Los modelos atómicos de la materia

1. Los modelos atómicos de la materia

2. 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.

3. 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…

4. 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

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. Simbología propuesta por Dalton para los elementos y compuestos Agua Dióxido de carbono Óxido de nitrógeno Amoniaco Metano Hidrógeno Carbono Nitrógeno Oxígeno Fósforo Azufre Potasa Hierro Mercurio Plomo

9. Williams Crookes, 1879 • Al pasar la corriente eléctrica se producía un rayo luminoso (rayo catódico).

10. 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 Ánodo Cátodo Posición de los rayos sin desviar Rayos desviados por las placas Placas cargadas

11. Thomson estableció que dichos rayos estaban constituidos por partículas cargadas negativamente, a las que posteriormente se les llamó electrones.

12. 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.

13. 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.

14. 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

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. ¡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.

19. 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.

20. Interpretación del experimento • Partículas alfa desviadas: el núcleo debe tenían carga positiva; esto se explica porque eran pocas las partículas que se desvían.

21. 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.

22. 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.

23. 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.

24. 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.

25. 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

26. 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

27. Modelo atómico de Böhr, 1913 • El número de electrones que le corresponde a cada nivel energético (n) está determinado por la siguiente expresión: 2n2.

28. 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.

29. Química en acción • Cuando lanzan fuegos artificiales se emite energía proveniente del salto de electrones excitados al volver a su estado fundamental.

30. 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.

31. James Chadwick, 1932 Partículas alfa Lámina de berilio • 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. Protones Fuente de Polonio Neutrones

32. 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.

34. 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.

35. Ejemplo: Diagrama atómico del átomo de carbono • Muestra: • 6 protones • 6 neutrones • 6 electrones distribuidos en el primer y segundo nivel de energía.

36. Representación resumida de la composición del átomo, se usan los conceptos de: • Número atómico • Número másico Número másico Número atómico

37. Número atómico y número másico • A = Número másico: corresponde a la suma de protones más los neutrones. • Z = Número atómico: representa el número de protones que contiene el átomo. Número másico: nº neutrones + protones Número atómico: nº protones