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Química Inorgánica
Modelo Atómico
Ing. Santiago Figueroa Lorenzo• Correo electrónico:
• Sitio Web de la Asignatura: http://urmate.jimdo.com
Objetivos• Conocer el decursar de las
investigaciones hasta llegar al estudio del modelo actual
• Conocer el modelo atómico que se aplica
Introducción
Cuando se habla que la materia está formada por átomos se recuerda al filósofo griego Demócrito, quien propuso el nombre de átomo (que significa indivisible) para la pieza más pequeña de la materia. Pero poco se habla sobre las propuestas anteriores y como llegó Demócrito a una idea tan revolucionaria, que fue tomada en serio casi 2000 años después.
El concepto de átomo se remonta al siglo IV a.C. En el año 380 a. C. Demócrito de Abdera (470-380 a.C.), basándose en las enseñanzas de su maestro Leucipo, postuló que toda la materia estaba compuesta de diminutas partículas, casi infinitamente pequeñas, tanto que no podía concebirse nada menor. Por tanto, eran indivisibles. De ahí que denominase a estas partículas átomos, que en griego significa «que no se puede dividir.
Sostenía que los átomos eran eternos, inmutables, indestructibles. A su lado -es decir, el espacio entre un átomo y otro- solo existía el vacío.
Decía que los átomos diferían entre sí físicamente y era precisamente en esa diferencia donde había que buscar la explicación a las propiedades de las diversas sustancias.
La Primera Teoría Atómica
De Demócrito a Dalton
Aristóteles (384-322 a.C.) negó la teoría de Demócrito y abrazó las ideas de Empédocles de Akragas. Según Empédocles, la materia está formada por cuatro elementos: tierra, aire, agua y fuego. A estos cuatro añadió Aristóteles el «éter», que ocupa el espacio entre los elementos.
Desde el año 200 a. C., Roma se convirtió en imperio y transmitió el saber griego. Lucrecio, en su obra De rerum natura (Sobre la naturaleza de las cosas), recogió las ideas de Demócrito sobre el átomo.
La química apenas se desarrolló en Europa en la Edad Media, salvo por trabajos de algunos alquimistas, como el alemán Libau o el suizo Paracelso. El conocimiento de las sustancias lo desarrollaron más los árabes, con quienes tenían contacto algunos de estos alquimistas.
En los siglos XVI y XVII se produjo la revolución científica, que cuestionó las enseñanzas de Aristóteles mantenidas como ciertas.
Y en 1803, el británico John Dalton (1766-1844) desarrolló su teoría atómica, a partir de las experiencias de precursores como Robert Boyle (1627-1691) y de Joseph-Louis Proust (1754-1826), y de las que él mismo realizó con las masas de diferentes sustancias. Dalton encontró similitud entre sus ideas y las de Demócrito; por eso dio a las partículas constituyentes de la materia el mismo nombre que Demócrito: «átomos».
De Demócrito a Dalton
El autor de la teoría atómica es el físico-químico británico John Dalton (1766-1844). Su teoría, que expuso en 1803, no solo explica las leyes de las reacciones químicas; también permite entender por qué hay dos grandes tipos de sustancias químicas: los compuestos, que se pueden descomponer en otras sustancias más simples, y los elementos, que no se pueden descomponer.
Teoría atómica de Dalton
Un compuesto químico: cloruro de sodio o sal común. ¿En qué se diferencian unos compuestos de otros?
La materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas átomos, que son indivisibles y no se pueden destruir.
Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí, tienen su propio peso y cualidades propias. Los átomos de los diferentes elementos tienen pesos diferentes.
Los átomos permanecen sin división, aún cuando se combinen en las reacciones químicas.
Los átomos, al combinarse para formar compuestos guardan relaciones simples.
Los átomos de elementos diferentes se pueden combinar en proporciones distintas y formar más de un compuesto.
Los compuestos químicos se forman al unirse átomos de dos o más elementos distintos.
Teoría atómica de Dalton
Hasta la segunda mitad del siglo XIX no aparecieron evidencias de que los átomos fueran divisibles o estuvieran a su vez constituidos por partes más elementales. Por esa razón el modelo de Dalton no fue cuestionado durante décadas, ya que explicaba adecuadamente los hechos. Si bien el modelo usualmente nacido para explicar los compuestos químicos y las regularidades estequiométricas,
• No podía explicar las regularidades periódicas en las propiedades de los elementos químicos tal como aparecieron en la tabla periódica de los elementos de Mendeleiev (esto sólo sería explicado por los modelos que suponían el átomo estaba formado por electrones dispuestos en capas).
• El modelo de Dalton tampoco podía dar cuenta de las investigaciones realizadas sobre rayos catódicos que sugirieron que los átomos no eran indivisibles sino que contenían partículas más pequeñas cargadas eléctricamente.
Insuficiencias del modelo
Descubrimiento de los electrones
En 1896, el físico británico Joseph John Thomson, junto con sus colegas John Sealy Townsend y Harold Albert Wilson,16 llevó a cabo experimentos que indicaron que los rayos catódicos eran realmente partículas únicas y no ondas, átomos o moléculas, tal como se creía anteriormente. Thomson hizo buenas estimaciones tanto de la carga como de la masa, y encontró que las partículas de los rayos catódicos —a las cuales llamaba «corpúsculos»— tenían quizás una milésima parte de la masa del ion menos masivo conocido, el ion hidrógeno.6 17 Asimismo, demostró que su proporción carga-masa (e/m) era independiente del material del cátodo. Más tarde demostró que las partículas cargadas negativamente producidas por materiales radiactivos, por materiales calentados y por materiales iluminados eran universales. El nombre de «electrón» para estas partículas fue propuesto de nuevo por el físico irlandés George FitzGerald y, desde entonces, la palabra consiguió una aceptación por partes.
Descubierto por J. J. Thomson (1897)6
Masa
9,109 382 91(40)×10−31 kg5,485 799 094 6(22)×10−4 uma0,510998928(11) MeV/c2 9
1822.8884845 (14)−1 u
Carga eléctrica −1 e−1.602 176 565(35)×10−19 C
Datos del electrón
• Es la parte central de un átomo• Tiene carga positiva• Concentra más del 99,9% de la masa total del
átomo
Está formado por protones y neutrones (denominados nucleones) que se mantienen unidos por medio de la interacción nuclear fuerte, la cual permite que el núcleo sea estable, a pesar de que los protones se repelen entre sí (como los polos iguales de dos imanes). La cantidad de protones en el núcleo (número atómico), determina el elemento químico al que pertenece. Los núcleos atómicos no necesariamente tienen el mismo número de neutrones, ya que átomos de un mismo elemento pueden tener masas diferentes, es decir son isótopos del elemento.La existencia del núcleo atómico fue deducida del experimento de Rutherford, donde se bombardeó una lámina fina de oro con partículas alfa, que son núcleos atómicos de helio emitidos por rocas radiactivas. La mayoría de esas partículas traspasaban la lámina, pero algunas rebotaban, lo cual demostró la existencia de un minúsculo núcleo atómico.
Núcleo Atómico
Núcleo Atómico
Representación aproximada del átomo de Helio. en el núcleo los protones están representados en rojo y los neutrones en azul. En la realidad el núcleo también es simétricamente esférico.
Modelo atómico de Bohr
• Explica como los electrones se mueven en órbitas estables alrededor del núcleo.
• Porque los átomos presentan un espectro de emisión característico
Suposiciones de Bohr
𝑬𝒑𝒈
E
Por lo tanto mientras más alejado del núcleo más energético es el nivel.
• Para pasar a un nivel inferior se libera energía.
Suposiciones de Bohr• Existencia de orbitales
Es la descripción ondulatoria del tamaño, forma y orientación de una región del espacio disponible para un electrón, representada por los números cuánticos n, m, l.Así cada orbital con diferentes valores de n presenta una energía específica para el estado del electrónn = 1,2,3, … define el tamaño del orbital
Número Cuántico n y ln = 1,2,3, … define el tamaño del
orbital
• Mientras mayor sea n mayor será el volumen
• Mayor será la energía del orbital
L (número cuántico del momento angular): Indica la forma del orbital y el momento angular
l = 0, orbitales s l = 1, orbitales p l = 2, orbitales d l = 2, orbitales f l = 2, orbitales g
Orbitales s
Orbitales p
Orbitales d
Orbitales f
m define laorientación espacial del orbital
• Mientras mayor sea n mayor será el volumen
• Mayor será la energía del orbital
Número Cuántico m