Estructura de la Materia

1. Estructura de la Materia Ivonne Gacitúa González

2. Generalidades sobre el átomo • La materia. • El átomo en la Antigüedad. • El átomo de Dalton. • Experimentos sobre la estructura de los átomos. • Modelo del átomo de Thomson. • Modelo del átomo de Rütherford. • Modelo del átomo de Böhr. • Modelo Atómico de la Mecánica Cuántica.

3. La materia • Materia es todo lo que nos rodea. • Todo está hecho de materia. Podemos decir que la materia: • Ocupa un lugar en el espacio • Tiene masa • Está formada por átomos (Puede ser percibido por los sentidos)

4. Lacomprensión de la química así como de gran parte de las otras ciencias depende al menos en parte al conocimiento de la estructura atómica. • La disposición de los componentes del los átomos es lo que determina las propiedades de los distintos tipos de materia. Sólo si entendemos la estructura atómica podremos saber de que manera se combinan los átomos para constituir las diferentes sustancias de la naturaleza y, lo que es más importante, como podemos modificar los materiales para satisfacer nuestras necesidades.

5. La imagen que el hombre a tenido del átomo a pasado por una serie de conceptos evolutivos. Estos cambios se han presentado como consecuencia de las diferentes evidencias experimentales encontradas por diferentes investigadores como son los experimentos de: Thompson, Rutherford, Becquerel, etc.

6. Toda la materia que conocemos está constituida por partículas muy pequeñas, los átomos. • La idea de que la materia está constituida por partículas muy pequeñas es antigua

7. Generalidades sobre el átomo • TEORÍA Y ESTRUCTURA ATÓMICA

11. Flogisto GeorgeEmst STAHL (1660-1734) • La teoría del flogisto, conocida también como «sublime teoría», supone que toda sustancia combustible, tal como un metal, contiene un «principio inflamable», denominado posteriormente, flogisto; en la combustión se desprende el flogisto con acompañamiento de luz y calor y queda un residuo, la “ceniza” o “cal”del cuerpo combustible. Cuanto más inflamable es un cuerpo tanto más rico es en flogisto. El proceso de combustión puede expresarse en la forma simplificada siguiente: • Metal (en la combustión) Cal + Flogisto • El principal interés de la teoría está en que explica el fenómeno inverso de la combustión, la reducción, pues si se calienta la cal (las cenizas metálicas) con una sustancia rica en flogisto, tal como el carbón, ésta cede su flogisto a la cal y el metal se revivifica. Esto es, abreviadamente, • Cal + Carbón Metal

12. Período Griego

13. Los griegos proponen la existencia de los llamados "elementos". A partir de ellos, se constituirían todas las cosas y organismos en la naturaleza. • De los sabios más connotados se tienen: • Tales de Mileto (640-546 A.C.) profundiza las maravillas de la creación. Para él lo primordial es el agua. "El agua es el principio de todas las cosas" (así habían pensado ya los hindúes) • Anaxímenes (611-547 A.C.) En su filosofía lo fundamental es el aire. "Todo viene del aire y todo a él retorna". El alma misma es aire. Este "elemento" había sido designado por los filósofos hindúes con el nombre de "viento".

14. Heráclito de Efeso (540-475 A.C.) Para Heráclito lo fundamental es el fuego "El fuego es la fuerza primordial, que tiene bajo su dependencia todos los fenómenos, todos los cambios que se operan en los cuerpos”. “El estado primitivo o primero fue el fuego, el mundo será otra vez fuego. Los cuerpos pueden transformarse, pero no el fuego, que modifica todo lo que es“ • Anaxágoras (500-428 A.C.) Hombre de extraordinario talento. A él se debe una notable anticipación de la ley de conservación de la materia, formulada tiempo después por Lavoisier. "Ninguna cosa se produce o desaparece, sino que se compone por mezcla de otras existentes".

15. Empédocles (495-435 A.C.) A los tres elementos de Tales, Anaxímenes y Heráclito, agregó la tierra. Tiene el mérito de haber divulgado en forma amplia la concepción de los cuatro elementos. • Aristóteles. Discípulo de Platón, agregó un quinto elemento, el éter, más móvil que los demás elementos, éste formaría el cielo, y de él hace derivar Aristóteles el calor de los animales. De aquí derivan los llamados "elementos aristotélicos" (figura).

17. Los 4 elementos aristotélicos

18. La Hipótesis Atómica: En Grecia se estructura la hipótesis atómica, sobre la base de las concepciones de Leucipo y Demócrito. • Leucipo es el verdadero creador de la hipótesis. "Los átomos y el vacío, decía, son el único objeto de un conocimiento auténtico". Alrededor del siglo V A.C., sostenía con razones filosóficas que la materia puede ser subdividida sólo hacia cierto límite. Este límite indivisible lo llamaron átomo, (cuyo significado es a = sin; tomos = división) y se consideraba conceptualmente como la parte más pequeña e indivisible de la materia.

19. Demócrito, perfecciona el sistema de Leucipo. Según él, "los átomos son indivisibles, impenetrables, eternos, inmutables, plenos y corporales". Esta hipótesis fue relegada al olvido por la sistemática oposición de Aristóteles, ya que postulaba que la materia era continua y no tenía límite de división. Ahora, las leyes de la combinación química sugieren que los compuestos están formados por unidades de peso definido que se combinan con otros en proporciones fijas.

20. Demócrito Defendió la idea de que la materiaera compuesta por pequenísimas partículas. Átomo Modelo basado en la intuición y no en la lógica.

21. Modelo propuesto por Demócrito: • Toda la materia está constituída por átomos y vacío (no era compacta) • Un átomo es una partícula pequenísima, invisible, y que no puode ser dividida; • Los átomos se encuentran en constante movimiento; • El Universo está constituído por un número infinito de átomos, indivisibles y eternos;

22. Aristóteles El modelo de Demócrito fue rechazado por uno de los mayores filósofos de todos los tiempos – Aristóteles. Aristóteles acreditaba que la materia era contínua y compuesta por cuatro elementos: Aire Agua Aristóteles (384 a.C. - 322 a.C.) Tierra Fuego El modelo de Demócrito permanece en la sombra durante más de 20 siglos...

23. Descubriendo al átomo

24. Teoría Atómica ¿Constitución de la materia? Tipos de átomos Conceptos Estructura Atómica ÁTOMO

25. Dalton (1807) S. XIX – Dalton “resucita” La Teoría Atómica. En la segunda mitad del s. XVIII, la Química sufrió una gran evolución. Ciertos hechos no podían ser explicados por la teoría de Aristóteles, como la Ley de Lavoisier: “La masa de los reactantes esigual a la masa de los productos”. Para explicar estoJonh Dalton propuso, en 1807, su modelo atómico. John Dalton (1776 – 1844)

26. …La materia no es infinitamente divisible. Debe haber un punto a partir del cual del cual no podemos seguir dividiendo. He escogido la palabra “átomo” para nombrar a estas ultimas partículas de materia, cuya existencia es escasamente dudosa, aunque son probablemente, muy pequeñas para apreciarse con los mejores microscopios… Dalton dijo:

27. El átomo de Dalton (1808) • Dalton imaginó al átomo como una esfera compacta e indivisible. • Tomando como base esta idea, en 1808 introduce la idea de la discontinuidad de la materia, postulando lo siguiente:

28. Postulados de Dalton (1766 – 1844): • La materia está dividida en unas partículas indivisibles e indestructibles, que se denominan átomos. • Los átomos son partículas muy pequeñas y no se pueden ver a simple vista. • Todos los átomos de un mismo elemento son idénticos entre sí (presentan igual masa e iguales propiedades). • Los átomos de distintos elementos tienen distinta masa y distintas propiedades. • Los compuestos se forman cuando los átomos se unen entre sí, en una relación constante y sencilla. • Los átomos no se pueden crear ni destruir, si un compuesto se descompone los átomos se reagrupan para formar otros, sin alterarse.

29. El átomo de Dalton permite explicar: • La formación de compuestos químicos “Como las piezas de un juego de construcción” • Las reacciones químicas • La Ley de conservación de la masa En toda reacción química la suma de las masas de los reactivos es igual a la suma de las masas de los productos de la reacción

30. Ley de Lavoisier En toda reacción química la suma de las masas de los reactivos es igual a la suma de las masas de los productos de la reacción • Ley de conservación de la masa • Concepto de elemento químico • Composición del aire • Importancia de la precisión en la experimentación • Identifica la respiración con una oxidación • Primeras nociones de nomenclatura química • ….

31. Cuando los elementos reaccionan entre sí, los átomos de los elementos sólo se combinan, sin transformarse. • Cuando ocurre esta combinación, los átomos se unen unos a otros en proporciones fijas, constantes y sencillas. • En las reacciones químicas los átomos se separan o se unen; pero ningún átomo se crea ni se destruye, y ningún átomo de un elemento se convierte en átomo de otro elemento. Esta concepción se mantuvo casi durante un siglo

32. Estos postulados fueron suficientes para explicar todos los fenómenos observados por los científicos durante unos 100 años. Posteriormente surgen interesantes interrogantes en varias áreas del conocimiento, que derrumban las ideas de Dalton. Las más significativas corresponden a: • descubrimiento de la radiactividad • descomposición del agua mediante corriente eléctrica • descargas eléctricas en gases a baja presión • espectros de luz Todos estos fenómenos permitieron establecer, que la materia es discontinua y presenta una naturaleza eléctrica.

33. ¿Cómo los científicos han investigado la disposición de las partículas al interior del átomo?

34. El átomo de Thomson • J.J. Thomson construyó el primer modelo atómico basado en experimentos científicos. • Permite explicar los fenómenos eléctricos • Realizó experimentos con el tubo de rayos catódicos y descubrió el electrón.

35. Es descubierta la primera partícula subatómica: el electrón Thomson realizó una serie de experiencias utilizando un tubo de rayos catódicos (tubo semejante a los tubos existentes alinterior de los televisores). En este tubo, eran efectuadas descargas eléctricas a través de un gas raro. J. J. Thomson  (1856 - 1940) Tubo de rayos catódicos

36. El experimento de Thomson

37. Cuando se sitúan unas aberturas en A y B, el brillo se limita a un punto bien definido sobre el vidrio, este punto puede desviarse mediante campos eléctricos o magnéticos.

38. Al estudiar las descargas alinterior de este aparato, Thomson, descubrió el electrón. Observó una fluorescencia verdosa debido a la existencia de partículas de carga negativa que salen de los átomos del cátodo. Ladescarga emitida tenía carga eléctrica negativa Thomson probó que los electrones eran corpúsculos, dotados de carga eléctrica y de masa, que forman parte de toda la matéria.

39. A esas partículas negativas se las llamóelectrones(1897) Experimentos en Tubos de Descarga posibilitó el descubrimiento de: los rayos catódicos Los Rayos Catódicos son un chorro de partículas cuya relación q/m = - 1,76 108 C/g

42. Al estudiar estos fenómenos Crookes determinó que: • 1. Los rayos luminosos observados, se propagaban en línea recta, ya que al colocar un objeto u obstáculo en su trayectoria, se produce sombra (comportamiento similar a la luz). • 2. El sentido de su trayectoria es de negativo (cátodo) a positivo (ánodo), debido a esto se les denominó RAYOS CATÓDICOS. • 3. Al chocar con un cuerpo, lo calienta y hace girar un molinete si es situado en su trayectoria, es decir, estos rayos están formados por partículas (poseen masa) que tienen energía cinética y la pueden transmitir. • 4. Las partículas que forman los rayos catódicos poseen carga eléctrica negativa, ya que se desvían al acercarle un imán, de igual forma a como se desviaría una carga eléctrica de signo negativo.

43. En 1897 Thomson propone un nuevo modelo: Los rayos catódicos se desplazan en línea recta Los rayos catódicos parten del polo negativo mmm. poseen masa son partículas negativas Ya entiendo! A las partículas que forman los rayos catódicos las llamaré electrones

44. Modelo propuesto por Thomson (1904): El átomo se encuentra formado por una esfera con toda la masa y la carga positiva dispersa en la cual se encuentran incrustadas las cargas negativas (electrones) de forma similar a como se encuentran las pasas en un pastel. Así:

45. Postulados de Thomson: • El átomo está formado por una esfera de materia con carga positiva. • Los electrones están colocados arbitrariamente sobre esa masa positiva • Como la materia es neutra debería haber igual carga positiva y negativa. • La carga está cuantizada. Así la unidad de carga es el electrón.

46. Experimentos sobre la estructura de los átomos • ¿Cómo los científicos han investigado la disposición de las partículas al interior del átomo?

47. Rayos Catódicos(fines del siglo XIX)

48. Experimento de Robert Millikan Robert A. Millikan efectuó la primera medición directa y concluyente de la carga eléctrica de un electrón. Con un atomizador desparramó pequeñas gotas de aceite dentro de una cámara transparente. En las partes superior e inferior había placas metálicas unidas a una batería. Cuando el espacio entre las placas metálicas era ionizado por radiación (rayos X), electrones del aire se pegaban a las gotitas de aceite, adquiriendo éstas una carga negativa. Como cada gotita adquiría una leve carga de electricidad a medida que viajaba a través del aire, la velocidad de su movimiento podía ser controlada alterando el voltaje entre las placas.

49. Todas las cargas que Millikan midió, fueron múltiplos enteros de un mismo número, deduciendo así que la carga mas pequeña observada era la del electrón. Su valor es actualmente e= -1,6 x 10-19 coulomb

50. En 1908 Robert Millikan determinó directamente la carga del electrón y por lo tanto, su masa: