EL ÁTOMOEL ÁTOMO

Unidad 1Unidad 1

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Contenidos (1)Contenidos (1)

1.-1.-     Antecedentes históricos.

2.-2.-      Partículas subatómicas.

3.-3.-      Modelo atómico de Thomsom.

4.-4.-      Los rayos X.Los rayos X.

5.-5.-      La radiactividad.La radiactividad.

6.-6.-      Modelo atómico de Rutherford.Modelo atómico de Rutherford.

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Contenidos (2)Contenidos (2)

7.-7.-      Radiación electromagnética.Radiación electromagnética.

8.-8.-      Espectros atómicos.Espectros atómicos.

9.-9.-      Número atómico y número másico.Número atómico y número másico.

9.1. 9.1. Cálculo de masas atómicas a partir de % Cálculo de masas atómicas a partir de % de cada isótopo. de cada isótopo.

9.2.9.2. Cálculo del % de cada isótopo a partir de Cálculo del % de cada isótopo a partir de la masa atómica. la masa atómica.

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Antecedentes históricosAntecedentes históricos Leucipo y Demócrito.Leucipo y Demócrito.

Discontinuidad de la materia.Discontinuidad de la materia.

Dalton. Dalton. Teoría atómicaTeoría atómica

Volta, Davy, Faraday,Volta, Davy, Faraday, Berzelius. Berzelius. Naturaleza eléctrica de la materia.Naturaleza eléctrica de la materia.

Thomsom/MillikanThomsom/Millikan Descubrimiento del electrónDescubrimiento del electrón

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Modelos atómicosModelos atómicos

• Dalton. (no es propiamente un modelo)Dalton. (no es propiamente un modelo)

• Thomsom.Thomsom.– Cargas negativas incrustadas en un núcleo Cargas negativas incrustadas en un núcleo

positivo.positivo.

• Rutherford.Rutherford.– El átomo está hueco. La masa y la carga positiva El átomo está hueco. La masa y la carga positiva

está concentrada en el núcleo. Fuera estásn los está concentrada en el núcleo. Fuera estásn los electrones negativos.electrones negativos.

• Bohr.Bohr.

7Descubrimiento del electrón Descubrimiento del electrón (1897).(1897).• Al someter a un gas a baja presión a un voltaje Al someter a un gas a baja presión a un voltaje

elevado, este emitía unas radiaciones que se elevado, este emitía unas radiaciones que se conocieron como rayos catódicos.conocieron como rayos catódicos.

• Se observó que los rayos catódicos eran partículas Se observó que los rayos catódicos eran partículas negativas (se desviaban hacia el polo positivo de un negativas (se desviaban hacia el polo positivo de un campo eléctrico) con gran energía cinética.campo eléctrico) con gran energía cinética.

• La relación carga/masa de los rayos catódicos es la La relación carga/masa de los rayos catódicos es la misma independientemente del gas del que proceda.misma independientemente del gas del que proceda.

• Se supuso que estas partículas deberían estar en Se supuso que estas partículas deberían estar en todos los átomos. Thomson las llamó “electrones”.todos los átomos. Thomson las llamó “electrones”.

8Descubrimiento del protón Descubrimiento del protón (1914).(1914).

• Utilizando cátodos perforados, en tubos de descarga además Utilizando cátodos perforados, en tubos de descarga además de los rayos catódicos, Goldstein descubrió unos rayos de los rayos catódicos, Goldstein descubrió unos rayos positivos procedentes del ánodo que llamó rayos anódicos o positivos procedentes del ánodo que llamó rayos anódicos o canales.canales.

• La relación carga/masa de los rayos canales no es la misma La relación carga/masa de los rayos canales no es la misma sino que depende del gas del que proceda. En cualquier sino que depende del gas del que proceda. En cualquier caso, la masa era muy superior a la de los electrones.caso, la masa era muy superior a la de los electrones.

• Se llamó “protón” a la partícula positiva procedente del gas Se llamó “protón” a la partícula positiva procedente del gas más ligero (el hidrógeno), cuya carga coincidía exactamente más ligero (el hidrógeno), cuya carga coincidía exactamente con la del electrón.con la del electrón.

• Las cargas de otros rayos canales eran múltiplos de la del Las cargas de otros rayos canales eran múltiplos de la del protón, por lo que supuso que deberían ser partículas con protón, por lo que supuso que deberían ser partículas con varios protones unidos.varios protones unidos.

10Descubrimiento del neutrón Descubrimiento del neutrón (1932).(1932).

• Rutheford observó que la suma de las masas de Rutheford observó que la suma de las masas de los protones y la de los electrones de un los protones y la de los electrones de un determinado átomo no coincidía con la masa determinado átomo no coincidía con la masa atómica por lo que postulo la existencia de otra atómica por lo que postulo la existencia de otra partícula quepartícula que– Careciera de carga eléctrica.Careciera de carga eléctrica.

– Poseyera una masa similar a la del protón.Poseyera una masa similar a la del protón.

– Estuviera situada en el núcleo.Estuviera situada en el núcleo.

• En las primeras reacciones nucleares Chadwick En las primeras reacciones nucleares Chadwick detectó esta partícula y la denominó “neutrón”.detectó esta partícula y la denominó “neutrón”.

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Partículas átomicas Partículas átomicas fundamentales.fundamentales.

Carga (C) Masa (kg)

protón 1’6021 x 10-19 1’6725 x 10-27

neutrón 0 1’6748 x 10-27

electrón –1’6021 x 10-19 9’1091 x 10-31

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Rayos X Rayos X (Roëntgen 1895)(Roëntgen 1895)

• Se producen junto con los rayos catódicos.Se producen junto con los rayos catódicos.

• No poseen carga ya que no se desvían al pasar por No poseen carga ya que no se desvían al pasar por campos magnéticos.campos magnéticos.

• Tienen gran poder penetrante (atraviesan con Tienen gran poder penetrante (atraviesan con facilidad las vísceras, no así los huesos) e facilidad las vísceras, no así los huesos) e impresionan placas fotográficas.impresionan placas fotográficas.

• Viajan a la velocidad de la luz.Viajan a la velocidad de la luz.

• Ionizan los gases.Ionizan los gases.

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Radiactividad Radiactividad (Becquerel (Becquerel 1896)1896)

• Son radiaciones similares a los rayos X pero emitidas Son radiaciones similares a los rayos X pero emitidas espontáneamente por algunas sustancias (uranio).espontáneamente por algunas sustancias (uranio).

• Muy ionizantes y penetrantes.Muy ionizantes y penetrantes.• Pueden ser de varios tipos:Pueden ser de varios tipos:

– Rayos Rayos (núcleos de He: carga = +2; masa= 4 u) (núcleos de He: carga = +2; masa= 4 u)– Rayos Rayos (son cargas negativas procedentes del núcleo (son cargas negativas procedentes del núcleo

por descomposición de un neutrón en protón + por descomposición de un neutrón en protón + electrón).electrón).

– Rayos Rayos (radiaciones electromagnéticas de alta (radiaciones electromagnéticas de alta frecuencia)frecuencia)

masa

pen

etra

ción

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Radiación Radiación electromagnética electromagnética

(Maxwell 1864).(Maxwell 1864).• La energía desprendida de los átomos se La energía desprendida de los átomos se

transmite como ondas electromagnéticas transmite como ondas electromagnéticas (valores fluctuantes del valor del campo (valores fluctuantes del valor del campo eléctrico y campo magnético).eléctrico y campo magnético).

• Se caracterizan por una determinada longitud Se caracterizan por una determinada longitud de onda “de onda “” o por su frecuencia “” o por su frecuencia “”.”.(( · · = c) (c = 300.000 km/s). = c) (c = 300.000 km/s).

• La frecuencia se mide, pues, en sLa frecuencia se mide, pues, en s–1 –1 (herzios)(herzios)• No necesitan para propagarse medio material.No necesitan para propagarse medio material.

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Tipos de radiaciones Tipos de radiaciones electromagnéticas según electromagnéticas según ..• Rayos Rayos

• Rayos XRayos X

• Rayos UVRayos UV

• Radiación visible.Radiación visible.

• Rayos IRRayos IR

• MicroondasMicroondas

• Ondas de radioOndas de radio

• Ondas de radar• Ondas de TV.• Onda ultracorta• Onda corta.• Onda media.• Onda larga

16Espectro Espectro electromagnético.electromagnético.

• Es el conjunto de radiaciones Es el conjunto de radiaciones electromagnéticas que emite o absorbe electromagnéticas que emite o absorbe una sustancia o fuente de energía.una sustancia o fuente de energía.

17Radiación Radiación electromagnética electromagnética (continuación).(continuación).

• La emisión de energía aumenta con la Temperatura.La emisión de energía aumenta con la Temperatura.• La energía está cuantizada (como la materia)La energía está cuantizada (como la materia)

E = h ·E = h · (fórmula Planck) (h = 6,625 ·10 (fórmula Planck) (h = 6,625 ·10–34–34 J ·s) J ·s)• La materia también absorbe cuantos de energía La materia también absorbe cuantos de energía

(fotones).(fotones).• La luz se comporta a veces como onda (reflexión) y La luz se comporta a veces como onda (reflexión) y

a veces como corpúsculo (efecto fotoeléctrico). a veces como corpúsculo (efecto fotoeléctrico). • De Broglie establece la dualidad onda-corpúsculo.De Broglie establece la dualidad onda-corpúsculo.

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Frecuencia umbralFrecuencia umbral

• La frecuencia mínima para extraer un electrón La frecuencia mínima para extraer un electrón de un átomo (efecto fotoedeléctrico) se de un átomo (efecto fotoedeléctrico) se denomina denomina frecuencia umbralfrecuencia umbral “ “umbralumbral” ((umbralumbral = E= Eionizaciónionización/h)./h).

• Si se suministra una radiación de mayor Si se suministra una radiación de mayor frecuencia, el resto de la energía se transforma frecuencia, el resto de la energía se transforma en energía cinética del electrón:en energía cinética del electrón:

• Ecinética = ½ m v2 = h – E – Eionizaciónionización = h ( – – umbralumbral)

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Ejemplo:Ejemplo: Calcula la energía de un fotón Calcula la energía de un fotón de rayos X cuya longitud de onda es de rayos X cuya longitud de onda es de 0,6 nm.de 0,6 nm.(h = 6,625 · 10(h = 6,625 · 10–34–34 J · s) J · s)

c 3 ·10c 3 ·1088 m/s m/s = — = ——————— = 5 ·10 = — = ——————— = 5 ·101717 s s–1–1 0,6 ·10 0,6 ·10–9–9 m m

E = h · E = h · = = 6,625 · 106,625 · 10–34–34 J s · 5 ·10 J s · 5 ·101717 s s–1–1

= 33,125 · 10= 33,125 · 10–17–17 JJ = = 3´3125 · 103´3125 · 10–16–16 J J

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Espectros atómicosEspectros atómicos

• Es la imagen después de ser dispersada Es la imagen después de ser dispersada por un prisma del conjunto de por un prisma del conjunto de radiaciones que emite una sustancia.radiaciones que emite una sustancia.

• El espectro es característico de una El espectro es característico de una determinada sustancia y normalmente determinada sustancia y normalmente sirve para identificarla.sirve para identificarla.

• Se obtiene mediante el espectroscopio.Se obtiene mediante el espectroscopio.

• Puede ser: de emisión y de absorciónPuede ser: de emisión y de absorción

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Espectro deemisión

Espectro deabsorción

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Modelo de Bohr Modelo de Bohr ..• Los electrones giran alrededor del núcleo Los electrones giran alrededor del núcleo

únicamente en órbitas permitidas (radios únicamente en órbitas permitidas (radios cuantizados).cuantizados).

• Cada línea espectral se correspondería con un Cada línea espectral se correspondería con un salto de una órbita a otra para lo cual precisa salto de una órbita a otra para lo cual precisa una cantidad exacta de energía que se una cantidad exacta de energía que se corresponde con una determinada frecuencia.corresponde con una determinada frecuencia.

• La energía absorbida por un electrón al pasar La energía absorbida por un electrón al pasar a un nivel superior (átomo excitado) es la a un nivel superior (átomo excitado) es la misma que emite cuando vuelve a su orbital.misma que emite cuando vuelve a su orbital.

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Número atómico y número Número atómico y número másico.másico.• Número atómicoNúmero atómico (Z): (Z): es el número de protones es el número de protones

que tiene un átomo. Es distinto para cada que tiene un átomo. Es distinto para cada elemento.elemento.

• IsótoposIsótopos:: son átomos del mismo elemento que son átomos del mismo elemento que difieren en el nº de neutrones (N).difieren en el nº de neutrones (N).

• Número másicoNúmero másico (A): (A): es la suma de protones y es la suma de protones y neutrones de un núcleo atómico. (A = Z + N)neutrones de un núcleo atómico. (A = Z + N)

• Símbolo.Símbolo. Ejemplo: Cl Ejemplo: Cl

AA

ZZ

3737

1717

REPASOREPASO

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Masa atómicaMasa atómica

• Es la media ponderal (teniendo en cuenta Es la media ponderal (teniendo en cuenta el % en que está cada uno) de la masa de el % en que está cada uno) de la masa de cada uno de los isótopos de un elemento.cada uno de los isótopos de un elemento.

• Se mide en UMAs (u) (doceava parte de Se mide en UMAs (u) (doceava parte de la masa del la masa del 1212C.C.

• 1 u = 1,66 ·101 u = 1,66 ·10–24–24 g (1/6,023 ·10 g (1/6,023 ·102323))= 1,66 ·10= 1,66 ·10–27 –27 kg kg

28Ejemplo:Ejemplo: El neón es un elemento El neón es un elemento químico de Z=10. En la naturaleza se químico de Z=10. En la naturaleza se encuentra tres isótopos de masas encuentra tres isótopos de masas atómicas 19,99, 20,99 y 21,99 UMAs. Si atómicas 19,99, 20,99 y 21,99 UMAs. Si sus proporciones respectivas son del sus proporciones respectivas son del 90,92 %. 0,26 % y 8,82 % calcula la 90,92 %. 0,26 % y 8,82 % calcula la masa atómica en UMAs y kg.masa atómica en UMAs y kg.(90,92 ·19,99 +0,26 ·20,99 + 8,82 ·21,99)UMA(90,92 ·19,99 +0,26 ·20,99 + 8,82 ·21,99)UMA——————————————————————— =——————————————————————— = 100 100

= = 20,17 UMAs20,17 UMAs · · 1,66 ·101,66 ·10–27–27 kg/UMA = kg/UMA =

== 3,348 · 10 3,348 · 10–26–26 kg kg

29Ejemplo:Ejemplo: La masa atómica del cloro es La masa atómica del cloro es 35,45 UMAs. Si tiene dos isótopos, 35,45 UMAs. Si tiene dos isótopos, 3535Cl y Cl y 3737Cl, de masas 34,97 y 36,93 Cl, de masas 34,97 y 36,93 UMA. Calcular el % de cada uno de UMA. Calcular el % de cada uno de ellosellos..

34,97 UMA x +36,93 · (100 – 34,97 UMA x +36,93 · (100 – x) x) 35,45 UMA = 35,45 UMA = ——————————————— =——————————————— = 100 100

De donde X = De donde X = 75,51 % del isótopo 75,51 % del isótopo 3535ClCl

24,49 % del isótopo 24,49 % del isótopo 3737ClCl

30Masa molecularMasa molecular• Es la suma de las masas atómicas.Es la suma de las masas atómicas.

Ejemplo:Ejemplo: Calcula la masa molecular del carbonato de calcio (CaCOCalcula la masa molecular del carbonato de calcio (CaCO33 ). ). Expresa la masa molecular en unida-des de masa atómica y en Expresa la masa molecular en unida-des de masa atómica y en unidades S.I. ¿En qué unidades se expresa la masa molecular relativa?unidades S.I. ¿En qué unidades se expresa la masa molecular relativa? M Matat(Ca) =40,08 u. M(Ca) =40,08 u. Matat(C) =12,011 u. M(C) =12,011 u. Matat(O)=15,9994 u. 1 u = (O)=15,9994 u. 1 u = 1,6605 · 1,6605 · 1010–27–27 kg. kg.

• M (CaCOM (CaCO33)= 1 · M)= 1 · Matat (Ca) + 1 · M (Ca) + 1 · Matat(C) + 3 · M(C) + 3 · Matat (O) = 40,08 u (O) = 40,08 u +12,011 u + 3 · 15,9994 u = +12,011 u + 3 · 15,9994 u =

• = = 100,09 u100,09 u

• 100,09 u ·(1,6605 · 10100,09 u ·(1,6605 · 10–27–27 kg/u) kg/u) = 1,6612 ·101,6612 ·10–25–25 kg kg

31Ejercicio:Ejercicio: ¿ Cuántas moléculas de Cl2

hay en 12g de cloro molecular?. Si todas las moléculas de Cl2 se disociaran para dar átomos de cloro, ¿ Cuántos átomos de cloro atómico se obtendrían?

La masa molecular de Cl2 es 35,45u · 2 =70,9 u. Luego un mol de Cl2 son 70,9 g. En los 12 g de Cl2 hay:

m 12 g n = = = 0,169 moles de Cl2 M 70,9 g/mol

Teniendo en cuenta que en un mol 6,02 · 1023 moléc. 0,169 moles contienen:

0,169 moles · 6,02 ·1023 moléculas/mol == 1,017 · 101,017 · 1023 23 moléculas Clmoléculas Cl22

2 át. Cl1,017·1023 moléc. Cl2 · = 2,034·102,034·1023 23 át. Clát. Cl moléc. Cl2