UNIDAD I Evolución del pensamiento científico y estructura atómica de la materia.

EL MODELO ATOMICO ORIGEN Y EVOLUCION

El concepto de átomo surgió en la antigua Grecia, lo planteó Demócrito Leucipo(460-370 a. C.). Para él, toda la materia estaba hecha de componentes muy pequeños que eran indivisibles, a los que llamó átomos.

Empédocles Teoría de los cuatro elementos (cerca del 450 AC Aristoteles

John Dalton (1766 – 1844) Fue el primero en aplicar el concepto de átomo Para explicar los fenómenos químicos. Entre sus postulados de su teoría atómica se encuentran los siguientes: Toda la materia esta constituida por átomos Los átomos de un elemento son idénticos Los átomos son indivisibles e indestructibles. Además introdujo la primera simbología química

Empédocles Teoría de los cuatro elementos (cerca del 450 AC Aristoteles

NATURALEZA ELECTRICA DE LA MATERIA Actividad de indagación: “La electricidad en el día a día” ¿Cómo se relaciona la electricidad con lo observado en esta actividad? ¿Qué cambios ocurrirán en el globo después de frotarlo? Representa por medio de un dibujo o esquema el fenómeno observado?

Experimento de Thomson: Rayos catódicos Preguntas para los alumnos: ¿Qué faltó en la idea del átomo propuesta por los griegos? • Según tus actuales conocimientos, ¿son correctos los postulados de Dalton? • Investiga a través de Internet, dos ejemplos de aplicación moderna del tubo de rayos catódicos.

Joseph John Thomson (1856 – 1940) Físico Británico, fue el descubridor de los electrones, si bien ya se sabia de la naturaleza eléctrica de la materia, no fue hasta sus experimentos de rayos catódicos, los que determinaron la existencia de los electrones. Primer modelo de átomo

Ernest Rutherford (1871 – 1937) Físico Neocelandés. Fue discípulo de J.J. Thomsom, fue el descubridor del núcleo atómico al que asigno carga positiva (+) ya que eran estos los que cambiaban las trayectorias de partículas a al chocar con un a lamina de oro. modelo atómico con núcleos y orbitas electrónicas

Experimento de Rutherford: Descubrimiento del Protón

Experimento de Rutherford: Descubrimiento del Protón

LAS PARTICULAS QUE COMPONEN EL ATOMO El neutrón fue descubierto en 1930 por el físico James Chadwick

NUMERO ATOMICO Y NUMERO MASICO X Z A – Masa atómica Nº Total Protones y Neutrones Z – Número atómico Nº Total Protones o de Electrones C – Carga Valores + o -

Isótopos de Hidrogeno Hidrogeno Deuterio Tritio

INICIO DE LA ERA CUANTICA: MODELO ATOMICO ACTUAL

ENERGIA CUANTIZADA O QUANTUM DE ENERGIA ¿Qué ocurre con el electrón cuando gira alrededor del núcleo? ENERGIA CUANTIZADA O QUANTUM DE ENERGIA

modelo atómico cuantizado Niels Bohr (1885 – 1962) Físico Danés, colaborador de Thomsom y Rutherford, incorporó al modelo el “quántum de energía” propuesto por Max Planck (1858-1947), que consiste en que la energía viene en unidades fundamentales (paquetes de energía) llamadas fotones. Así, el modelo de Bohr sitúa los electrones sin que giren libremente a cualquier distancia del núcleo, sino que ocupan un espacio determinado a una cierta distancia del núcleo, describiendo una ruta por la cual transitan los electrones, conocida como niveles de energía. Cada nivel es distinto de otro en su tamaño y energía, dependiendo de la distancia a la cual se encuentren del núcleo. modelo atómico cuantizado

Espectro visible de Hidrogeno Series de Balmer

Espectro visible de Hidrogeno

MODELO ATOMICO DE BOHR Un nivel de energía es una región del espacio en donde podemos encontrar un electrón. En cada nivel de energía hay espacios en las que existe la probabilidad de encontrar un electrón, esta zona se denomina orbital.

POSTULADOS DE BOHR Los átomos poseen un núcleo central en el que se concentra casi la totalidad de su masa. • Los electrones giran en órbitas fijas y definidas, que corresponden a niveles de energía (n), con valores 1, 2, 3,…desde la órbita más cercana al núcleo. • Los electrones más cercanos al núcleo tienen menor energía que los más alejados de él. • Mientras un electrón gira en una determinada órbita, no consume ni libera energía: se dice que se encuentra en un estado fundamental. • Cuando un electrón absorbe energía desde una fuente externa, cambia de nivel, lo que se denomina “salto electrónico”, y deja al átomo en un estado excitado. Este estado es inestable, por lo que el electrón reemitirá la energía absorbida en forma de un fotón (quántum de energía) volviendo al estado fundamental. • El número máximo de electrones por nivel de energía corresponde al valor de la fórmula 2n2.

Louis Victor de Broglie (1892 – 1987) Físico Francés, propuso una nueva idea al comportamiento atómico, la posibilidad que las partículas tuvieran propiedades ondulatorias. Idea que se comprobó al detectarse la difracción de un haz de electrones. Asociación de ondas a orbitas quánticas

Principio de Incertidumbre de Heisenberg Actividad de Indagación: ¿Se puede determinar con exactitud la velocidad y posición de un electrón? ¿Se puede saber? En 1927, el físico alemán Werner Heisenberg (1901-1976), asumiendo el comportamiento ondulatorio de los electrones, planteó que es imposible conocer simultáneamente la posición y velocidad de un electrón. Cuanto más exacta sea la determinación de una de estas variables más inexacta será la de la otra. Es decir, no se puede determinar con precisión el recorrido que los electrones siguen cuando se mueven en torno al núcleo.

n : principal m : magnético s : spin Erwin Schrödinger (1887 – 1961) Físico Austriaco, propuso las bases del modelo atómico moderno: “las funciones de onda” ( ). Aparecen los números cuánticos y el concepto de “Orbital” Ecuación de Schrödinger n : principal l : momento angular m : magnético s : spin

MODELO ATOMICO ACTUAL Actividad de Indagación: Posibles preguntas:

(relacionar con la actividad anterior) MODELO ATOMICO ACTUAL (relacionar con la actividad anterior) En el modelo atómico actual se define el concepto de orbital atómico como una región del espacio alrededor del núcleo en la que la probabilidad de encontrar un electrón es alta. Para describir cómo se ordenan los electrones del átomo, se considera que: • Los orbitales se encuentran organizados en niveles de energía. Estos niveles van del 1 al 7. • Mientras más lejos están los electrones del núcleo, mayor es su nivel de energía. • Cada nivel de energía se divide en subniveles. • Un subnivel está compuesto de orbitales que tienen las mismas características dentro de un nivel de energía.

MODELO ATOMICO ACTUAL

¿Cómo relacionarlos con la actividad de indagación anterior? NUMEROS CUANTICOS Los estados de energía permitidos para un electrón están determinados por los números cuánticos n : principal (nivel de energía) l : secundario (forma del orbital y energía del subnivel: s, p, d, f) ml : magnético (orientación del orbital en el espacio: 0, + 1, + 2, … ) s : espín ¿Cómo relacionarlos con la actividad de indagación anterior?

Orbital s Orbital px Orbital py Orbital pz

Orbital dxy Orbital dzy Orbital dz2 Orbital dxz Orbital dz2y2

NUMEROS CUANTICOS Actividad de indagación: “Numero cuántico de espín” ¿Qué orientación tienen los giros de la bailarina? ¿Qué cantidad de espacio total representa cada orientación del giro? El electrón gira sobre su propio eje, genera un campo magnético y esta propiedad se denomina espín. Los electrones, al ser subpartículas cargadas, se comportan como pequeños imanes con dos posibilidades de espín: los dos únicos valores de ms son +1/2 y - 1/2 y se representan por las flechas ↓ y ↑

CONFIGURACION ELECTRONICA DE LOS ELEMENTOS La forma en la que se distribuyen los electrones en los orbitales de un átomo en su estado fundamental se denomina configuración electrónica (CE). La distribución de los electrones en niveles y orbitales atómicos alrededor del núcleo, dado por los tres primeros números cuánticos. Se usa la abreviación: nlx Principio de exclusión de Pauli Regla de las diagonales o aufbau Principio de máxima multiplicidad o regla de Hund

Configuración electrónica: Regla de Hund Actividad de Indagación: “Regla del asiento vacío” ¿Por qué crees que ocurre esta situación descrita? Si cada persona es un electrón de espín ¿Cuántas personas de espín positivos hay en los recuadros 2 y 3? c) ¿En que momentos comienzan a aparecer los espín negativos?

Configuración electrónica: Regla de Hund La fuerza de repulsión electrostática entre dos electrones será la mínima cuanto más alejados estén uno del otro. De acuerdo con este hecho y con el principio de exclusión de Pauli, en 1927 se enunció la regla del físico alemán F. Hund, según la cual: En la configuración de mínima energía, cuando los electrones llenan orbitales diferentes que poseen la misma energía, los electrones permanecen desapareados al máximo y mantienen espines paralelos. Los electrones, al repelerse unos con otros, no se aparearán mientras haya niveles energéticos adecuados que estén vacíos.

Sistema modificado para Átomos Poli-electrónicos Sistema basal para Átomo de Hidrogeno

1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p Configuración electrónica Regla diagonal Orden de llenado 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p

Configuración electrónica: Información que entrega Actividad de indagación:

Configuración Electrónica Abreviada La configuración electrónica de un elemento puede abreviarse escribiendo entre corchetes el símbolo del gas noble anterior y, a continuación, la configuración electrónica externa (CEE). Na: [Ne]3s1. Li: [He]2s1. Electrones Internos Electrones de Valencia entre corchetes fuera de conf. de gas noble

Configuraciones electrónicas y la tabla periódica En la tabla periódica los átomos están ordenados por número atómico. Producto de esta organización, los átomos se encuentran ordenados por propiedades en común o propiedades periódicas, que derivan de la organización de la configuración electrónica.

Configuraciones electrónicas y la tabla periódica Actividad de indagación: Ubicación de un elemento en la tabla periódica ¿Qué semejanzas observas en la configuración electrónica del Berilio y magnesio? ¿Qué diferencias encuentras en la CEE del cloro y argón?

Configuraciones electrónicas y la tabla periódica La tabla periódica está estructurada de modo que los elementos están relacionados por un mismo tipo de configuración de los electrones de valencia o la capa más externa. Be [He]2s2 Mg [Ne]3s2 Ca [Ar]4s2 Sr [Kr]5s2 Ba [Xe]6s2 Ra [Rn]7s2 Grupo IIA (2A) ns2

La Tabla Periódica Grupos Periodos

CLASIFICACION DE LOS ELEMENTOS

PRIOPIEDADES PERIODICAS Para organizar los elementos en la tabla periódica, se han establecido criterios que son comunes a algunos elementos, así tenemos metales, no metales, metaloides y gases nobles. Cada grupo de elementos posee ciertas propiedades comunes, sin embargo, si analizamos la tabla periódica en su conjunto encontraremos propiedades, llamadas propiedades periódicas.