Teoría Atómica PDF: Modelos Atómicos, Experimentos y Partículas

PRÁCTICA DE LABORATORIO 2 TEORÍA ATÓMICA ¿Cómo han cambiado nuestras ideas sobre átomos con el pasar de los años? A continuación se presenta una breve reseña de algunos de los modelos atómicos más representativos y los principales avances tecnológicos que permitieron la evolución de estos. MO...

PRÁCTICA DE LABORATORIO 2 TEORÍA ATÓMICA ¿Cómo han cambiado nuestras ideas sobre átomos con el pasar de los años? A continuación se presenta una breve reseña de algunos de los modelos atómicos más representativos y los principales avances tecnológicos que permitieron la evolución de estos. MODELOS ATÓMICOS Figura 1: Representación gráfica de los modelos atómicos principales a lo largo del tiempo. MODELO DE DALTON Dalton trabajó sobre la concepción de la idea de átomos formulada en la Antigua Grecia, la palabra “átomo” viene del griego “atomos”, que significa indivisible. ESFERA SÓLIDA Su teoría sostuvo que: ✓ Los átomos son indivisibles. ✓ Los átomos de un mismo elemento son idénticos. ✓ Los compuestos son combinaciones de diferentes tipos de átomos. DESACIERTOS ✓ Los átomos no son indivisibles, existen partículas más pequeñas que conforman el átomo. ✓ No todos los átomos de un mismo elemento son idénticos, existen los isótopos que son átomos de un mismo elemento que tienen diferente masa. MODELO DE THOMSON Thomson descubrió el electrón en 1897, lo que le hizo ganar un Premio Nobel. Utilizó un tubo de rayos catódicos (figura 2.2a), precursor de los utilizados en los televisores CRT. PUDÍN DE PASAS Este tubo consta de un tubo de vidrio del cual se ha evacuado casi todo el aire. Si se colocan dos placas metálicas y se conectan a una fuente de alto voltaje, la placa con carga negativa emite un rayo invisible. Este rayo catódico se dirige hacia la placa con carga positiva que pasa por una perforación y continúa su trayectoria hasta el otro extremo del tubo. Al notar que los rayos se repelían desde la placa negativa y eran atraídos hacia la positiva, se concluyó que los rayos estaban compuestos de partículas con carga negativa. Luego construyó el modelo del pudín de pasas que muestra que: ✓ El átomo está compuesto de electrones dispersos alrededor de una nube de carga positiva, como si fuesen pasas en un pastel. MODELO DE RUTHERFORD Rutherford descubrió el núcleo mediante un experimento (figura 2.2b) en el que disparó MODELO NUCLEAR partículas alfa, cargadas positivamente, hacia una lámina de oro sumamente delgada. Las partículas lograron pasar a través de la lámina con muy poca desviación, pero otras se desviaron en ángulos grandes, incluso algunos regresaron en una dirección prácticamente inversa hacia la fuente de emisión. Esto solo se puede explicar si el átomo está compuesto mayoritariamente de espacio vacío con la carga concentrada en el centro. Luego construyó el modelo nuclear que muestra que: ✓ La carga positiva está localizada en el núcleo de un átomo. Para el año 1917, Rutherford y su equipo descubrieron lo que ahora conocemos como protón. Figura 2: a) Experimento de Thomson: tubo de rayos catódicos. b) Experimento de Rutherford: partículas alfa hacia una película delgada de oro. MODELO DE BOHR Bohr modificó el modelo atómico de Rutherford estableciendo que: MODELO NUCLEAR ✓ Los electrones se mueven alrededor del núcleo en órbitas de energías y tamaños fijos. ✓ La energía de los electrones está cuantizada. ✓ Los electrones no pueden ocupar valores de energía que estén entre los niveles fijos de energía. La idea de que la energía debía estar cuantizada o “empaquetada” tal vez parezca extraña, pero el concepto cuántico tiene muchas analogías. Por ejemplo, nuestro sistema monetario está basado en un “cuanto” de valor, el centavo de dólar. Incluso los procesos que suceden en los organismos vivos están cuantizados. Los huevos que pone una gallina son cuantizados, y una gata preñada puede parir un número entero de gatitos, nunca una mitad o tres cuartos de gatito. MODELO DE SCHRÖDINGER Schrödinger estableció que: MODELO CUÁNTICO ✓ Los electrones no se mueven en caminos establecidos y fijos alrededor del núcleo, sino describiendo ondas. ✓ Es imposible conocer la ubicación exacta del electrón. ✓ Existen “nubes de probabilidad” llamados orbitales, los cuales son las regiones que tienen mayor probabilidad de encontrar un electrón en su interior. Este es el modelo atómico más aceptado en la actualidad. Schrödinger formuló una ecuación que describe el comportamiento y la energía de las partículas subatómicas en general; esta ecuación es análoga a las leyes de Newton del movimiento. Resolver la ecuación de Schrödinger implica hacer cálculos avanzados que no se analizarán aquí. Rutherford y otros investigadores habían propuesto que debería existir otro tipo de partícula subatómica en el núcleo, hecho que el físico inglés James Chadwick probó en 1932. Cuando Chadwick bombardeó una delgada lámina de berilio con partículas alfa, el metal emitió una radiación de muy alta energía, similar a los rayos gamma. Experimentos posteriores demostraron que esos rayos en realidad constan de un tercer tipo de partículas subatómicas, que Chadwick llamó neutrones, debido a que se demostró que eran partículas eléctricamente neutras con una masa ligeramente mayor que la masa de los protones.  PARTÍCULAS SUBATÓMICAS Hasta ahora hemos visto que dentro del átomo hay mayoritariamente espacio vacío, en el núcleo del átomo tenemos confinados los neutrones y protones; y alrededor una zona (nube) de probabilidad de encontrar al electrón donde se encuentran los electrones de un átomo. En la figura 2.3 se muestra la localización de las partículas elementales (protones, neutrones y electrones) en un átomo. Existen otras partículas subatómicas, pero el electrón, el protón y el neutrón son los tres componentes fundamentales del átomo que son importantes para la química. 3: Representación gráfica del átomo. En rojo los protones, en verde los neutrones y en gris la nube que representa los electrones En la siguiente tabla se muestran los valores de carga y masa de estas tres partículas fundamentales. PARTÍCULA MASA APROX. CARGA RELATIVA Electrón (e-) Insignificante -1 Protón (p o p+) 1 uma +1 Neutrón (n o n0) 1 uma 0 A continuación, se numeran algunos aspectos fundamentales, que fueron producto de las investigaciones sobre la teoría cuántica, que debemos tener en cuenta: 1. Las energías de los electrones están cuantizadas. La cantidad de energía que un electrón puede emitir o absorber son múltiplos de una cantidad establecida. 2. Los electrones se ubican en el átomo según niveles de energía cuantizados, donde la energía aumenta a medida que aumenta la distancia del electrón con respecto al núcleo. 3. Los electrones se encuentran en nubes de probabilidad llamadas orbitales. Los electrones no tienen órbitas fijas y no nos es posible definir con exactitud la posición de estos, por eso indicamos nubes donde la probabilidad de encontrarlos es mayor. 4. Las partículas como los electrones poseen propiedades ondulatorias.