Teoría atómica , números cuánticos y
configuración electrónica
Química 2016
PSU
Teoría atómica de Dalton.
El trabajo de Dalton marcó el principio de la química moderna entre los años
1803 y 1808 , proponiendo un modelo atómico cuyos postulados son:
La materia está compuesta de átomos , que son las partículas más pequeñas que
pueden formar compuestos , son indivisibles y no pueden ser
creados ni destruidos.
Hay distintas clases de átomos que se distinguen por su masa y sus propiedades.
Todos los átomos de un elemento poseen las mismas propiedades químicas.
Los átomos de elementos distintos tienen propiedades diferentes.
-
Los compuestos se forman al combinarse los átomos de dos o más elementos en
proporciones fijas y sencillas. De modo que en un compuesto los de átomos de
cada tipo están en una relación de números enteros o fracciones sencillas.
-
En las reacciones químicas, los átomos se intercambian de una a otra sustancia,
pero ningún átomo de un elemento desaparece ni se transforma en un átomo de
otro elemento, es decir solo ocurre un reordenamiento de átomos
TUBO DE RAYOS CATODICOS.
Hacia 1879,
Sir Williams Crookes
observó que en los tubos en que se había hecho
vacío se generaban descargas eléctricas al aplicarse altos voltajes sobre electrodos.
La intensidad de la luminosidad y su color dependían de la descarga eléctrica y la
naturaleza del gas dentro del tubo.
Al estudiar estos fenómenos Crookes determinó que:
•
Los rayos luminosos observados, se propagaban en línea recta, ya que al colocar un
objeto en su trayectoria, se produce sombra (comportamiento similar a la luz).
•
El sentido de su trayectoria es de
negativo (cátodo) a positivo (ánodo
), debido a
esto se les denominó
RAYOS CATÓDICOS.
La Cruz de Malta.
El experimento consistía en que el rayo se estrellaba contra una cruz y la rodeaba,
para posteriormente generar una sombra al final del tubo. Con este tubo es posible
demostrar que los rayos catódicos se propagan en línea recta. Una pantalla metálica
con forma de cruz de Malta, se dispone de modo que intercepte el haz de los rayos
catódicos, produciendo una zona de sombra sobre la pantalla que satisface las leyes
de la propagación de las ondas rectilíneas.
EXPERIMENTO DE THOMSON.
Tiene como base fundamental el tubo de Crookes , Thomson hizo circular un gas a
baja presión a través del tubo , y observó que esta fluorescencia era atraída hacia
el polo Positivo de un imán o pila , confirmando la naturaleza negativa de los rayos
catódicos. Sabiendo que los átomos eran eléctricamente neutros,
Thomson estableció
que para que esta condición se cumpla, un átomo debe contener la misma
cantidad de cargas negativas y positivas
. Y las cargas negativas fueron
bautizadas como electrones (e–)
MODELO ATOMICO DE THOMSON.
En el año 1903 Joseph Thomson postula que el átomo es una esfera compacta cargada
positivamente , sobre la cuál se incrustan los electrones , como el átomo es
eléctricamente neutro , el número de cargas negativas debía ser igual al número
De cargas postivas. Este modelo fue conocido como el “budin de pasas”.
En 1906, Robert Millikan determinó que los electrones (e–) tenían una carga
igual a –1,6 · 10–19 Coulomb (C), lo que permitió además establecer
EXPERIMENTO DE GOLDSTEIN.
Si la carga negativa (rayo catódico) proviene de un gas eléctricamente neutro (sin carga), es
lógico pensar que simultáneamente debe existir una descarga de partículas positivas que
otorgue neutralidad al gas en estudio.
En 1886
Eugen Goldstein,
utilizando un tubo de rayos catódicos modificado , que contenía un
Cátodo Perforado, observó que aparte de los rayos catódicos (haces de electrones), existía una
Luminiscencia Que se alejaba del ánodo (polo positivo) y se dirigía hacia el cátodo (polo
negativo). A estos rayos Los llamó
Rayos Canales
, y comprobó que estos rayos estaban
compuestos de partículas positivas A las que llamó
protones
DESCUBRIMIENTO DE LA RADIACTIVIDAD.
• La radiactividad es la emisión espontánea de radiación por un átomo. • Fue observada por primera vez por Henri Becquerel
• Marie y Pierre Curie también la estudiaron.
• Ernest Rutherford descubrió tres tipos de radiación: – partículas
– partículas
– rayos
EXPERIMENTO DE RUTHERFORD.
En 1910 Ernst Rutherford , junto con sus colaboradores Geiger y Mardsen propusieron Un nuevo modelo de átomo , bombardeando una delgada lámina de oro con
Emisiones alfa , observando lo siguiente.
Al experimentar observó que una gran parte de las emisiones atravesaban la lámina de oro, algunas en línea recta, tal como se esperaba, pero lo más sorprendente era que algunas eran desviadas de su trayectoria y otras Incluso “rebotaban”contra la lámina.
MODELO ATOMICO DE RUTHERFORD.
Rutherford estableció que el átomo estaba formado:
- Por una región central , muy pequeña , llamada núcleo en la cuál se concentran las Cargas positivas y la mayor parte de la masa del átomo.
- El resto del átomo es un espacio practicamente vacío , la cuál ocupa la mayor parte Del volumen del átomo
- El átomo es neutro , porque tiene el mismo número de protones en el núcleo y de Cargas negativas (electrones) girando alrededor de él
DESCUBRIMIENTO DEL NEUTRON
En el año 1932 , James Chadwick , al bombardear una lámina de berilio con radiación Alfa comprobó la emisión de partículas de muy alta energía y electricamente neutras a Las que llamó neutrón.
Contradicciones en el modelo de Rutherford
El modelo de Rutherford se rige por la mecánica clásica o de Newton , pero que ocurre Con una partícula cargada como el electrón cuando gira alrededor de otro cuerpo Cargado positivamente???.
- Toda partícula acelerada como el electrón , cuando gira alrededor de su órbita tiende A perder energía continuamente en forma de emisión radiante.
- Al perder energía, tendría que seguir una trayectoria en espiral , acercándose cada Vez más al núcleo , hasta estrellarse con él , como consecuencia el átomo sería
Inestable , situación que no se observa en la realidad !!!!!!!! Ya que los átomos son altamente Estables.
El electrón no sigue un comportamiento regido por la mecánica clásica , es necesario otro tipo de Explicación para entender el comportamiento de un electrón.
Sólo en 1913 se pudo resolver la contradicción que se derivaba de la supuesta Inestabilidad del átomo , fue un discipulo de Rutherford , el físico danés Niels Bohr
Quien formuló un nuevo modelo atómico que mantiene la estructura planetaria pero Aplica los principios cuanticos establecidos por Max Planck en el año 1900 .
MAX PLANCK Y LA TEORIA CUANTICA.
En 1900 , Max Planck expuso que los átomos y las moléculas emitían o absorvían energía radiante en cantidades discretas o en pequeños paquetes de energía , a esta mínima cantidad de energía emitida o absorvida en forma de radiación electromagnética la llamo Quanto.
Mientras desarrollaba esta teoría, descubrió una constante de naturaleza universal que se conoce Como la constante de Planck (h) y que equivale a 6,63x10-34 JxS.
El electrón se comportaría no emitiendo energía radiante en forma continua , como sugería La mecánica clásica , sino que estaría emitiendo energía radiante en forma discontinua , En pequeños paquetes o Quantos de energía , lo que impediría que el electrón finalmente Se estrellase con el núcleo positivo de átomo !!!!!!!!!!
MODELO ATOMICO DE BOHR
En el año 1913 el Danés Niels Bohr postuló un nuevo modelo atómico basándose en los estudios Cuánticos establecidos por Max Planck , se basó en el átomo mas simple , es decir en el átomo De Hidrógeno y sus postulados fueron los siguientes:
1) El átomo está formado por un núcleo positivo y una envoltura en donde se encuentran girando Los electrones.
2).- Los electrones giran en orbitas circulares fijas y definidas alrededor del núcleo, a las cuáles llamó Niveles energéticos , representados por la letra “n” 1,2,3 …… de adentro hacia afuera
3).- Los niveles más cercanos al núcleo poseen menor energía y los más alejados del núcleo presentan mayor energía.
4).- Cuando un electrón está en su nivel permitido , no absorve ni emiten energía , por lo que se encuentra en un estado de mínima energía , llamado estado basal o fundamental.
5).- Si el electrón absorbe suficiente energía externa , puede pasar a un nivel de mayor energía , en este caso se dice que el electrón está en un estado excitado
6).- Cuando un electrón que ha sido excitado regresa a su nivel de energía permitido , emite energía Radiante , llamada fotón.
Modelo del Átomo de Bohr
Al modelo Atómico de Bohr se le conoce con el nombre de Modelo
estacionario ya que los electrones giran alrededor del núcleo en órbitas
muy definidas que representan un determinado nivel de energía.
EFECTO FOTOELECTRICO
Una serie de experimentos iniciados en 1887 demostraron que al hacer incidir luz U.V sobre una Placa metálica , se desprendían partículas que podían generar una corriente electrica , a este Fenómeno se le llamó efecto fotoelectrico, que poseia ciertas características que no podían ser Explicadas por la física clásica , pero que si pudieron ser explicadas por la naciente fisica cuántica de Max Planck.
En el año 1905 , el físico alemán Albert Einstein , apoyándose en la teoría de los cuantos , explico El efecto fotoeléctrico , propiedad que presentan algunos metales de emitir electrones al ser
Irradiados por un haz de luz .
Según Einstein , la luz que incidía sobre la superficie del metal es una corriente de diminutos
Paquetes de energía , cada paquete de energía llamada fotón , se comporta como una pequeñisima Partícula , la cuál al incidir sobre la placa metálica , interactúa con un electrón del metal , el cuál Absorbe la energía del fotón . SI EL FOTON TIENE LA SUFICIENTE ENERGÍA , EL ELECTRON PUEDE SER LIBERADO DEL METAL TRANSFORMANDOSE EN UN FOTOELECTRON.
A partir de 1925 el modelo de Bohr fue sujeto a algunas modificaciones ya que el modelo de Bohr Planteaba que la orbita de los electrones era circular y de radio fijo , con esta presunción fue Imposible comprender los estados energéticos del electrón.
Entonces surgió la necesidad de elaborar un nuevo modelo atómico asociado al movimiento
Del electrón , el actual modelo atómico propuesto por Schrodinger es el resumen de las conclusiones De Bohr , Louis de Broglie y Werner Heinserberg.
En 1924, el científico francés, Louis de Broglie postuló que los electrones
tenían un comportamiento dual de onda y partícula, pues cualquier partícula que
En el año 1927 , considerando el carácter ondulatorio y corpuscular del electrón , Werner Heisenberg planteó el principio de incertidumbre , el cuál indicaba que era imposible determinar simultáneamente la posición y la velocidad de un electrón , mientras más exacta sea la determinación de una de las variables más inexacta será la otra
.
Por ejemplo, si una pelota de tenis es lanzada por un compañero dentro de una habitación, podrás determinar exactamente su posición y velocidad en un tiempo determinado e incluso su energía.
Sin embargo, si esta misma experiencia es realizada con la cabeza de un alfiler, la determinación de su posición, velocidad y energía simultáneamente será una tarea bastante más compleja. No obstante, de algo sí estarás seguro, la
cabeza del alfiler no ha salido de la habitación.
En 1927, el físico austriaco Erwin Schrödinger, a partir de sus estudios matemáticos, considerando además las conclusiones de De Broglie, establece una ecuación compleja que al ser resuelta permite obtener una función de onda, también denominada orbital, que en su expresión cuadrática (contiene la información que describe probabilísticamente el comportamiento del electrón en el átomo.
El orbital es entonces la región del átomo donde existe una mayor probabilidad De encontrar un electrón , cada nivel energético tiene distinto número de orbitales en Donde hay una alta probabilidad de encontrar electrones
Con la teoría de E. Schrödinger queda establecido que los electrones no
“giran en órbitas o niveles ”alrededor del núcleo tal como lo había propuesto N. Bohr,
sino que en orbitales, que corresponden a regiones del espacio en torno al núcleo donde hay una alta probabilidad de encontrar a los electrones.
