Teoría atómica , números cuánticos y configuración electrónica

Química 2016

PSU

Teoría atómica de Dalton.

El trabajo de Dalton marcó el principio de la química moderna entre los años

1803 y 1808 , proponiendo un modelo atómico cuyos postulados son:

La materia está compuesta de átomos , que son las partículas más pequeñas que pueden formar compuestos , son indivisibles y no pueden ser

creados ni destruidos.

Hay distintas clases de átomos que se distinguen por su masa y sus propiedades.

Todos los átomos de un elemento poseen las mismas propiedades químicas.

Los átomos de elementos distintos tienen propiedades diferentes.

- Los compuestos se forman al combinarse los átomos de dos o más elementos en proporciones fijas y sencillas. De modo que en un compuesto los de átomos de cada tipo están en una relación de números enteros o fracciones sencillas.

- En las reacciones químicas, los átomos se intercambian de una a otra sustancia, pero ningún átomo de un elemento desaparece ni se transforma en un átomo de otro elemento, es decir solo ocurre un reordenamiento de átomos

TUBO DE RAYOS CATODICOS.

Hacia 1879, Sir Williams Crookes observó que en los tubos en que se había hecho vacío se generaban descargas eléctricas al aplicarse altos voltajes sobre electrodos.

La intensidad de la luminosidad y su color dependían de la descarga eléctrica y la naturaleza del gas dentro del tubo.

Al estudiar estos fenómenos Crookes determinó que:

• Los rayos luminosos observados, se propagaban en línea recta, ya que al colocar un objeto en su trayectoria, se produce sombra (comportamiento similar a la luz).

• El sentido de su trayectoria es de negativo (cátodo) a positivo (ánodo), debido a esto se les denominó RAYOS CATÓDICOS.

La Cruz de Malta.

El experimento consistía en que el rayo se estrellaba contra una cruz y la rodeaba, para posteriormente generar una sombra al final del tubo. Con este tubo es posible demostrar que los rayos catódicos se propagan en línea recta. Una pantalla metálica con forma de cruz de Malta, se dispone de modo que intercepte el haz de los rayos catódicos, produciendo una zona de sombra sobre la pantalla que satisface las leyes de la propagación de las ondas rectilíneas.

EXPERIMENTO DE THOMSON.

Tiene como base fundamental el tubo de Crookes , Thomson hizo circular un gas a

baja presión a través del tubo , y observó que esta fluorescencia era atraída hacia

el polo Positivo de un imán o pila , confirmando la naturaleza negativa de los rayos

catódicos. Sabiendo que los átomos eran eléctricamente neutros, Thomson estableció

que para que esta condición se cumpla, un átomo debe contener la misma

cantidad de cargas negativas y positivas . Y las cargas negativas fueron

bautizadas como electrones (e–)

MODELO ATOMICO DE THOMSON.

En el año 1903 Joseph Thomson postula que el átomo es una esfera compacta cargada

positivamente , sobre la cuál se incrustan los electrones , como el átomo es

eléctricamente neutro , el número de cargas negativas debía ser igual al número

De cargas postivas. Este modelo fue conocido como el “budin de pasas”.

En 1906, Robert Millikan determinó que los electrones (e–) tenían una carga

igual a –1,6 · 10–19 Coulomb (C), lo que permitió además establecer

su masa, infinitamente pequeña, equivalente a 9,109 · 10–31 kg.

EXPERIMENTO DE GOLDSTEIN.

Si la carga negativa (rayo catódico) proviene de un gas eléctricamente neutro (sin carga), es

lógico pensar que simultáneamente debe existir una descarga de partículas positivas que

otorgue neutralidad al gas en estudio.

En 1886 Eugen Goldstein, utilizando un tubo de rayos catódicos modificado , que contenía un

Cátodo Perforado, observó que aparte de los rayos catódicos (haces de electrones), existía una

Luminiscencia Que se alejaba del ánodo (polo positivo) y se dirigía hacia el cátodo (polo

negativo). A estos rayos Los llamó Rayos Canales , y comprobó que estos rayos estaban

compuestos de partículas positivas A las que llamó protones

DESCUBRIMIENTO DE LA RADIACTIVIDAD.

• La radiactividad es la emisión espontánea de radiación por un átomo.

• Fue observada por primera vez por Henri Becquerel

• Marie y Pierre Curie también la estudiaron.

• Ernest Rutherford descubrió tres tipos de radiación:

– partículas

– partículas

– rayos

EXPERIMENTO DE RUTHERFORD.

En 1910 Ernst Rutherford , junto con sus colaboradores Geiger y Mardsen propusieron

Un nuevo modelo de átomo , bombardeando una delgada lámina de oro con

Emisiones alfa , observando lo siguiente.

Al experimentar observó que una gran parte de las emisiones atravesaban la

lámina de oro, algunas en línea recta, tal como se esperaba, pero lo más

sorprendente era que algunas eran desviadas de su trayectoria y otras

Incluso “rebotaban”contra la lámina.

MODELO ATOMICO DE RUTHERFORD.

Rutherford estableció que el átomo estaba formado:

- Por una región central , muy pequeña , llamada núcleo en la cuál se concentran las

Cargas positivas y la mayor parte de la masa del átomo.

- El resto del átomo es un espacio practicamente vacío , la cuál ocupa la mayor parte

Del volumen del átomo

- El átomo es neutro , porque tiene el mismo número de protones en el núcleo y de

Cargas negativas (electrones) girando alrededor de él

DESCUBRIMIENTO DEL NEUTRON

En el año 1932 , James Chadwick , al bombardear una lámina de berilio con radiación

Alfa comprobó la emisión de partículas de muy alta energía y electricamente neutras a

Las que llamó neutrón.

Contradicciones en el modelo de Rutherford

El modelo de Rutherford se rige por la mecánica clásica o de Newton , pero que ocurre

Con una partícula cargada como el electrón cuando gira alrededor de otro cuerpo

Cargado positivamente???.

- Toda partícula acelerada como el electrón , cuando gira alrededor de su órbita tiende

A perder energía continuamente en forma de emisión radiante.

- Al perder energía, tendría que seguir una trayectoria en espiral , acercándose cada

Vez más al núcleo , hasta estrellarse con él , como consecuencia el átomo sería

Inestable , situación que no se observa en la realidad !!!!!!!! Ya que los átomos son altamente

Estables.

El electrón no sigue un comportamiento regido por la mecánica clásica , es necesario otro tipo de

Explicación para entender el comportamiento de un electrón.

Sólo en 1913 se pudo resolver la contradicción que se derivaba de la supuesta

Inestabilidad del átomo , fue un discipulo de Rutherford , el físico danés Niels Bohr

Quien formuló un nuevo modelo atómico que mantiene la estructura planetaria pero

Aplica los principios cuanticos establecidos por Max Planck en el año 1900 .

MAX PLANCK Y LA TEORIA CUANTICA.

En 1900 , Max Planck expuso que los átomos y las moléculas emitían o absorvían energía radiante

en cantidades discretas o en pequeños paquetes de energía , a esta mínima cantidad de energía

emitida o absorvida en forma de radiación electromagnética la llamo Quanto.

Mientras desarrollaba esta teoría, descubrió una constante de naturaleza universal que se conoce

Como la constante de Planck (h) y que equivale a 6,63x10-34 JxS.

El electrón se comportaría no emitiendo energía radiante en forma continua , como sugería

La mecánica clásica , sino que estaría emitiendo energía radiante en forma discontinua ,

En pequeños paquetes o Quantos de energía , lo que impediría que el electrón finalmente

Se estrellase con el núcleo positivo de átomo !!!!!!!!!!

MODELO ATOMICO DE BOHR

En el año 1913 el Danés Niels Bohr postuló un nuevo modelo atómico basándose en los estudios

Cuánticos establecidos por Max Planck , se basó en el átomo mas simple , es decir en el átomo

De Hidrógeno y sus postulados fueron los siguientes:

1) El átomo está formado por un núcleo positivo y una envoltura en donde se encuentran girando

Los electrones.

2).- Los electrones giran en orbitas circulares fijas y definidas alrededor del núcleo, a las cuáles llamó

Niveles energéticos , representados por la letra “n” 1,2,3 …… de adentro hacia afuera

3).- Los niveles más cercanos al núcleo poseen menor energía y los más alejados del núcleo

presentan mayor energía.

4).- Cuando un electrón está en su nivel permitido , no absorve ni emiten energía , por lo que se

encuentra en un estado de mínima energía , llamado estado basal o fundamental.

5).- Si el electrón absorbe suficiente energía externa , puede pasar a un nivel de mayor energía , en

este caso se dice que el electrón está en un estado excitado

6).- Cuando un electrón que ha sido excitado regresa a su nivel de energía permitido , emite energía

Radiante , llamada fotón.

Modelo del Átomo de Bohr

Al modelo Atómico de Bohr se le conoce con el nombre de Modelo estacionario ya que los electrones giran alrededor del núcleo en órbitas muy definidas que representan un determinado nivel de energía.

EFECTO FOTOELECTRICO

Una serie de experimentos iniciados en 1887 demostraron que al hacer incidir luz U.V sobre una

Placa metálica , se desprendían partículas que podían generar una corriente electrica , a este

Fenómeno se le llamó efecto fotoelectrico, que poseia ciertas características que no podían ser

Explicadas por la física clásica , pero que si pudieron ser explicadas por la naciente fisica cuántica de

Max Planck.

En el año 1905 , el físico alemán Albert Einstein , apoyándose en la teoría de los cuantos , explico

El efecto fotoeléctrico , propiedad que presentan algunos metales de emitir electrones al ser

Irradiados por un haz de luz .

Según Einstein , la luz que incidía sobre la superficie del metal es una corriente de diminutos

Paquetes de energía , cada paquete de energía llamada fotón , se comporta como una pequeñisima

Partícula , la cuál al incidir sobre la placa metálica , interactúa con un electrón del metal , el cuál

Absorbe la energía del fotón . SI EL FOTON TIENE LA SUFICIENTE ENERGÍA , EL ELECTRON

PUEDE SER LIBERADO DEL METAL TRANSFORMANDOSE EN UN FOTOELECTRON.

A partir de 1925 el modelo de Bohr fue sujeto a algunas modificaciones ya que el modelo de Bohr

Planteaba que la orbita de los electrones era circular y de radio fijo , con esta presunción fue

Imposible comprender los estados energéticos del electrón.

Entonces surgió la necesidad de elaborar un nuevo modelo atómico asociado al movimiento

Del electrón , el actual modelo atómico propuesto por Schrodinger es el resumen de las conclusiones

De Bohr , Louis de Broglie y Werner Heinserberg.

En 1924, el científico francés, Louis de Broglie postuló que los electrones

tenían un comportamiento dual de onda y partícula, pues cualquier partícula que

tiene masa y que se mueve a cierta velocidad, podía comportarse además como onda

En el año 1927 , considerando el carácter ondulatorio y corpuscular del electrón ,

Werner Heisenberg planteó el principio de incertidumbre , el cuál indicaba que

era imposible determinar simultáneamente la posición y la velocidad de un electrón ,

mientras más exacta sea la determinación de una de las variables más inexacta

será la otra.

Por ejemplo, si una pelota de tenis es lanzada por un compañero dentro de

una habitación, podrás determinar exactamente su posición y velocidad en

un tiempo determinado e incluso su energía.

Sin embargo, si esta misma experiencia es realizada con la cabeza de un alfiler,

la determinación de su posición, velocidad y energía simultáneamente será una

tarea bastante más compleja. No obstante, de algo sí estarás seguro, la

cabeza del alfiler no ha salido de la habitación.

.

En 1927, el físico austriaco Erwin Schrödinger, a partir de sus estudios

matemáticos, considerando además las conclusiones de De Broglie,

establece una ecuación compleja que al ser resuelta permite obtener una

función de onda, también denominada orbital, que en su expresión

cuadrática (contiene la información que describe probabilísticamente el

comportamiento del electrón en el átomo.

El orbital es entonces la región del átomo donde existe una mayor probabilidad

De encontrar un electrón , cada nivel energético tiene distinto número de orbitales en

Donde hay una alta probabilidad de encontrar electrones

Con la teoría de E. Schrödinger queda establecido que los electrones no

“giran en órbitas o niveles ”alrededor del núcleo tal como lo había propuesto N. Bohr,

sino que en orbitales, que corresponden a regiones del espacio en torno al

núcleo donde hay una alta probabilidad de encontrar a los electrones.

NUMEROS CUANTICOS :

La distribución actual que se hace de los electrones en el átomo es en forma

probabilística y se basa en los resultados proporcionados por la mecánica cuántica ,

la cuál se puede expresar de la siguiente manera:

- Los electrones están distribuidos en los niveles o capas caracterizadas por poseer un

valor de energía.

- Cada nivel energético posee orbitales , es decir regiones del espacio donde existe

una alta probabilidad de encontrar electrones.

- La distribución de electrones en los diferentes niveles energéticos o más

específicamente e n los diferentes orbitales , está basada en 4 números que reciben

el nombre de números Cuánticos