TEMA 3: Estructura atómica. Sistema periódico. files.eladio-lopez- 3... · ... Dalton justificó…

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  • IES LEOPOLDO QUEIPO DEPARTAMENTO FSICA Y QUMICA 1 BACHILLERATO

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    TEMA 3: Estructura atmica. Sistema peridico. Enlace qumico

    1.- Partculas subatmicas y elementales. Tubos de descarga. Modelos atmicos de Thomson y de Rutherford. En el siglo V a.C., el flsofo griego Demcrito ya pensaba que la materia era discontinua. Es decir, la materia estaba formada por partculas muy pequeas e indivisibles, a las que llam tomos (en griego: no divisible). Esta idea no fue aceptada por muchos de sus contemporneos, como Platn o Aristteles (filsofos de gran peso en el pensamiento humano durante siglos). Por este motivo, esta idea de los tomos qued ah y no fue retomada hasta que en 1803, apoyndose en hechos experimentales, Dalton formul su teora atmica que ya vimos en el tema anterior. Con su teora, Dalton justific el comportamiento de la materia en los cambios qumicos. En 1897, Thompson, experimentando con un tubo de vidrio en el que se ha sacado casi todo el aire y se introduce un gas diluido (precursor de los que se utilizan en los televisores) y al que se le colocan dos placas conectadas a una fuente de alto voltaje, observ que la placa con carga negativa, el ctodo, emite rayos que se dirigen a la placa con carga positiva, el nodo. Estos rayos se denominan inicialmente rayos catdicos. Estudiando las caractersticas de estos rayos, mediante campos elctricos y magnticos, se lleg a la conclusin de que dichos rayos estaban formados por un haz de pequeas partculas subatmicas con carga elctrica y con masa mucho ms pequea que la de los tomos de Hidrgeno, los ms ligeros conocidos. Estas partculas subatmicas recibieron el nombre de electrones. El electrn es una partcula con carga negativa y el valor de esta carga es 1,6.10

    -19 C,

    considerada la unidad natural de carga. A partir de este descubrimiento Thomson desarroll en 1898 su modelo atmico, segn el cual el tomo es una esfera de carga positiva en la que encuentran distribuidos los electrones. Puesto que la materia, normalmente, no manifiesta propiedades elctricas, se considera que la carga negativa de los electrones est compensada con la carga positiva de la esfera donde estn inmersos los electrones. Este modelo justifica los fenmenos que ocurren en los tubos de descarga y la formacin de iones positivos (por prdida de electrones ) y de iones negativos por la ganancia de electrones.

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    Modelo atmico de Rutherford En esta poca se puso en evidencia que determinados tomos pesados (U, Ra...) se descomponan de forma natural, transformndose en otros tomos de elementos diferentes y emitiendo, a la vez, diferentes tipos de radiaciones (radioactividad): Rayos Haces de partculas con masa y carga positiva. Son ncleos de helio Rayos Haces de electrones Rayos Radiaciones electromagnticas de alta energa y con gran poder de penetracin. No tienen carga ni masa y son de naturaleza similar a la de los rayos X. En relacin con este fenmeno, Rutherford realiza una serie de experiencias en las que, utilizando un elemento radiactivo, el Radio, hace incidir un fino haz de partculas (carga positiva y masa) procedentes de dicho elemento sobre una delgadsima lmina de un metal. Alrededor de dicha lmina metlica se dispone una pantalla que emite fluorescencia all donde chocan esas partculas , permitiendo, as, detectar si estas partculas se desvan o no. Casi todas las partculas atravesaban el metal sin desviarse de su trayectoria rectilnea, y algunas pocas, muy pocas, sufran una gran desviacin en su trayectoria al atravesarla lmina o rebotaban sin llegar a atravesarla. Esto dio pie a que Rutherford, para poder justificar los resultados de su experimento, elaborase un nuevo modelo atmico.

    Puesto que la mayor parte de las partculas no se desviaban, supuso que la mayor parte del tomo estaba vaca y por este motivo las partculas , al no encontrar ningn obstculo, no se desviaban.

    Teniendo en cuenta que las partculas tienen carga positiva, las que se desvan lo hacen al pasar cerca de una zona con carga positiva que las repele. Esta zona del tomo deba ser muy pequea, puesto que eran muy pocas las partculas que se desviaban.

    Teniendo en cuenta que las partculas tienen masa, las que rebotan lo hacen al chocar frontalmente con la zona del tomo donde se encuentra la masa (del mismo modo que lo hacen dos canicas o dos bolas de billar). Puesto que son muy pocas estas partculas que rebotan, esta zona del tomo con masa debe ser muy pequea.

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    XAZ

    Por todo esto, Rutherford consider que los tomos estn formados por dos partes que l llam ncleo y corteza.

    El ncleo es la parte central del tomo que resulta ser muy pequea comparada con el total del tomo, unas diez mil veces menor, su tamao es del orden de 10

    -14 m, mientras que el del tomo es del

    orden de 10 -10

    m. En el ncleo se concentra la carga positiva del tomo

    La corteza est casi vaca y en ella se encuentran los electrones, que debido a la atraccin que sobre ellos ejercen las cargas positivas del ncleo, giran alrededor de l describiendo rbitas circulares (de modo similar a la forma en que la Luna gira alrededor de la Tierra).

    2. Nmero atmico. Nmero msico. Istopos. En 1919, Rutherford, descubre que la carga positiva del ncleo se debe a la existencia de una partculas denominadas protones, de carga igual a la de los electrones y de masa unas 1800 veces mayor a la del electrn. En 1932, Chadwick, describe la existencia, en el ncleo, de una partcula sin carga elctrica y de masa similar a la del protn a la que denomin neutrn.

    Nmero atmico (Z): es el nmero de protones que tiene un ncleo de un tomo y es propio de cada elemento qumico. Z = n de protones

    Nmero msico (A): es la suma de protones y neutrones de un ncleo. A = protones + neutrones

    As, podemos representar a los ncleos atmicos de la siguiente forma: Es posible encontrar tomos de un mismo elemento qumico (mismo Z) con distinto nmero msico (A) ya que presentan distinto nmero de neutrones. A estos tomos se les conoce como istopos

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    3. Espectros atmicos. Hiptesis de Planck. Modelo atmico de Bohr. Espectros atmicos En 1860, Bunsen y Kirchhoff expusieron distintos elementos qumicos a alta temperatura, logrando su vaporizacin en el interior de un tubo de vaco. Este proceso vena acompaado por la emisin de un haz de luz caracterstico de cada elemento. A continuacin, se haca pasar el haz de luz por un prisma de vidrio, lo que provocaba que el haz se separase en los distintos rayos que lo formaban. Los rayos eran recogidos a la salida del prima en un material fotosensible. Se generaba un registro grfico de la emisin formado por lneas discretas. A este registro de le denomina espectro atmico y es caracterstico de cada elemento. A la tcnica analtica basada en el estudio de los espectros se le denomina Espectroscopia. El hecho de que cada elemento tuviese su propio espectro haca pensar que este dependa de la estructura interna de los tomos. Sin embargo, el modelo atmico de Rutherford era incapaz de explicar el fenmeno de los espectros. Por ello fue necesario el desarrollo de otro modelo atmico capaz de justificar los espectros. Surge as el modelo atmico de Bohr Hiptesis de Planck. Modelo atmico de Bohr El modelo atmico rene al modelo atmico de Rutherford con la hiptesis de Planck. La hiptesis de Planck pone de manifiesto que: no es posible absorber o emitir cualquier cantidad de energa, sino un mltiplo entero de una mnima cantidad de energa denominada cuanto

    E = h

    Donde h = 6,626110-34

    Js recibe el nombre de constante de Planck y es la frecuencia de la radiacin emitida o absorbida. Postulados de Bohr

    1. Los electrones giran alrededor del ncleo en rbitas circulares, pero no en cualquier rbita, sino tan solo en aquellas que tienen niveles de energa permitidos.Las orbitas estn cuantizadas. La energa que corresponde al electrn en una rbita viene dada por la expresin:

    Donde n recibe el nombre de nmero cuntico principal (n= 1,2,3,.....,etc)

    2. El electrn, mientras se encuentra en estas rbitas ni absorbe ni emite energa.(orbitas

    estacionarias)

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    3. El electrn absorbe o emite energa, tan solo cuando pasa de una rbita a otra y esta cantidad de energa (que absorbe o emite) se corresponde, exactamente, con la diferencia de energa que hay entre las rbitas entre las que se produce el salto del electrn.

    4. Hiptesis de De Broglie. Orbital atmico. Principio de incertidumbre de Heisenberg. Hiptesis de De Broglie Afirma que la materia puede tener un doble comportamiento: ondulatorio y corpuscular. Debido a esta idea el concepto de orbita atmica queda rechazada y se desarrolla el de orbital, definido como aquella regin del espacio donde existe una alta probabilidad de encontrar un electrn. Principio de incertidumbre de Heisenberg Este principio afirma que es imposible conocer con precisin y simultneamente la posicin y el momento lineal de una partcula.