teorias atómicas
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Teorias AtómicasPROF. RAMÓN MONREAL VERA ROMEROCOLEGIO DE CIENCIAS Y HUMANIDADES PLANTEL ORIENTEUNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO
Teoria atómica de Daltón
Antecedentes
Antoine-Laurent de Lavoisier Protagonista principales de la revolución científica que condujo a la
consolidación de la química, por lo que es considerado el fundador de la química moderna.
Las investigaciones de Lavoisier incluyeron de los primeros experimentos químicos de estequiometría. Donde pesaba cuidadosamente los reactivos y productos de una reacción química en un recipiente de vidrio sellado, siendo crucial en el avance de la química. Demostró que en una reacción, la cantidad de materia siempre es la misma al final y al comienzo. Estableciendo la ley de conservación de la materia. Lavoisier también investigó la composición del agua y denominó a sus componentes oxígeno e hidrógeno.
AntecedentesAntoine-Laurent de Lavoisier
Entre los experimentos más importantes de Lavoisier fue examinar la naturaleza de la combustión, demostrando que es un proceso en el que se produce la combinación de una sustancia con oxígeno, refutando la teoría del flogisto. También reveló el papel del oxígeno en la respiración de los animales y las plantas.
Elaboró una teoría de la formación de compuestos a partir de los elementos y consideraciones generales sobre la naturaleza de los ácidos.
Lavoisier, junto con L. B. Guyton de Morveau, Claude Louis Berthollet, y Antoine-François de Fourcroy, presentaron una nueva nomenclatura a la Academia en 1787, porque no había prácticamente un sistema de nomenclatura química racional en ese momento. El nuevo sistema fue atado indisolublemente a la nueva teoría del oxígeno de Lavoisier de la química. Se aceptaron 55 sustancias que no pueden ser descompuestos en sustancias más simples por ningún medio químico conocido provisionalmente como elementos químicos.
Antecedentes
LEY DE LAS PROPORCIONES CONSTANTES O DEFINIDAS Esta ley fue enunciada por Proust en 1.801. Todo compuesto químico contiene los mismos elementos en idénticas proporciones. Esta proposición fue generalizada y establecida por Proust y se enuncia de la siguiente forma:
"Cuando dos o más elementos se unen para formar un compuesto determinado, lo hacen siempre en una relación de masa invariable, es decir en una proporción fija o definida"
Antecedentes
Vamos a comprobarlo con un ejemplo: Si se hacen reaccionar, en condiciones cuidadosamente controladas, por ejemplo 10 gramos de cloro con 10 gramos de sodio podrá comprobarse que los 10 g de cloro no reaccionan con todo el sodio, sino con una porción de él, 6,484 g exactamente, quedándose el exceso sin reaccionar.
Antecedentes
Según la experiencia, se observa que las reacciones no se realizan gramo-gramo, ya que queda sodio sin reaccionar. El cloro y el sodio han reaccionado en la proporción en masa:
vemos que en el cloruro de sodio la relación en masa de cloro y sodio es constante.
Antecedentes Considerada desde el punto de vista del análisis, establece que al
descomponer cualquier compuesto encontramos siempre la misma relación en masa (peso) entre sus elementos.
Cualquier muestra de sal común arrojará invariablemente: 39,34% de sodio 60,66% de cloro (relación 6,484/10).
Esta ley de las proporciones constantes fue duramente atacada por su compatriota Berthollet, quien creía que la composición de un compuesto variaba según el método por el que se había preparado. Proust ganó terreno en la polémica al demostrar que muchos de los análisis exhibidos por Berthollet en apoyo de su hipótesis eran erróneos, por haber utilizado compuestos impuros.
Antecedentes LEY DE LAS PROPORCIONES MULTIPLES: Fue descubierta por Dalton en 1803, existen elementos que pueden
combinarse formando compuestos diferentes al variar las condiciones experimentales. Esto no contradice la ley de las proporciones definidas, ya que siempre que se forma un compuesto determinado lo harán en las mismas proporciones, pero estos elementos si se pueden combinar en proporciones diferentes para formar compuestos distintos. El enunciado de la ley de las proporciones múltiples es el siguiente: de números enteros sencillos.
"Las cantidades (masa) de un mismo elemento que se combinan con una cantidad fija de otro para formar
compuestos distintos, están en una relación de números enteros sencillos" (como 1:2; 3:1 ; 2:3 ; 4:3 , etc.)
Antecedentes LEY DE LAS PROPORCIONES MULTIPLES: Así por ejemplo, se observa que el cobre y el oxígeno se pueden
combinar dando dos óxidos distintos al variar las condiciones. En unas condiciones la proporción es:
oxígeno + cobre oxido de cobre (a) 16 g 63,54 g
En otras condiciones: oxígeno + cobre oxido de cobre (b)
16 g 127,08 g Si hallamos el cociente entre los gramos de cobre que se
combinaron en ambos casos con la misma cantidad (16 gramos) de oxígeno:
; es una relación de números enteros sencillos.
TEORIA ATÓMICA DE DALTON
Demócrito propuso que debería ser discontinua y argumentó que la materia estaba compuesta por partículas muy pequeñas e indivisibles a las que llamó átomos (en griego significa "indivisible).
A principios del siglo XIX para tratar de explicar las anteriores leyes ponderales, Dalton reflexionó sobre la constitución de la materia, recuperando la idea del átomo, dando el sustento científico a través de la experimentación de las tres leyes: Ley de la conservación de la materia Ley de las Proporciones Constantes Ley de las Proporciones Multiples
Así enunció su teoría atómica (dada en 1803 y publicada en 1808)
TEORIA ATÓMICA DE DALTON
Proposiciones de la teoria atomica de Dalton: Los elementos están constituidos por átomos, partículas discretas de materia, que
son indivisibles e inalterables. Todos los átomos de un elemento dado son idénticos en masa y propiedades. Los átomos de distintos elementos tienen diferente masa y propiedades. Los átomos de dos o más elementos pueden combinarse entre sí en proporciones
definidas para formar compuestos. Los "átomos" de un determinado compuesto son a su vez idénticos en masa y en todas sus propiedades. (Dalton supuso la relación más simple posible. Así la fórmula que asignó al agua fue HO, al amoniaco NH, etc. Dalton no tenía el concepto de molécula.
Los átomos no experimentan cambios en el curso de las reacciones químicas. Una reacción química implica una reorganización de los átomos con respecto a sus combinaciones originales para dar lugar a nuevas combinaciones pero, el número de átomos de cada elemento es el mismo antes y después de la reacción.
TEORIA ATÓMICA DE DALTON
De la teoría de Dalton se deduce: Elemento es una sustancia que está constituida por una sola clase
de átomos Compuesto es una sustancia que contiene dos o más clases de átomos
combinados en proporciones fijas.
Teoria atómica de Thomson
Antecedentes Sus inicios puede situarse hacia el año 600 a. C., cuando el filósofo
griego Tales de Mileto observó que frotando una varilla de ámbar con una lana o piel, se obtenían pequeñas cargas (carga por fricción) que atraían pequeños objetos, y frotando mucho tiempo podía causar la aparición de una chispa.
En la Edad Antigua y Media, observaciones aisladas y simples especulaciones, así como intuiciones médicas (uso de peces eléctricos en enfermedades como la gota y el dolor de cabeza).
Algunos objetos arqueológicos de interpretación discutible, como un objeto encontrado en Irak en 1938, fechado alrededor de 250 a. C., que se asemeja a una celda electroquímica. No se han encontrado documentos que evidencien su utilización
Hay otras descripciones anacrónicas de dispositivos eléctricos en muros egipcios y escritos antiguos.
Antecedentes
Gilbert fue el primero en aplicar el término Electricidad del Griego "elektron" = ámbar.
En 1752, Benjamín Franklin (1706−1790) demostró la naturaleza eléctrica de los rayos.Desarrolló la teoría de que la electricidad es un fluido que existe en la materia y su flujo se debe al exceso o defecto del mismo en ella. Invento el pararrayos.
En 1776, Charles Agustín de Coulomb (1736−1806) midió con exactitud la fuerza entre las cargas eléctricas. Coulomb es la unidad de medida de Carga eléctrica.
En 1800, Alejandro Volta (1745−1827) construye la primera celda Electrostática y la batería capaz de producir corriente eléctrica.
Antecedentes
El Físico Italiano Luigi Galvani (1737−1798) sobre las corrientes nerviosas−eléctricas en las ancas de ranas.Sus investigaciones posteriores le permitieron elaborar una celda química capaz de producir corriente continua, fue así como desarrollo la Pila.
Volt es la unidad de medida del potencial eléctrico (Energía de la carga eléctrica).
Desde 1801 a 1815, Sir Humphry Davy (1778−1829) desarrolla la electroquímica (nombre asignado por él mismo).En 1801 observa el arco eléctrico y la incandescencia en un conductor energizado con una batería.
La clave sobre la naturaleza de la electricidad y de la estructura eléctrica de los átomos puede decirse que fueron resultado de las investigaciones de Faraday sobre la electrolisis
Antecedentes
La conducción eléctrica a través de los gases a presiones bajas, realizada principalmente por J.W. Hittorf y W. Crookes (1860-1890) en los denominados tubos de descarga o tubos de Crookes. Estos tubos de descarga consisten en un tubo largo de vidrio con un electrodo circular sellado en cada extremo y lleno de gas (noble) en su interior; para controlar la presión del gas encerrado se conecta el interior del tubo a una bomba de vacío mediante un tubo con llave.
Antecedentes
J.W. Hittorf y W. Crookes al hacer un vació dentro del tubo fluía la corriente eléctrica a través del tubo formando luminiscencias.
Antecedentes
Experimento de Rayos Catódicos:
Antecedentes
Experimento de Rayos Catódicos de la carga eléctrica:
Demuestra que esta formado por cargas negativas que al acercar un imán se desvían.
Como sale un solo rayo del lado del cátodo y no aparece un rayo en el ánodo, solamente se mueven las cargas negativas (rayo catódico).
Antecedentes
Experimento de Rayos Catódicos de la cruz de malta:
Demuestra que los rayos catódicos viajan en línea recta.
No pueden traspasar la materia
Antecedentes
Experimento de Rayos Catódicos de energía cinética:
Al producir el movimiento en el la rueda de paletas demuestra que tiene masa y energía cinética.
Modelo atómico de Thomson Basado en los experimentos de los rayos catódicos establece
la existencia del electrón, una partícula más pequeño que el átomo y con carga negativa, estableciendo que el átomo era divisible, proponiendo:
El átomo debía de ser una esfera de materia cargada positivamente, en cuyo interior estaban incrustados los electrones.
Donde la carga positiva de la esfera se equilibra con la carga negativa de sus electrones
Teoria atómica de Rutherford
Antecedentes A partir del descubrimiento de los tubos de
rayos catódicos, Wilhelm Conrad Roentgen En el junio de 1894 empezó a estudiar los rayos catódicos, en aquel tiempo argumento de búsqueda muy popular y la noche del 8 de noviembre de 1895 en el curso de uno de sus experimentos llegó al descubrimiento de un tipo de rayos de naturaleza desconocida que llamó rayos “X“. Tres semanas después Roentgen difundieron la noticia de su descubrimiento: el hecho de poder ver por los objetos sin romperlos y dentro del cuerpo humano despertó gran sensación.
Antecedentes
La corriente de alta tensión pasó a través del tubo, y vio ponerse fluorescentes a unos cristales de platinocianuro de bario que yacían sobre una mesa a cierta distancia del tubo.
A fines de Diciembre. Continuó los experimentos tratando de determinar si el fenómeno había sido causado por los rayos catódicos. Colocó la pantalla con los cristales de platinocianuro de bario a mayor distancia del tubo de la que se conocía como poder de penetración de los rayos catódicos, pero la misteriosa fluorescencia persistía. Así, pensó que estaba ante rayos catódicos de gran penetración, o que había encontrado un nuevo tipo de rayos.
Antecedentes Antoine Henri Becquerel le interesó el descubrimiento
de los rayos X dado por Wilhelm Röntgen observando la fluorescencia que ellos produjeron, Becquerel tenía muestras de materiales fluorescentes, entre ellos el Sulfato de Uranio y el Potasio, con los que pretendía investigar la naturaleza de los rayos. Becquerel escogió trabajar con un sulfato doble de uranio y potasio que él expuso a la luz del sol colocándolos en placas fotográficas envueltas en papel negro. Cuando Becquerel expuso las placas revelaron una imagen de los cristales de uranio. Becquerel concluyó "que la substancia fosforescente en cuestión emite radiación que penetra el papel opaco". Después de no exponer el material radioactivo al sol, él observo que el material se velaba, aun sin la presencia de la luz solar. Después de diferentes conjeturas Becquerel concluyó que el uranio había emitido radiación sin una fuente externa de energía como el sol. Becquerel había descubierto la radioactividad, nombre que posteriormente le daría Marie Currie
AntecedentesFluorescencia y
FosforescenciaAmbos son fenómenos de emisión de luz. El mecanismo físico que rige estos comportamientos son los mismos, la principal diferencia está en el retraso temporal entre la absorción y la reemisión de los fotones de energía. Fosforescencia .- Fenómeno en el cual ciertas
sustancias tienen la propiedad de absorber energía y almacenarla, para emitirla posteriormente en forma de radiación.
Fluorescencia.- Fenómeno en el cual ciertas sustancias de absorber energía y luego emitir parte de esa energía en forma de luz casi instantáneamente
Antecedentes
Marie y Pierre Curie.- Se interesaron por el descubrimiento de Bequerel decidieron investigarlo, realizando un arduo trabajo al hacer la separación de los elementos radiactivos, partiendo de una tonelada de Pechblenda de Uranio obteniendo .1 g de Polonio.
Estudiaron el comportamiento y lo nombraron Radiactividad, por el elemento radio (Origen del nombre: De la palabra latina "radius" que significa "rayo", debido a su poderosa manifestación de energía) que descubrieron, posteriormente descubren el elemento polonio superior en su radiactividad.
Antecedentes
Ernest Rutherford.- El descubrimiento que le llevó a
ganar el Premio Nobel de Química fue el de que la radioactividad está acompañada de una desintegración de los elementos. Rutherford se dedico al estudio de la radiactivadad, clasificándolas en partículas alfa, beta y radiaciones electromagnética gamma. Así, junto Thomas Royds, uno de sus estudiantes, demostró que las partículas alfa eran núcleos del átomo de helio.
Modelo atómico de Rutherford
A partir de la radiactividad Rutherford diseña un esperimento, haciendo incidir partículas alfa sobre una película fina de oro, para demostrar lo sólido del átomo:
Modelo atómico de Rutherford
Los resultados del experimento : A.- La mayor parte de las partículas
alfa atravesaban la lámina de oro sin sufrir ninguna desviación.
B.- Muy pocas (una de cada 10.000 aproximadamente) se desviaba un ángulo mayor de 100
C.- En rarísimas ocasiones las partículas rebotaban en la lámina.
Modelo atómico de Rutherford
Análisis del experimento : A.- Demuestra que la mayor parte
del átomo esta vacio. B.- Muy pocas (una de cada 10.000
aproximadamente) se desviaba un ángulo mayor de 100
C.- Demuestra la existencia del nucleo, donde se concentra la masa y la carga eléctrica
Modelo Atómico Rutherford
Modelo de Thomson
Sólido
Modelo de Rutherford
Vacio
Teoría atómica de Bohr
Antecedentes
Modelo de Rutherford estaba de acuerdo con los experimentos de desviación de partículas alfa, pero éste, además de ser inestable (porque el electrón perdía energía en forma de radiación electromagnética), no podía explicar la naturaleza de los espectros de emisión y absorción atómica.
En 1913, Bohr desarrolló un modelo atómico abandonando las consideraciones de la física clásica y tomando en cuenta la Teoría cuántica de Max Planck
Estudiando los espectros de absorción y de emsión pudo establecer los niveles de energía, que permite establecer el numero de electrones y su estabilidad de órbita
Antecedentes Los experimentos llevados a cabo por Newton sobre el análisis de la luz
blanca pusieron de manifiesto que estaba compuesta por la superposición de un conjunto de colores sucesivos que van desde el violeta hasta el rojo. Esta gama de los colores del arco iris recibe el nombre de espectro visible.
Con cierta frecuencia el término espectro se toma como sinónimo de gama. Así el espectro electromagnético constituye la gama o onjunto de radiaciones electromagnéticas que comprende desde los rayos y hasta las ondas de radio y del cual el espectro visible es sólo una pequeña fracción.
Antecedentes
En su principal significado un espectro es una representación gráfica, fotográfica o meramente visual de la distribución de la intensidad de la radiación electromagnética emitida o absorbida por una sustancia en función de la frecuencia o de la longitud de onda.
Espectros: Emisión.- Es la emisión de energía radiante por el aumento de
energía de una sustancia (eléctrica o térmica) Absorción.- Es la energía absorbida por una sustancia cuando se le
hace incidir energía radiante (Infrarroja, visible y ultravioleta).
Antecedentes
Las líneas oscuras son representa la energía absorbida por el elemento químico, y corresponden a las líneas luminosas que emite la sustancia al incidirla con energía (térmica o eléctrica).
Antecedentes
Espectro de emisión.- Cada línea del espectro corresponde al salto de un electrón de un nivel alto a un nivel bajo.
Espectro de absorción.- Cada barra oscura del espectro corresponde al salto de un electrón de un nivel bajo a un nivel alto.
Modelo atómico de Bohr
Cada orbita corresponde a un nivel de energía y su distancia entre el núcleo y la órbita esta dada por Amostrongs.
1 Angstrong = 10-10 m
Modelo atómico de Bohr Primer Postulado:
Los electrones giran alrededor del núcleo en órbitas estacionarias sin emitir energía
Segundo Postulado:Los electrones solo pueden girar alrededor del núcleo en aquellas órbitas que son estables en múltiplos enteros de la primera órbita (momento angular del electrón)
Tercer postulado:Cuando un electrón pasa de una órbita externa a una más interna, la diferencia de energía entre ambas órbitas se emite en forma de radiación electromagnética.Mientras el electrón se mueve en cualquiera de esas órbitas no radia energía, sólo lo hace cuando cambia de órbita. El cambio de una órbita externa (de mayor energía) a otra más interna (de menor energía) emite energía (Espectro de emisión), y la absorbe cuando pasa de una órbita interna a otra más externa (espectro de absorción).
En resumen podemos decir que los electrones se disponen en diversas órbitas circulares que están determinados en niveles de energía.
Teoría atómica cuánticaBOHR -SOMMERFIELD
Antecedentes
Las bases de la teoría fueron por el físico alemán Max Planck (Imagen 27), que en 1900 postulo que la materia solo puede emitir o absorber energía en pequeñas unidades discretas llamadas cuantos.
Estos cuantos de energía se llaman fotones. Los fotones son las partículas “fundamentales” de la luz, así como los electrones son las partículas fundamentales de la materia, esta analogía es la que sirvió para realizar el descubrimiento del carácter cuántico de la luz.
Broglie desarrollo la teoría que formula que la materia también tiene un carácter ondulatorio.
Antecedentes El físico alemán A.Sommerfeld (1868-1951), discípulo de Bohr, propuso
una ampliación del modelo atómico de su maestro. Sommerfeld supuso que cada nivel de energía estaba subdividido a su
vez en un conjunto de subniveles próximos en energía. Así, cada nivel tenía tantos subniveles como indicaba su número y podían albergar un número máximo de electrones.
El nivel n= 1 tiene un solo subnivel, denominado “s”. El nivel n= 2 tiene dos subniveles, denominados “2s”y “2p”. El nivel n= 3 tiene tres subniveles, denominados“3s”, “3p” y “3d”. El nivel n= 4 tienes cuatro subniveles, denominados “4s”, “4p”, “4d” y
“4f”.
Antecedentes
Nivel (n) 1 2 3 4Subniveles s s p s p d s p d f
Electrones por subnivel
2 2,6 2, 6, 10
2, 6, 10, 14
Electrones por nivel 2 8 18 32
Antecedentes
La distribución de los electrones en las capas se denomina configuración electrónica.
La configuración electrónica de un átomo es el modo en que están distribuidos los electrones alrededor del núcleo de ese átomo. Es decir, cómo se reparten esos electrones entre los distintos niveles y orbitales.
Antecedentes
Para recordar el orden de llenado de los orbitales se aplica el diagrama de Möeller.
Debes seguir el orden de las flechas para ir añadiendo electrones
Configuración
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6p⁶ 7s² 5f¹² Se llena en esta secuencia hasta alcanzar su numero atómico. Recordar s-2 e, p-6 e, d-10 e, f-14 e Ejemplo: Número atómico 6 por lo tanto tiene 6 electrones
2 2 2
1s2s2p 3s
3p 4s
3d
4p 5s
4d
5p 6s 4f
5d
6p 7s 5f
Carbono 1s² 2s² 2p²
Ejemplo: Número atómico 16 por lo tanto tiene 16 electrones
2 2 6 2 41s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f
Azufre 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴ Ejemplo: Número atómico 20 por lo tanto tiene 20 electrones
2 2 6 2 6 21s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f
Calcio 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² Ejemplo: Número atómico 20 por lo tanto tiene 20 electrones
2 2 6 2 6 2 10 6 2 10 6 2 14 31s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f
Bismuto 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s²3d¹⁰ 4p⁶ 5s²
4d¹⁰ 5p⁶ 6s²
4f¹⁴
5d¹⁰ 6p³
Configuracion de elementos
Hidrógeno 1s¹Helio 1s²Litio 1s² 2s¹Berilio 1s² 2s²Boro 1s² 2s² 2p¹Carbono 1s² 2s² 2p²Nitrógeno 1s² 2s² 2p³Oxígeno 1s² 2s² 2p⁴Flúor 1s² 2s² 2p⁵Neón 1s² 2s² 2p⁶
Sodio 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹Magnesio 1s² 2s² 2p⁶ 3s²Aluminio 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹Silicio 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p²Fósforo 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p³Azufre 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴Cloro 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵Argón 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶Potasio 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹Calcio 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s²
Orbital - Órbita
Modelo atómico cuánticoOrbital.- Región espacio energética de
mayor probabilidad del electrón, es tridimensional porque se refiere a un espacio.
Modelo atómico de BohrÓrbita.- Trayectoria que sigue un cuerpo
alrededor de otro
Orbital - Órbita
Órbita Orbital
Orbital S
Orbitales P
Orbitales d
Orbitales f
Enlace Sencillo (tetraedro)Enlace con movimiento que permite giros de los átomos que la conforman
Enlace doble (Plana Triangular)Enlace rígido que no permite el giro de los átomos que la conforman.
Enlace Triple (Lineal)Enlace rígido que no permite el giro de los átomos que la conforman.
Movimiento Rotacional de alcanos