Teorías atómicas

1. TEORÍAS ATÓMICAS Prof. Jaime Peña Chinchay.

2. Índice • Teoría atómica de Dalton • Partículas subatómicas • Modelos atómicos • Modelo atómico actual • Propiedades del núcleo atómico • Isótopos, isóbaros e isótonos • Ubicando un electrón • Distribución de electrones • Radiactividad • Fisión nuclear

3. Cl Cl H H H H H H H H H Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl 4 masa átomo H 1 masa átomo H 1 masa átomo Cl 4 masa átomo Cl S S S O O O O O O 1 masa átomo O 2 masa átomo O 3 masa átomo O 1 masa átomo S 1 masa átomo S 1 masa átomo S Teoría atómica de Dalton • La teoría de Dalton sostiene los siguientes puntos: La materia está formada por átomos, que son partículas rígidas, indivisibles e indestructibles. Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí y tienen la misma masa. • Dalton formuló tres leyes: Ley de conservación de la masa. Los átomos no se crean ni se destruyen. + Ley de las proporciones definidas. Los elementos se combinan en proporciones numéricas fijas. Ley de las proporciones múltiples. Las cantidades de dos elementos están en relación de números enteros sencillos.

4. Partículas subatómicas Determinación de la carga-masa del electrón Descubrimiento del protón Descubrimiento del electrón En 1909, Robert Millikan determinó la carga del electrón, usando gotitas de aceite en suspensión. J.J. Thomson descubrió el electrón en 1897, empleando tubos de rayos catódicos diseñados por William Crookes, y demostró que sí era posible el paso de corriente eléctrica en el vacío. Rayos α: se comprobó que eran partículas con masa y carga positiva. γ Ánodo (+) Rayos β: se comprobó que eran partículas con muy poca masa y con carga eléctrica negativa. Placa negativa Placa positiva Atomizador de aceite α β Placa cargada positivamente Cátodo (-) + Rayos γ: se comprobó que eran radiaciones sin masa ni carga eléctrica. Gota de aceite cargada Hélice de zinc Microscopio Fuente radiactiva Cámara de plomo Rayos X - Como el rayo era atraído por la placa positiva (ánodo), se dedujo que estaba formado por partículas eléctricas con carga negativa. Estas partículas tienen masa, ya que hacen girar la hélice de zinc. Placa cargada negativamente

5. Modelos atómicos Modelo atómico de Thomson Modelo atómico de Rutherford Modelo atómico de Bohr Rutherford afirmó en 1911 que los átomos están formados por un núcleo muy pequeño, que concentra toda la masa y la carga positiva. Los electrones giran a su alrededor en órbitas similares a las que describen los planetas alrededor del Sol. Niels Bohr propuso en 1913 un nuevo modelo, en donde el átomo está constituido por un núcleo central muy pequeño, que concentra casi toda la masa del átomo, y por electrones que giran alrededor del núcleo en órbitas circulares. Cuando el electrón es excitado y pasa de una órbita a otra, se produce la emisión o absorción de energía en forma de luz. En 1904, J.J. Thomson consideró que el átomo debía ser una esfera de carga positiva, y que los electrones estaban insertados en ella.

6. Modelo atómico actual El modelo mecánico cuántico plantea que el átomo está constituido por dos zonas: el núcleo y la nube electrónica. Núcleo Formado por protones y neutrones, concentra prácticamente toda la masa del átomo. Nube electrónica Espacio donde se mueven los electrones que, a su vez, tiene niveles y subniveles de energía y orbitales. Estos son los lugares específicos por donde se desplazan los electrones.

7. A 12 Z 6 X C H H H H H H C H H H H H H Propiedades del núcleo atómico De la cantidad de protones y neutrones que hay en el núcleo, se derivan dos conceptos: el número atómico y el número de masa. Número atómico (Z). Indica la cantidad de protones (p+) en el núcleo. Dado que la carga eléctrica de un átomo neutro es nula, el número atómico es igual al de electrones (e-). Número de masa (A). Indica la cantidad de protones (Z) y neutrones (n) presentes en el núcleo del átomo de un elemento. Masa atómica. Es la medida de la cantidad de materia que posee el átomo.

8. 12 12 14 11 40 40 20 6 18 6 5 6 B C Ca C C Ar Isótopos, isóbaros e isótonos Los isótopos son átomos del mismo elemento que tienen el mismo número de protones, pero se diferencian en el número de neutrones. Los isóbaros son átomos de distintos elementos que poseen igual número de masa, pero diferente número atómico y de neutrones. Los isótonos son átomos de distintos elementos que poseen igual número de neutrones, pero diferente número de protones y, por lo tanto, de masa.

9. + Ubicando un electrón Los niveles de energía (n) son las regiones de la nube electrónica donde se encuentran los electrones con similar valor de energía. K L M N O P Q 1 5 n 2 3 4 6 7 Cada nivel de energía de un átomo tiene uno o más subniveles, debido a que cada uno tiene una capacidad fija para alojar electrones (e-). Los subniveles se designan por las letras s, p, d, f. Los orbitales son regiones de la nube electrónica donde la posibilidad de encontrar un electrón es máxima. Un orbital puede albergar como máximo 2 electrones que se diferencian entre sí por el sentido de giro sobre su eje. Orbital desapareado Orbital apareado s = 2e- d = 10e- p = 6e- f = 14e-

10. s s s s s s s p p p p p p d d d d f f Distribución de electrones La configuración electrónica de un átomo es el modo como están distribuidos los electrones alrededor del núcleo. Se rige por tres principios: 1. Principio de mínima energía. Los electrones se colocan en el orbital de menor energía disponible. 2. Principio de exclusión de Pauli. En un átomo, no puede haber dos electrones que tengan los cuatro números cuánticos iguales. 1 5 2 3 4 6 7 3. Principio de la máxima multiplicidad de Hund. Cuando por los dos principios anteriores se puedan dar varias configuraciones, la más favorable es la que permite el mayor número de electrones con el mismo espín (desapareados).

11. Radiactividad Cuando la cantidad de protones y neutrones es muy alta (más de 83), el átomo se torna inestable y se desintegra emitiendo radiaciones. Radiación alfa (rayos α). Se llama también radiación ionizante. Sus partículas están formadas por dos protones y dos neutrones (núcleos de helio). Su carga es positiva y se emite a gran velocidad. Tiene muy poco poder de penetración. Radiación gamma (rayos γ). Es una radiación neutra, del mismo tipo que la luz. Sus partículas tienen gran poder de penetración y para detenerlas es necesario utilizar gruesas placas de plomo o de hormigón. Radiación beta (rayos β). Está formada por electrones. Su carga es negativa y su masa es muy pequeña. Sus partículas tienen mayor poder de penetración que las α.

12. Fisión nuclear Se inicia al bombardear un núcleo grande con determinadas partículas, que pueden ser neutrones o núcleos más pequeños. Así, se liberan otros neutrones que rompen otros núcleos grandes en lo que se denomina una “reacción en cadena”.