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Interrogantes sin respuesta en la TA DaltonPor qu existe NaCl
pero no existe NaMg?Por qu existe CaO pero no Ca3O2?Fuerzas
intramoleculares? F intermoleculares?Por qu Be, Mg, Ca Sr son tan
parecidos?Por qu Cl y K son tan distintos?Por qu algunos objetos se
electrizan frotando?De dnde salen las partculas alfa, beta y
gamma?
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EL TOMO DIVISIBLEModelos atmicos
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Es el -tomo realmente indivisible? A mediados del s. XIX, se
estudiaba la naturaleza elctrica de la materia: cul era la
naturaleza de la chispa que salta entre dos objetos cargados que
estn prximos? El diseo experimental era el siguiente:
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Descubrimiento de los rayos catdicosEn 1875 Willian Crooke,
observ que cuando la presin del gas es baja no se produce chispa, y
aparece una luz caracterstica del gas encerrado en el tubo de
vidrio
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Descubrimiento de los rayos catdicosSi la presin del gas se
reduce an ms, desaparece la luz de color emitida por el gas y
aparece una dbil fluorescencia en la pared del tubo de vidrio
opuesta al ctodo.
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Descubrimiento de los rayos catdicosEsta fluorescencia proceda
del choque de unos rayos procedentes del ctodo con la pared del
tubo. Goldstein los llam: rayos catdicos.
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Cul era la naturaleza de esos rayos?1860-1890: Joseph John
Thomson, estudi cmo se desviaban los rayos catdicos en presencia de
otros cuerpos cargados e imanes. En 1897, Thomson comprob que tenan
carga elctrica negativa, y hall su relacin carga/masa: 1,76.1011
C/kgLa relacin carga/masa era siempre la misma, fuese cual fuese el
tipo de gas encerrado en el tubo, o el tipo de metal del ctodo.
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Hiptesis del electrnEsas propiedades de los rayos catdicos se
podan explicar si estuviesen formados por partculas ms pequeas que
los tomos. A esas partculas se les llam electrones. (Stoney, 1874:
partculas constituyentes de la electricidad)Robert Millikan, con su
experimento de la gota de aceite, determin en 1909 la carga
elctrica del electrn (1,602.10-19 C), y a continuacin su masa
(9,1.10-31 kg: dos mil veces inferior a la del tomo de H)
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Si se aceptaba la existencia del electrnSi en el interior del
tomo haba partculas negativas, cmo explicar que los tomos fuesen
neutros?Si los electrones tenan masa tan pequea, a qu era debida la
mayor parte de la masa de los tomos?Por qu las partculas que se
obtenan de los tomos eran siempre electrones y nunca partculas con
carga positiva?
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Cmo es la estructura del tomo?, qu partculas tiene?, cules son
sus caractersticas?,cmo estn organizadas?Modelos atmicos
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Modelo de Thomson (1904)Modelo de sanda o budn de pasas: Imagin
al tomo (10-8 cm) como un globo formado por una masa fluida con
carga positiva; los electrones, de masa despreciable y carga
negativa, estaran incrustados en esa masa fluida.
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Si se aceptaba la existencia del electrnSi en el interior del
tomo haba partculas negativas, cmo explicar que los tomos fuesen
neutros?Si los electrones tenan masa tan pequea, a qu era debida la
mayor parte de la masa de los tomos?Por qu las partculas que se
obtenan de los tomos eran siempre electrones y nunca partculas con
carga positiva?
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Intento de contrastacin del modelo de Thomson: Experimento de
RutherfordBombarde una lmina muy delgada de oro con proyectiles
positivos y de gran masa (partculas ), que se movan a gran
velocidad.Qu esperaba Thomson que sucediese?
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Si el modelo de Thomson era ciertoLas partculas alfa seran
igualmente atradas como repelidas por electrones y masa fluida
repartida uniformementeTeniendo en cuenta la gran masa y velocidad
de de las partculas alfa, su desviacin sera, si acaso, muy
pequea
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Resultados del experimento de Rutherford
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Rutherford, al observar los resultados, coment:Es lo ms increble
que me ha sucedido en mi vida. Casi tan increble como si al
disparar balas contra un papel de seda, algunas se volvieran contra
usted.
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Modelo de Rutherford (1911)Imagin a los tomos (10-8 cm) casi
vacos, con la carga positiva concentrada en una zona llamada ncleo
(10-13 cm) y los electrones dando vueltas en torno a l.Si
imaginamos un tomo con las dimensiones de un estadio de ftbol, su
ncleo sera del tamao de una canica colocada en el centro.
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Descubrimiento del protn: Rutherford, 1919Observ que al
bombardear distintos tomos (N, B, Ne, F, Na) con partculas alfa, se
emitan partculas positivas.Esas partculas eran idnticas a las que
se producan cuando se arrancaban electrones de los tomos de
hidrgeno. Emiti la siguiente hiptesis: todos los ncleos contienen
ncleos de hidrgeno, a los que llam protones.
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Cmo explicar que sea estable el ncleo de cualquier tomo, formado
por protones a 10-13 cm?Entre los protones deben existir partculas
neutras: neutrones (Los neutrones fueron descubiertos 12 aos ms
tarde por Chadwick)Entre protones y neutrones existen intensas
fuerza de atraccin, que no es de tipo elctrico ni gravitatorio.
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Partculas constituyentes del tomo
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Resumen del modelo atmico de RutherfordEn el centro de cada tomo
hay un ncleo donde est concentrada toda la masa, y que tiene carga
positiva (protones y neutrones).Alrededor del ncleo se encuentran
los electrones, de carga negativa y masa despreciable. Los
electrones en su rbita tienen una energa, que es menor cuanto ms
cerca del ncleo se encuentren.Cada elemento est caracterizado por
su nmero atmico (Z) que indica el n de protones. Si el tomo es
neutro, ese ser tambin su nmero de electronesEl n de partculas en
el ncleo es el nmero msico (A)
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Manera de caracterizar un elemento: XSmbolo del elementoNmero
atmicoNmero msicoZ=11 Tiene 11 protones en su ncleoA=23 Tiene 23
partculas en su ncleo(23-11)=12 sern neutronesSi el tomo es neutro,
en su corteza habr 11 electronestomo de sodio
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Todos los tomos de un mismo elemento (X) tienen el mismo nmero
atmico (Z), es decir, el mismo nmero de protonestomos con el mismo
nmero atmico (Z) pueden tener distinto nmero msico (A), es decir,
pueden tener distinto nmero de neutrones. Se dice que son tomos
istopos.Cules son istopos?
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Masa atmica de un elemento: media ponderada da la masa de sus
istoposEl 54,70% de los tomos de cloro son del istopo 35, y los
restantes (45,30%) son del istopo 36. Cul ser la masa atmica del
cloro?
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Masa atmica de un elemento: media ponderada da la masa de sus
istoposEl x% de los tomos de plata son del istopo 107, y los
restantes (100-x)% son del istopo 109. La masa atmica de la plata
es 107,88. Cul ser la abundancia relativa de cada istopo?
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Todos los tomos de un mismo elemento tienen el mismo nmero
atmico (Z), es decir, el mismo nmero de protonesSi el tomo es
neutro, su n de electrones es ZSi es un catin, su n de electrones
es menor que ZSi es un anin, su n de electrones es mayor que ZAnin
cloruro: 17 protones, 18 electronesCatin magnesio (II): 12
protones, 10 electronesAnin sulfuro: 16 protones, 18 electrones
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Pero el modelo de Rutherford no explicaLos tomos de un mismo
grupo no se parecen ni en su masa ni en su nmero atmico.En qu se
parecen entonces?, por qu se combina de forma tan parecida con
otros elementos?tomos de parecida masa atmica y nmero atmico (F y
Na), (Cl y K), por qu se comportan de forma tan distinta?
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Otras deficiencias del modelo de RutherfordCualquier carga en
movimiento emite energa: los electrones deberan perder energa,
acercar su rbita al ncleo hasta ser atrapados por lCuando se
calienta un gas de tomos (Veamos primero las dos diapositivas
siguientes para entender esta deficiencia)
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Qu es la radiacin? EspectroTodo objeto, por el hecho de estar a
una temperatura determinada, emite energa que llamamos: radiacin
(ondas electromagnticas). Hay distintos tipos de radiacin, que se
diferencian en el valor de la energa de cada unidad de radiacin
emitida. Si ese valor es muy bajo, decimos que se se trata de ondas
de radio, y si es muy alto rayos gammma. Si es un valor intermedio,
llamamos a esa radiacin luz visible (cada color corresponde a un
valor de esa energa)Para saber ms: Espectro de la radiacin
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Espectros de emisinCuando se calienta un gas formado por tomos
de un mismo elemento, los tomos se encuentran excitados: han ganado
mucha energaSi un tomo gana energa, adems de moverse ms rpido,
algunos de sus electrones habrn pasado a rbitas de mayor energa, es
decir, ms alejadas del ncleoCada elemento tiene un espectro de
emisin caracterstico. Para saber ms: Espectro de la radiacin y
Espectros de emisin
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Rutherford y los espectros de emisinCuando un electrn en un tomo
absorbe energa, debera pasar a una rbita de mayor energa, ms
alejada del ncleo. Despus, al desexcitarse el tomo, ese electrn
volvera a su rbita inicial y emitira energa.Segn el modelo de
Rutherford, no existen limitaciones a las rbitas posibles, por
tanto no existirn limitaciones a la energa que puede absorber o
emitir el electrn. Cabe esperar entonces que cualquier tomo
excitado emita de todo tipo de radiacin, en particular emita en
todos los colores de la luz visible.
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Modelo de Rutherford en crisisQu es lo que hace parecidos a
ciertos tipos de tomos y lo que les hace distintos?Por qu los
electrones en rbita no acaban siendo atrapados por el ncleo?Por qu
los espectros de emisin son discontinuos? Es decir, por qu un tomo
no emite en todos los colores del visible?Por qu cada tipo de tomo
tiene un espectro de emisin caracterstico?
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Modelo de Bohr (1913)Dinamarca (1885-1962)1911: Doctor U.
Copenhague1911: U. Cambridge, con Thomson1913: U. Manchester, con
Rutherford1916: Vuelve a la U. CopenhaguePremio Nobel en 1922, por
su teora sobre la estructura del tomo1939: Ocupacin alemana de
Dinamarca. Escapa a Suecia y USA.1940-1945: Equipo de Los lamos. Se
opona al secretismo, y exiga el control internacional del proyecto
de la bomba atmica.1955: Organiza la I Conferencia Internacional:
tomos para la paz
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Modelo de Bohr: completa el modelo de RutherfordPara cada tipo
de tomos, slo existen ciertas rbitas de radio permitido. Slo estn
permitidos ciertos valores de la energa del electrn en el
tomo.Mientras un electrn se encuentra en una rbita, no absorbe ni
emite energa alguna.Slo cuando un electrn pasa de una rbita a otra
es cuando absorbe o emite energa
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rbitas permitidas en el tomo de hidrgenon=1 Primer nivel de
energa permitidon=2 Segundo nivel de energa permitido .
Representacin de las rbitas ndistancia 10,53 22,12 34,76 48,46
513,22 619,05
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Emisin de energa al pasar de una rbita de mayor energa a otra de
menor energa Diagrama del modelo atmico de Bohr.Niels Bohr s
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n = 1n = 2n = 3Por ejemplo: E1= -900 u E2= -600 u E3= -500 u
E=0Qu valores de energa puede absorber o emitir?23 : 100 u12 : 300
u13 : 400 u3 : 500 u2 : 600 u3 : 900 u
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Deficiencias del modelo de BhorAunque explica la existencia de
espectros de emisin, slo puede explicar los valores obtenidos en el
espectro del hidrgeno.No puede explicar por qu en un mismo espectro
hay unas rayas ms intensas que otras.Geometra molecular: no puede
explicar por qu unas molculas son lineales ( CO2) y otras angulares
(H2O).
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Modelo cuntico actualLos electrones no son simples corpsculos
que siguen trayectorias determinadasNo se habla de rbitas sino de
orbitales: zona en la que hay mayor probabilidad de encontrar un
electrn