ESTRUCTURA ATMICA I. MODELOS ATMICOS. 1. MODELOS ATMICOS. 2. PARTCULAS CONSTITUYENTES DEL TOMO. 3. MODELO ATMICO DE BOHR. 4. ACTIVIDADES.

1. MODELOS ATMICOS. La idea de la existencia de los tomos se remonta al ao 500 a. de C. porque Demcrito consideraba la materia formada por partculas indivisibles, llamadas tomos. 1.1. Teora de Dalton. Cuando Dalton elabor su teora atmica 1803, se conoca la ley de la conservacin de la materia, la de proporciones definidas y proporciones recprocas y proporciones mltiples enunciada por l mismo. La teora se puede resumir en los siguientes puntos.

1. los elementos estn formados por partculas independientes e indestructibles (tomos). 2. todos los tomos de un elemento determinado son iguales en masa y en propiedades y diferentes

a los de cualquier otro elemento. 3. los compuestos estn formados a partir de tomos de distintos elementos, entre los que se

establece una relacin numrica sencilla. 4. las relaciones que se establecen entre los tomos que forman un compuesto, hacen que est

presente unas propiedades caractersticas y que su masa sea siempre la misma. 1.2. Modelo atmico de Thomson. J.J. Thomson , en 1897 estudiando la naturaleza de los rayos catdicos, descubri el electrn. En su trabajo utiliz un tubo de rayos catdicos. Ampre y Faraday profundizaron en el estudio de la electricidad y la electroqumica sugiriendo una relacin ntima entre la materia y las cargas elctricas. El descubrimiento de las partculas subatmicas comenz cuando se impuso el tubo de descarga como herramienta de investigacin en la naturaleza de la materia. El estudio de la conductividad de gases a baja presin en un tubo de descarga revel una luminiscencia en la pared del tubo opuesta al ctodo (polo negativo). La causa de esta luminiscencia era un chorro de partculas con carga negativa que pareca provenir del ctodo. Estas partculas se denominaron Rayos Catdicos.

- Eran partculas o radiaciones que se alejaban del ctodo en lnea recta. Por ello recibieron

el nombre de rayos catdicos. - Eran partculas provistas de una gran energa cintica. Por tanto, indicaba que eran

partculas materiales y no radiaciones (giraban una rueda de paletas colocada en el camino). - Se comportaban como una corriente elctrica de carga negativa porque se desviaban hacia

la placa positiva al aplicar un campo elctrico externo. (Figura 1) Se comprob que los rayos catdicos obtenidos con gases diferentes son iguales entre s y que, en todos los casos, las partculas tenan una relacin carga / masa idntica. El valor de esta relacin fue determinado por Thomson. Q / m = -1.76 1011 C K 1 Como consecuencia, se dedujo que la electricidad no era una magnitud continua, sino que estaba formada por partculas elementales llamadas electrones.

NODO (+) CTODO ()

A LA BOMBA DE VACO

RAYOS CATDICOS

Luminiscencia

Thomson propuso que el tomo no deba considerarse como una partcula indivisible tal y como deca

Dalton, sino que estaba formado por cargas negativas, electrones. stos estaban incrustados en una masa esfrica de densidad uniforme, con carga positiva y naturaleza an no conocida. El tomo era elctricamente neutro por lo que la carga negativa total de los electrones era la misma que la positiva de la masa en la que se encontraban incrustados. Este modelo atmico desvelaba la naturaleza de los rayos catdicos (electrones liberados de los tomos del gas) y daba una explicacin a que sean idnticos independientemente del gas analizado. 1.3. Modelo atmico de Rutherford.

Becquerel (1896) descubri la radiactividad natural, lo cual llev al conocimiento de tres tipos de partculas:

- Rayos alfa []: partculas con carga positiva - Rayos beta []: partculas con carga negativa - Rayos gamma []: naturaleza inmaterial y sin carga. Son ondas electromagnticas.

Todo esto sugera la posibilidad de que los tomos no eran partculas indivisibles. El estudio con ms detalle del fenmeno que se produce en el tubo de descarga, revela la existencia de otra radiacin. Si se utiliza un ctodo perforado, se observa una radiacin de partculas con carga positiva que proviene de los canales abiertos en el ctodo. (Figura 3). Por ello, esta nueva radiacin recibe el nombre de Rayos Canales. Sus caractersticas son las siguientes:

- Est formada por partculas con carga positiva porque se dirigen hacia el ctodo e incluso lo atraviesan si presenta orificios o canales.

- La relacin entre la carga y la masa es diferente segn el gas empleado en el tubo.

Ms tarde, se comprob que la carga de estas partculas era igual a la del electrn pero de signo contrario, por lo que sugera la existencia de otra partcula subatmica con carga positiva: el protn. Rutherford discpulo de Thomson (1903) emple las partculas para determinar la estructura interna de la materia. Cuando estas partculas atravesaban lminas delgadas de metal, se observaba lo siguiente:

La mayora de las partculas atravesaba la lmina sin desviarse.

Algunas partculas se desviaban de su trayectoria inicial.

Otras partculas rebotaban contra la lmina.

Por tanto, estas observaciones no podan explicarse por el modelo de Thomson, que no prevea desviaciones de este tipo. Los resultados de Rutherford le llevaron a establecer un nuevo modelo atmico denominado MODELO NUCLEAR DEL TOMO. Segn este modelo, el tomo est formado por un ncleo y una corteza.

- El tomo posee un ncleo central pequeo, con carga positiva y que contiene casi toda la masa del tomo.

- La corteza est formada por los electrones, que giran alrededor del ncleo en rbitas circulares.

- La suma de las cargas negativas de los electrones debe ser igual a la carga positiva del ncleo, ya que el tomo es elctricamente neutro. (Figura 5)

2. PARTCULAS CONSTITUYENTES DEL TOMO. Al bombardear una muestra de berilio con partculas alfa se detecta una nueva radiacin, que carece de carga, es muy penetrante y hace retroceder a los tomos con los que choca. Para explicarlo, se supuso que la radiacin estaba formada por neutrones, unas partculas cuya masa es similar a la del protn pero carece de carga. El descubrimiento del neutrn nos permite imaginar un tomo en el que el ncleo atmico est formado por protones y neutrones. De acuerdo con ese modelo, se denomina nmero msico (A) a la suma de protones y neutrones del ncleo. Se representa por la letra A y determina el istopo del elemento. Se denomina nmero atmico (Z) al nmero de protones del ncleo. Se representa por la letra Z y determina el elemento de que se trata. Por tanto, el nmero de neutrones del ncleo es N = A Z La notacin isotpica incluye el nmero msico (A), el nmero atmico (Z) y el smbolo del elemento (X):

Electrn Protn Neutrn Smbolo e- p n Carga 1,602x10-19 1,602x10-19 0 Masa 9,109x10-28 g 1,6725x10-24 g 1,6748x10 -24 g 2.1 Istopos. Los tomos que forman un elemento no son iguales en todo, sino que puede haber tomos con las mismas propiedades qumicas pero diferente masa. Por tanto, los istopos son tomos de un mismo elemento qumico que tienen igual nmero atmico y distinto nmero msico. Los ncleos de los istopos tienen el mismo nmero de protones y un nmero distinto de neutrones, y su corteza posee el mismo nmero de electrones. En estado natural, los elementos qumicos son una muestra de varios istopos. En una muestra de un elemento qumico se denomina abundancia isotpica de cada istopo del elemento al cociente entre el nmero de tomos de dicho istopo y el nmero total de tomos que forman la muestra. Suele expresarse en porcentaje. La masa isotpica se refiere a la masa, expresada en unidades de amasa atmica, de un tomo concreto de un elemento correspondiente a un determinado istopo. 3. MODELO DE BOHR. ESPECTROS.

El origen de la teora cuntica se debe a Maxwell que afirmaba que la luz era una onda electromagntica.

Se denomina espectro a la radiacin electromagntica, visible o no, que emite o absorbe una sustancia. Dicha radiacin sirve para identificar la sustancia. a) Teora cuntica de Planck

La distribucin de energa en funcin de la longitud de onda para la radiacin que emite un slido incandescente a distintas temperaturas, se denomina Espectro continuo de emisin. Planck propuso la siguiente hiptesis: Al igual que la materia est formada por partculas elementales, la energa se emite en forma de paquetes elementales llamados cuantos de energa o fotones. La energa de cada cuanto se calcula mediante la expresin: E = h h : constante de Planck 6.625 10-34 J s : frecuencia de la radiacin b) Espectros discontinuos La luz que emite un elemento al calentarlo presenta un espectro de emisin, formado por lneas, en vez de ser una banda continua. En ese espectro, la longitud de onda de cada lnea es propia del elemento que la produce. Si en vez de calentar el elemento, hacemos pasar todas las frecuencias de la radiacin electromagntica a travs de la sustancia que se va a estudiar y analizamos las frecuencias que dicha sustancia absorbe, se obtiene un espectro de absorcin. c) Modelo atmico de Bohr Segn lo que deca Rutherford, el tomo no era estable, ya que una partcula cargada que describe un movimiento debe radiar energa de modo continuo, lo que hara que los electrones acabaran precipitndose sobre el ncleo. Bohr aplic al tomo de hidrgeno las ideas sobre la cuantizacin de la energa y elabor un nuevo modelo basado en los siguientes postulados:

- La energa del electrn dentro del tomo est cuantizada, es decir, el e- solo ocupa unas posiciones o estados estacionarios alrededor del ncleo con unos valores determinados de energa.

- El e- se mueve siguiendo rbitas circulares alrededor del ncleo. Cada una de estas rbitas corresponde a un estado estacionario o nivel de energa permitido y se asocia a un nmero natural: n = 1, 2, 3,

- Los niveles de energa permitidos al e- son aquellos en los que su momento angular, m v r (m: masa, v: velocidad del e- y r: radio de la rbita) es un mltiplo entero de H / 2pi, donde h es la constante de Planck.

- Slo se absorbe o emite energa cuando un e- pasa de un nivel de energa a otro.

E = Ef Ei E = h = E / h = (Ef Ei) / h Ef : energa del nivel de llegada Ei : energa del nivel de partida E : variacin de energa : frecuencia (abajo direccin donde podeis encontrar mas informacin sobre modelos artmicos)

http://images.google.com/imgres?imgurl=http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_fyq3/tema4/imagenes/espectro.jpg&imgrefurl=http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_fyq3/tema4/tema4.htm&h=267&w=510&sz=54&hl=es&start=16&usg=__O-QauQeDotugu_ipSqszedwjyUY=&tbnid=6W6_BC4rDS10bM:&tbnh=69&tbnw=131&prev=/images%3Fq%3Despectro%2Bde%2Brayas%26gbv%3D2%26hl%3Des%26client%3Dfirefox-a%26rls%3Dorg.mozilla:es-ES:official%26sa%3DG

4. ACTIVIDADES.

1. escribir los smbolos nucleares de tres istopos del oxgeno. (nmero atmico =8) que tienen 8,9 y 10 neutrones.

2. una de las especies ms dainas en la lluvia radiactiva es el istopo radiactivo del Estroncio 38

90Sr . Determine Z, A y nmero de neutrones de su ncleo. 3. Escribe con la notacin adecuada los siguientes istopos neutros:

a) nmero msico 35 y 19 neutrones b) nmero msico 239 y 94 electrones c) istopo de bario con 83 neutrones

4. Escribe el nmero atmico, el nmero msico, el nmero de e- y el nmero de neutrones de los istopos: 16S

34 , 7N15 , 91Pa

234 , 10Ne22

5. El magnesio presenta en la naturaleza tres istopos distintos. La abundancia relativa y las masas isotpicas de cada uno aparecen en la tabla siguiente:

Determina la masa atmica del magnesio.

6. El boro presenta dos istopos en la naturaleza: 5B

10 y 5B11, cuyas abundancias y masas isotpicas

se recogen en la siguiente tabla:

ISTOPO ABUNDANCIA (%) MASA ISOTPICA (u) 5B

10 19.6 10.01294 5B

11 80.4 11.00931 Calcula la masa atmica del boro. 7. Calcula la energa de un fotn perteneciente a una luz con una longitud de onda de 500 nm. Datos: h = 6.62 10-34 J s, c = 3 108 m s-1

8. Calcula la longitud de onda de una radiacin cuyos fotones presentan una energa de 5 10-20 J. Datos: h = 6.62 10-34 J s, c = 3 108 m s-1

ISTOPO ABUNDANCIA (%) MASA ISOTPICA (U) 12Mg

24 78.70 23.98504 12Mg

25 10.13 24.98584 12Mg

26 11.17 25.98259