón está formado por 3 quarks (1 quarks "up" y 2 "quark down").

MESONES: son los hadrones mas ligeros, poseen spin entero (o, 1, 2, etc..) y cada mesón está formado por 2 quarks (un quark y un antiquark). Entre ellos tenemos los mesones ð (pión) y mesones K (kaón).

CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS PARTÍCULAS SUBATÓMICAS FUNDAMENTALES

Todo átomo es eléctricamente neutro

# Protones = # Electrones #p+ = # e–

Se denomina número atómico (Z) al valor que indica el número de protones, permite su identificación además de ordenar a los elementos en la tabla periódica. Cada elemento posee un número atómico característico que permite su identificación y define su comportamiento químico, además de ordenar a los elementos en la tabla periódica.

Z = Nº atómico = Nº de protones

Al valor que indica la suma de protones y neutrones. Se les conoce también con el nombre de nucleones fundamentales. El nombre númerodemasa se debe a que los protones y neutrones son las partículas fundamentales con mayor masa (los más pesados) en un átomo.

A = Nº de masa = # protones + # neutrones

A = Z + n

Todo átomo (núclido) convencionalmente presenta el siguiente esquema: