Introducción a la Teoría Atómica

Sobre la Teoría Atómica

La revisión de los principales hitos relacionados con la teoría del átomo tiene para elestudiante algunos aspectos trascendentes:

Cada teoría atómica fue el resultado de una gran cantidad de observacionesy experimentos hechos por científicos, que vivieron en la misma épocay cuyos intereses en determinados aspectos de la ciencia eran muy similares.

Para que se produjera el paso desde un modelo al siguiente, tuvieron queproducirse ciertos avances en otras ciencias, como la física.

En el proceso involucrado en el nacimiento de un nuevo modelo, el MétodoCientífico fue la herramienta usada para tal fin.

El proceso científico tiene las cualidades de ser infinito, creciente y dinámico.

Sobre el método científico

OBSERVACIÓN

HIPÓTESIS

EXPERIMENTACIÓN

COMPROBACIÓN

Leyes

SI

NO

TEORÍA

Los griegos y el átomo

Aristóteles:Completando el sistema ideado por Empédocles, establece quela materia está formada por cuatro elementos: Fuego, Agua, Airey Tierra.

Leucipo y Demócrito:Establecen que la materia está formada por entidades invisibles,indivisibles y eternas llamadas átomos. Estas están en continuomovimiento y colisionando entre sí.

Durante el siglo XIX eminentes hombres de ciencia exploraron diversasáreas de la química relacionadas con la combinación de las sustancias enlas reacciones químicas, con los gases y con la formación de compuestosquímicos.

Modelos empíricos

Entre ellas destacan:

La ley de las proporciones simples (Ley de Proust)

La ley de las proporciones múltiples (Ley de Dalton)

La ley de conservación de la masa (Ley de Lavoisier)

La ley que relaciona el volumen del gas con la cantidad de partículas que lo componen. (Ley deAvogadro)

John Dalton recogió las observaciones propias y la de sus contemporáneos y elaboró unmodelo para el átomo. Este establece los siguientes enunciados:

Modelo de Dalton

1.) Toda la materia está formada por partículas muypequeñas, invisibles, llamadas átomos.

2.) Los átomos de un mismo elemento son idénticosen todas sus propiedades, incluyendo el peso.

3.) Los compuestos químicos están formados por la combinación de doso más átomos de elementos distintos que se asocian entre si enproporciones numéricas sencillas.

4.) La unión o separación de los átomos se realiza en las reaccionesquímicas. En ellas, ningún átomo se crea o se destruye y ningúnátomo se transforma en otro.

Durante el siglo XVIII las investigaciones relacionadas con la electricidad avanzan a pasosagigantados. Al finalizar el siglo, los físicos conocerán el comportamiento de la electricidaden sólidos, líquidos y soluciones salinas. Mencionemos algunos de esos avances:

Experimentos de electricidad

•1747: Franklin establece las basesconceptuales de la electricidad.

•1774: Galvani descubre una similitud entrela conducción eléctrica y el impulsonervioso.

•1790: Volta desarrolla la primera pila.•1822: Ampère descubre el

electromagnetismo.•1831: Faraday descubre el fenómeno de la

conducción eléctrica en soluciónacuosa.

Alrededor de 1888 William Crookes desarrolla una serie de experimentos para estudiarla conducción eléctrica en gases.

Para esto construye un tubo en el cual un gas a baja presión es sometido a una descargaeléctrica. Este tubo fue conocido como Tubo de rayos catódicos.

Crookes descubre en este experimento la presencia derayos de naturaleza eléctrica negativa, queposteriormente serán identificados con los electrones.

Basándose en los experimentos de Crookes y en los propios desarrolla un modelo delátomo que tiene los siguientes enunciados:

Modelo de Thomson

1.) la materia es eléctricamente neutra.

2.) Los átomos que forman la materia son macizos y tiene cargapositiva,

3.) Los electrones están imbuidos en esta estructura, de tal formaque la carga resultante es cero.

Este modelo se conoce también comoBudín de pasas.

A finales de 1800 y comienzos de 1900 se desarrollan

una serie de hallazgos que tendrán una repercusión

importante en las teorías sobre la constitución de la

materia:

Descubrimiento de la radiactividad

natural

1898: Becquerel descubre

emisiones espontáneas en sales

de uranio. Descubrimiento de los

rayos , y .

1902: Los esposos Curie descubren

dos nuevos elementos: el

Polonio y el Radio. Se acuña la

palabra Radioactividad, para

distinguir este fenómeno.

Experimento de Rutherford

En 1911 Rutherford utiliza los nuevos conocimientos obtenidos por Becquerel y los Curiepara diseñar un experimento que cambiará la visión que se tenía del átomo

Las conclusiones que Rutherford obtiene de suexperimento, dan por resultado un nuevo modelo delátomo, que tiene las siguientes características:

Modelo de Rutherford

1.) El átomo está constituido en su mayos parte por espacio vacío.

2.) En el átomo se distinguen dos partes: Núcleo y Envoltura.

3.) El Núcleo está ubicado en el centro del átomo. Es de carga eléctrica positiva y enél se concentra toda la masa del átomo.

4.) En la envoltura se encuentran los electrones, en cantidad suficiente paramantener la neutralidad eléctrica de la materia.

5.) Los electrones giran alrededor del núcleo de la misma manera que los planetasen el sistema solar .

Este modelo se conoce también como modelo planetario.

Modelo de Rutherford

Características de las partículas

subatómicas

Partícula Carga Masa Símbolo

Electrón -1 1/1840 e-

Protón +1 1 p+

Neutrón 0 1 n

Número atómico (Z) y Número

másico (A) • El Número Atómico (Z): corresponde a la cantidad de protones que posee unátomo.

• El Número Másico (A): corresponde a la cantidad de protones y neutrones queposee un átomo.

Vale decir

Si el átomo está eléctricamente neutro, el Z, corresponderá al número de electronesque posee el átomo.

neutronesnº A Z

Y por lo tanto,

protones neutronesA nº nº

Simbología para Z y A

Si se quiere representar un elemento cualquiera indicando su Z y A, podemoshacerlos de las siguientes formas equivalentes:

Sea X el símbolo de un elemento químico cualquiera, entonces

AZX A

Z Xó

Ejemplos:

8O16 , 1H1, 7N14, 17Cl35, 17Cl36

• Isótopos: Son átomos que tienen el mismo Z y distinto A.

Tipos de Átomos

• Isóbaros: Son átomos que tienen distinto Z e igual A.

• Isótonos: Son átomos que tienen la misma cantidad de neutrones.

• Cationes: Son átomos que han perdido uno a máselectrones. Presentan carga positiva.

• Aniones: Son átomos que han captado uno o máselectrones. Presentan carga negativa.

Ejemplos: 17Cl35 y 17Cl36

Ejemplos: 6C14 y 7N14

Ejemplos: 5B11 y 6C12

Ejemplos: Ba+2 y Fe+3

Ejemplos: S-2 y Cl-

Modelo de Leucipo y

Demócrito

Modelo de Dalton

Modelo de Thomson

Modelo de Rutherford

Modelo de Rutherford-Bohr

Modelo Mecano cuántico

Leyes ponderalesProust, Dalton, Avog

adro, Lavoisier.

ElectricidadFranklin, Galvani,

Volta, Faraday, Crookes, Thomson

RadiactividadBecquerel, Esposos

Curie.

Mecánica CuanticaPlanck, Einstein.

Principio de Incertidumbre.

Ecuación de Onda Heisenberg, Schrödinger.

Síntesis de la Clase

LA MATERIA

ATOMOS

NÚCLEO ENVOLTURA

NEUTRONES PROTONES ELECTRONES

ZA

Síntesis de la Clase

ISÓBAROSISÓTOPOSISÓTONOS

IONES

Espectros de emisión de una onda

electromagnética

Los cuerpos calientes emiten energía en forma de radiación, y lo hacen en forma continua, esdecir, la radiación está formada por todas las frecuencias, desde las pequeñas a las grandes.

Espectros atómicos de

emisión

Por el contrario, el espectro de emisión de los

elementos gaseosos a baja presión no es continuo,

sino que la radiación está formada por algunas

frecuencias que se pueden separar por métodos

ópticos (usando un prisma).

Un espectro de absorción atómico se caracteriza

porque hay bandas faltantes

Otra manera de esquematizar esta clase de espectros, se muestra en las siguientesláminas

Veamos algunos

ejemplos:

El espectro de emisión del hidrógeno es el más sencillo de todos y, por ello, el más estudiado.

Espectros de emisión del

Hidrógeno

La primera serie que se observó fue, por razonesobvias, la de frecuencias correspondientes a laporción visible del espectro.La descubrió y estudió el físico suizo J. J. Balmer(1825 – 1898), por lo que se conoce con el nombrede serie de Balmer.

Se compone de varias series de bandas, que aparecen en la zona ultravioleta, en la visible y enel infrarrojo.

Rn2

1 1 1

4

Balmer encontró una relación empírica para las longitudes de onda de las radiacionesobservadas

Al estudiar la radiación no visible se detectaron otras series de líneas o rayas que se conocen,también, con el nombre de sus descubridores:

Lyman, formada por radiación ultravioleta

Paschen, Brackett y Pfund, formadas por radiación infrarroja

Posteriormente el físico sueco J. Rydberg (1858 – 1919), encontró una expresión matemáticaque incorporaba las relaciones encontradas por los otros físicos, conocida en la actualidad comola ecuación de Rydberg.

Rn n2 2

1 2

1 1 1

Donde n1 y n2 es una variable que puede tomar valores naturales, de manera que n1 <n2.

Esta ecuación sólo reproduce los valores encontrados experimentalmente, pero no ofreceninguna explicación del fenómeno.