Química

2015 CCA

I UnidadEstructura Atómica y Enlace Químico

Teoría Atómica Moderna

Teoría atómica moderna: Desde Dalton hacia la mecánica cuántica

Naturaleza eléctrica del átomo.

Principio de incertidumbre de Heisenberg.

Aportes de Louis De Broglie.

Configuración electrónica.

Niveles, subniveles y orbitales atómicos.

Isótopos e isóbaros.

Desde Dalton hacia la mecánica cuántica

https://www.scribd.com/doc/14438230/Modelos-atomicos

LEUCIPO Y DEMÓCRITO

Desde la Antigüedad, el ser humano se ha cuestionado de qué estaba hecha la materia. Unos 400 años antes de Cristo, el filósofo griego Demócrito consideró que la materia estaba constituida por pequeñísimas partículas que no podían ser divididas en otras más pequeñas. Por ello, llamó a estas partículas átomos, que en griego quiere decir "indivisible".

Demócrito y Leucipo propusieron la primera teoría atómica llamada la "Discontinuidad de la Materia". Demócrito atribuyó a los átomos las cualidades de ser eternos, inmutables e indivisibles. Así había átomos de oro, de agua, aire, rocas

Sin embargo las ideas de Demócrito y su discípulo Leucipo, sobre la materia no fueron aceptadas por los filósofos de su época y hubieron de transcurrir cerca de 2200 años para que la idea de los átomos fuera tomada de nuevo en consideración.

En 1808, Dalton publicó sus ideas sobre el modelo atómico de la materia las cuales han servido de base a la química moderna. Los principios fundamentales de esta teoría son:

1. La materia está formada por minúsculas partículas llamadas átomos.2. 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. 3. 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.4. 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.

TEORÍA ATÓMICA DE DALTON (ACIERTOS)

MODELO ATÓMICO JOHN DALTON (DESACIERTOS)

“La imagen del átomo expuesta por Dalton en su teoría atómica, para explicar estas leyes, es la de minúsculas partículas esféricas, indivisibles e inmutables, iguales entre sí en cada elemento químico.”

1897 MODELO DE JOSEPH JOHN THOMSON

Demostró que dentro de los átomos hay unas partículas diminutas, con carga eléctrica negativa, a las que se llamó electrones. De este descubrimiento dedujo que el átomo debía de ser una esfera de materia cargada positivamente, en cuyo interior estaban incrustados los electrones.

La identificación por J.J. Thomson de unas partículas subatómicas cargadas negativamente, los electrones, a través del estudio de los rayos catódicos, y su posterior caracterización, le llevaron a proponer un modelo de átomo que explicara dichos resultados experimentales. Se trata del modelo conocido informalmente como el pudín con pasas, según el cual los electrones eran como ‘pasas' negativas incrustadas en un 'pudín' de materia positiva.

1911 ERNEST RUTHERFORD

El llamado modelo atómico de Rutherford o modelo atómico nuclear.El átomo está formado por dos partes: núcleo y corteza.

El núcleo es la parte central, de tamaño muy pequeño, donde se encuentra toda la carga positiva y, prácticamente, toda la masa del átomo. Esta carga positiva del núcleo, en la experiencia de la lámina de oro, es la responsable de la desviación de las partículas alfa (también con carga positiva).

La corteza es casi un espacio vacío, inmenso en relación con las dimensiones del núcleo. Eso explica que la mayor parte de las partículas alfa atraviesan la lámina de oro sin desviarse. Aquí se encuentran los electrones con masa muy pequeña y carga negativa. Como en un diminuto sistema solar, los electrones giran alrededor del núcleo, igual que los planetas alrededor del Sol. Los electrones están ligados al núcleo por la atracción eléctrica entre cargas de signo contrario.

1913 NIELS BOHR

Espectros atómicos discontinuos originados por la radiación emitida por los átomos excitados de los elementos en estado gaseoso. Propuso un nuevo modelo atómico, según el cual los electrones giran alrededor del núcleo en unos niveles bien definidos.

Uno de los espectros atómicos más sencillos, y que más importancia tuvo desde un punto de vista teórico, es el del hidrógeno. Cuando los átomos de gas hidrógeno absorben energía por medio de una descarga de alto voltaje, emiten radiaciones que dan lugar a 5 líneas en la región visible del espectro

El modelo atómico de Rutherford no podía explicar estas emisiones discretas de radiación por los átomos. Además presentaba el inconveniente de ser inestable: Según la física clásica una carga en movimiento emite continuamente energía por lo que los electrones radiarían energía continuamente hasta "caer" en el núcleo, con lo que el átomo se destruiría.

Basándose en las ideas previas de Max Planck, que en 1900 había elaborado una teoría sobre la discontinuidad de la energía (Teoría de los cuantos), Bohr supuso que el átomo solo puede tener ciertos niveles de energía definidos: K, L, M, N, O, P, Q. Estas órbitas son estacionarias, la energía cinética del electrón equilibra exactamente la atracción electrostática entre las cargas opuestas de núcleo y electrón.

El electrón solo puede tomar así los valores de energía correspondientes a esas órbitas. Los saltos de los electrones desde niveles de mayor energía a otros de menor energía o viceversa suponen, respectivamente, una emisión o una absorción de energía electromagnética (fotones de luz).

Sin embargo el modelo atómico de Bohr también tuvo que ser abandonado al no poder explicar los espectros de átomos más complejos. La idea de que los electrones se mueven alrededor del núcleo en órbitas definidas tuvo que ser desechada. Las nuevas ideas sobre el átomo están basadas en la mecánica cuántica, que el propio Bohr contribuyó a desarrollar

Teoría de Max Planck

Para resolver la “catástrofe ultravioleta”, era necesario aceptar que la radiación no es emitida de manera continua sino en cuantos de energía discreta, a los que llamamos fotones.

La energía de estos fotones es: E (fotón) = h.νν : Frecuencia de la radiación electromagnética (s-1)

h : constante de Planck

h = 6,62 x10-27 erg.s

h = 6,62.10-34 J.s

Naturaleza dual del electrón.

 

1924, Louis de Broglie razonando lo siguiente:

…Si las ondas luminosas se pueden comportar como un rayo de partículas (fotones), entonces quizás las partículas subatómicas, como los electrones, pueden poseer propiedades ondulatorias.

Louis de Broglie postuló que los electrones tenían un comportamiento dual, es decir actúan como ondas y como partícula al mismo tiempo, pues cualquier partícula que tiene masa y que se mueve a cierta velocidad, podía comportarse además como una onda.

En 1923 Louis-Víctor de Broglie propuso generalizar esta dualidad a todas las partículas conocidas. Propuso la hipótesis, de que a toda partícula clásica microscópica se le puede asignar una onda, lo cual se comprobó experimentalmente en 1927 cuando se observó la difracción de electrones.

Por analogía con los fotones, De Broglie asocia a cada partícula libre con energía E y cantidad de movimiento p, una frecuencia v y una longitud de onda λ lambda

E = h . Vp= h/ λ,  

ARNOLD SOMMERFELD

1916, Arnold Sommerfeld, con la ayuda de la teoría de la relatividad de Albert Einstein, hizo las siguientes modificaciones al modelo de Bohr:

Los electrones se mueven alrededor del núcleo, en órbitas circulares o elípticas.

A partir del segundo nivel energético existen dos o más subniveles en el mismo nivel.

El electrón es una corriente eléctrica minúscula.

En consecuencia, el modelo atómico de Sommerfeld es basado en el modelo atómico de Bohr, aunque no pudo demostrar las formas de emisión de las órbitas elípticas, solo descartó su forma circular

Principio de Incertidumbre

 

Una de las consecuencias más importantes de la naturaleza dual de la materia es el principio de incertidumbre, el cual fue formulado por el físico alemán Werner Heisenberg.

El principio de incertidumbre de Heisenberg establece que es imposible conocer, simultáneamente, la posición y el momento (masa-velocidad) de una partícula. Esto se resuelve a medida que la materia tiene mayor tamaño por la razón masa–velocidad que puede alcanzar.

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. Sin embargo, si esta misma experiencia es realizada con la cabeza de un alfiler, la determinación de su posición y velocidad simultáneamente será una tarea bastante más compleja.

ERWIN SCHRÖDINGER  Schrödinger buscó y encontró un modelo dual es decir

aquí el átomo se comporta como partícula y como onda y también propuso y calculo el valor de los 3 números cuánticos en los cuales se distribuyen los electrones. A los cuales se les asignan las siguientes letras: n, l, m. (niveles, subniveles y orbitales)

El modelo atómico de Schrödinger (1924) es un modelo cuántico no relativista. Se basa en la solución de la ecuación de Schrödinger para un potencial electrostático con simetría esférica, llamado también átomo hidrogenoide. En este modelo los electrones se contemplaban originalmente como una onda estacionaria de materia cuya amplitud decaía rápidamente al sobrepasar el radio atómico.

DIRAC-JORDAN En consecuencia con los modelos atómico de Sommerfeld,

Schrödinger y Bohr, se pudo demostrar que los electrones en un átomo se distribuyen de menor a mayor energía en niveles, subniveles, orbitales y espines.

Para demostrar las formas de las órbitas elípticas, se plantean las siguientes estructuras:

ORBITALES

Entre los conocimientos actuales sobre el átomo, se consideran los siguientes:

1. La presencia de un núcleo atómico con las partículas conocidas, la casi totalidad de la masa atómica en un volumen muy pequeño.

2. Los estados estacionarios o niveles de energía fundamentales en los cuales se distribuyen los electrones de acuerdo a su contenido energético.

3. La dualidad de la materia (carácter onda-partícula), aunque no tenga consecuencias prácticas al tratarse de objetos de gran masa. En el caso de partículas pequeñas (electrones) la longitud de onda tiene un valor comparable con las dimensiones del átomo.

4. La probabilidad en un lugar de certeza, en cuanto a la posición, energía y movimiento de un electrón, debido ala imprecisión de los estudios por el uso de la luz de baja frecuencia. (niveles, subniveles, orbitales y espin.)

MODELO ATÓMICO ACTUAL

CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA.

NÚMEROS CUÁNTICOS.

Ubica en tu texto los ejercicios de la página 112

Sección 3.7Numerales 3.46,

3.48,

3.50,

3.52,

3.54,

3.56

Actividad 2, 3 y 4 para la Revista

1. Organice una línea de tiempo que contenga imagen del autor que propone el modelo, fechas, aportes, desaciertos para cada modelo.

2. Construya un organizador gráfico con todos los aportes recopilados de los Modelos Atómicos para explicar el Modelo Cuántico o Modelo Actual.

https://decimoquimicacca.wordpress.com

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/atomo/modelos.htm