El átomo divisible THOMSON y RUTHERFORD

APRENDIZAJE ESPERADO Conocer el modelo atómico de Thomson Conocer el modelo atómico de Rutherford Interpretar la evidencia experimental que llevo a los científicos a proponer su respectivo modelo

APRENDIZAJE ESPERADO Explicar los aportes y errores del modelo atómico de Thomson y Rutherford. Comparar el modelo atómico de Thomson y Rutherford en cuanto componentes, aciertos y errores Analizar el experimento de Rutherford y sus consecuencias. Describir la estructura del átomo propuesta por Rutherford.

MODELO DE THOMSON El primer modelo detallado del átomo fue propuesto por J.J THOMSON, que se basaba en la idea de un átomo como una esfera de electricidad positiva (densidad de carga uniforme), donde estaban incrustados los electrones. Esta descripción del átomo no era muy satisfactoria, porque no servía para predecir o explicar las propiedades químicas del átomo. Sólo explicaba la naturaleza eléctrica de él.

La cantidad de electrones que contiene un átomo es la necesaria para compensar la carga positiva, así el átomo es neutro. Los electrones poseen carga eléctrica negativa. Ejemplo: Si hay 3 cargas positivas, necesariamente deben existir 3 electrones, así el átomo se mantiene neutro

IMPORTANTE DE SABER La asignación de carga negativa al electrón fue una decisión arbitraria. Pudo haber sido al revés, o incluso pudo emplearse una denominación totalmente diferente.

ERNEST RUTHERFORD (1871-1937) En 1909, Rutherford, supervisando a Geiger y Marsden, examinó la validez del modelo de Thomson en su ahora famoso experimento de la lámina de oro.

EXPERIMENTO LÁMINA DE ORO Consistió en bombardear láminas de oro muy delgadas con partículas alfa, que son átomos de helio doblemente cargados (He2+), partículas positivas provenientes de un material radiactivo, por medio de una pantalla de sulfuro de Zinc (ZnS)

El aparato de Rutherford Rutherford received the 1908 Nobel Prize En Chemistry for his pioneering work en nuclear chemistry. Rayo de partículas alfa Sustancia radiactiva Alquimia moderna “Ernest Rutherford (1871-1937) fue la primera persona en bombardear átomos artificialmente para producir elementos transmutados. Cuando Rutherford disparó partículas alfa a una delgada lámina de oro, descubrió que mientras que la mayoría viajaba en línea recta, algunas partículas eran desviadas en diferentes ángulos. ZnS circular – cubierta de Pantalla fluorescente Lámina de oro Dorin, Demmin, Gabel, Chemistry The Study of Matter , 3rd Edition, 1990, page 120

DISPERSIÓN DE LAS PARTÍCULAS ALFA De acuerdo al Modelo de Thomson las partículas a deberían ser levemente desviadas Rutherford descubrió que esas partículas se desviaban en ángulos amplios y podían ser reflejadas directamente hacia atrás de la fuente. Fuente de partículas colimador de plomo Lámina de oro a q Los resultados de Rutherford sugerían que tanto la masa como la carga positiva estaba concentrada en una pequeña fracción del volumen del átomo, llamado núcleo. Rutherford estableció que el núcleo del átomo de H tenía una partícula cargada positivamente, el cual él le llamó protón. También sugirió que el núcleo de otros elementos diferentes al H deben contener partículas eléctricamente neutras, con igual masa que el protón. El neutrón fue descubierto en 1932 por el estudiante de Rutherford, Chadwick. Debido al trabajo de Rutherford, quedó claro que una partícula α contiene 2 protones y 2 neutrones—el núcleo del átomo de helio.

¿Qué esperaba que sucediera? Las partículas alfa pasaran a través de la lámina sin cambiar de dirección (mucho) Debido que las cargas positivas estaban dispersas. Ellas solas no serían suficientes para parar las partículas alfa. Debido a que pensaba que la masa estaba regularmente distribuida en el átomo. California WEB

el aparato de Rutherford Rayo de Partículas alfa Sustancia radiactiva Rutherford, deseaba saber cuán grande eran los átomos. Usó radioactividad, partículas alfa – partículas cargadas positivamente, liberadas por los átomos de Polonio. Le disparó a una pequeña Lámina de oro (~0.5 um grosor) la cual tiene unos pocos átomos de espesor. Pantalla fluorescente circular –cubierta con ZnS Lámina de oro Dorin, Demmin, Gabel, Chemistry The Study of Matter , 3rd Edition, 1990, page 120

¿Qué esperaba Rutherford?…

Debido a que pensaba que la masa estaba regularmente distribuida en el átomo - - - - -

Debido a que pensaba que la masa estaba regularmente distribuida en el átomo -

¿Qué obtuvo?… Reflexión de partículas alfa

¿Qué obtuvo?… Reflexión de partículas alfa

Los resultados que predijo: Vía esperada Marcas esperadas en la pantalla Resultados observados: Marcas en la pantalla Vía probable de partículas alfa

Interpretando las desviaciones observadas . Lámina de oro . Rayo de Partículas alfa partículas No desviadas . . Las observaciones: (1) la mayoría de las partículas alfa pasaron sin desviarse a través de la lámina de oro. (2) algunas partículas alfa se desviaron levemente a medida que pasaban a través de la lámina de oro (3) unas pocas (aproximadamente 1 en 20.000) eran muy desviadas. (4) un pequeño número de partículas, similar al anterior, no cruzó la lámina de oro, pero rebotaban y volvían a la fuente de partículas. Rutherford pensó que cuando las cargas positivas de las partículas alfa pasaban cerca de la carga positiva del núcleo, ocurría una fuerte repulsión provocando la desviación de las partículas en ángulos extremos. interpretación del experimento de Rutherford: Si los átomos de la lámina de oro tienen un núcleo masivo cargado positivamente positiva y los electrones livianos están fuera del núcleo, se puede explicar esto como: (1) una partícula alfa pasa a través del átomo sin desviarse (un destino compartido por la mayoría de las partículas alfa); (2) una partícula alfa es desviada levemente cuando pasa cerca de un electrón; (3) una partícula alfa es muy desviada cuando pasa cerca al núcleo atómico; y (4) una partícula alfa rebota y vuelve hacia atrás cuando alcanza el centro del núcleo. Partícula desviada Dorin, Demmin, Gabel, Chemistry The Study of Matter , 3rd Edition, 1990, page 120

EVIDENCIA EXPERIMENTAL partícula rebota en el átomo? Caso A Caso B partícula pasa a través del átomo? partícula atraída por el átomo? Caso C . el trayecto de la Partícula es alterado a medida que pasa a través del átomo? Caso D

Detectó que la mayoría de las partículas la atravesaban sin sufrir desviaciones importantes y sin perder velocidad. Sin embargo una de cada un millón de partículas positivas eran desviadas en un ángulo mayor de noventa grados y un número bajo de partículas eran completamente rechazadas

Explicación de los resultados del modo de dispersión de las partículas alfa + - partículas alfa Átomo nuclear Núcleo Pudin de pasas Modelo de Thomson Modelo de Rutherford

Resultado del experimento si el modelo Pudin de pasas hubiese sido correcto. Electrones dispersos en el átomo Cargas positivas + - + - + + - + - - + + - + - - Zumdahl, Zumdahl, DeCoste, World of Chemistry 2002, page 57

INTERPRETACIÓN DE RUTHERFORD _ Rutherford interpretó este resultado sugiriendo que las partículas a interactuaban con partículas muy pequeñas y densas. _ Ya que la mayoría de las partículas cruzaban la lámina, el átomo era en su mayor parte espacio vacío. _ Debido a que los rayos alfa eran muy desviados, la parte positiva tenía mucha masa. _ Volumen pequeño y masa grande implica una gran densidad (Esta área positiva y densa es el núcleo).

Conclusiones: El átomo es en su mayor parte espacio vacío El núcleo tiene carga positiva (+) Los electrones giran alrededor del núcleo “Experimento de la lámina de oro de Rutherford”   Descripción Esta diapositiva ilustra el experimento de E. Rutherford con partículas alfa y una Lámina de oro y su interpretación de los resultados. Conceptos Básicos Cuando partículas cargadas son dirigidas a alta velocidad hacia una lámina metálica que hace de BLANCO, la mayoría pasa a través de ella sin sufrir desviación, pero algunas partículas son desviadas en ángulos grandes. Los Solidos están compuestos de átomos que están estrechamente empacados. Los átomos en su mayor parte corresponde a espacio vacío. Todos los átomos contienen un núcleo relativamente pequeño, masivo y cargado positivamente. El núcleo está rodeado por electrones cargados negativamente, los cuales tienen un masa insignificante y que ocupan un volumen relativamente grande. Sugerencias de enseñanza Use esta diapositiva para describir y explicar el experimento de Rutherford’s. Rutherford diseñó el aparato mostrado en la figura (A) para estudiar la dispersión de partículas alfa por los átomos de oro. Los estudiantes pueden tener dificultades con los conceptos en este experimento debido a que ellos carecen de los antecedentes físicos necesarios. Para ayudar a los estudiantes a comprender cómo se determinó que el núcleo es relativamente masivo, use las preguntas 3 y 4 para explicar el concepto de inercia. Explique que la fuerza electrostática es directamente proporcional a la cantidad de carga eléctrica involucrada. Una carga mayor ejerce una fuerza mayor (Trate de comparar la fuerza electrostática con la fuerza de gravedad, la cual es mayor cerca de un objeto masivo como el sol, pero es menor cerca de un objeto menos masivo, como la luna.) La fuerza ejercida sobre una partícula alfa por un núcleo concentrado debería ser mucho mayor que la fuerza ejercida sobre una partícula alfa por un solo protón. Así, mayores desviaciones resultarán de un núcleo denso que de un átomo con cargas positivas difusas (como lo ilustra el modelo de Thomson). Señale que Rutherford usó la física para calcular cuán pequeño debería ser el núcleo para producir las amplias desviaciones observadas. Él calculó que el tamaño máximo posible del núcleo es de aproximadamente1/10.000 del diámetro del átomo. Rutherford concluyó que el átomo es en su mayor parte espacio vacío. Preguntas Si los átomos de oro fueran esferas sólidas, empacadas muy juntas sin espacio entre ellos ¿qué esperarías que pase con las partículas alfa disparadas sobre ellos? Explica tu respuesta. Cuando Ernest Rutherford ejecutó el experimento mostrado en diagrama (A) observó que la mayoría de las partículas alfa partículas alfa pasaban a través de la lámina de oro. También notó que la Lámina de oro no pareció ser afectada. ¿cómo pueden ser explicadas estas dos observaciones? ¿Puedes explicar por qué Rutherford concluyó que la masa del núcleo del átomo de oro debe ser mucho mayor que la masa de una partícula alfa? (Pista: Imagina que una canica (bolita de vidrio) golpea a otra bolita a alta velocidad. Compara esto con una bolita chocando con una bola de boliche.) ¿Piensas que, en el experimento de Rutherford, los electrones en los átomos de oro deberían desviar a las partículas alfa significativamente? ¿por qué si o por qué no? (Pista: la masa del electrón es extremadamente pequeña) Rutherford experimentó con muchas clases de láminas metálicas como blanco. Los resultados fueron siempre similares. ¿Por qué fue importante hacer esto? Un amigo trata de convencerte de que los átomos de oro son sólidos debido a que el oro también se siente sólido. Tu amigo también te argumenta que, debido a los electrones cargados negativamente son atraídos hacia el núcleo cargado positivamente, los electrones colapsarían en el núcleo. ¿qué le responderías? Como sabes, las cargas similares se repelen unas a otra. Más aún, Rutherford determinó que el núcleo contiene toda la carga positiva de un átomo. Invente una teoría que explique cómo todas las cargas positivas pueden estar contenidas es esa pequeña área sin repelerse entre ellas. Sea creativo.

Experimento de Rutherford Zumdahl, Zumdahl, DeCoste, World of Chemistry 2002, page 56

Resultados del experimento de la lámina de oro Zumdahl, Zumdahl, DeCoste, World of Chemistry 2002, page 57

El átomo de Rutherford - - - - - - - - - - n + Zumdahl, Zumdahl, DeCoste, World of Chemistry 2002, page 57

Descubrimiento del electrón 1807 Davy sugirió que fuerzas eléctricas mantenían junto a los compuestos. 1891 Stoney propuso que la electricidad existen en unidades que él llamó electrones. 1897 Thomson midió cuantitativamente las propiedades de los electrones.

Golpe de polilla con un auto – no cambia la dirección del auto Golpe de venado – cambia mucho dirección del auto Partícula alfa polilla venado Átomo de oro ¡Un ángulo grande de desviación, debe haber chocado con un objeto masivo!

Golpe de polilla en un auto – no cambia la dirección del auto Golpe del venado – auto cambia dirección Átomo de oro Partícula alfa Auto desviado por polilla Auto desviado por venado Un gran ángulo de desviación, ¡debe haber golpeado un objeto masivo!

MODELO DE RUTHERFORD El átomo debe considerarse con un núcleo, donde se concentra prácticamente toda la masa del átomo y la carga positiva de éste. El volumen del núcleo es muy pequeño.   Todo el resto del átomo debe estar vacío y en ese espacio circulan los electrones alrededor del núcleo. Este espacio recibe el nombre de corteza electrónica o envoltura Modelo atómico de Rutherford

Two parts in a atom: nucleus and orbit.

There are three types of particles inside the atom There are three types of particles inside the atom. Particles in the orbit are neutron and proton; particles in the orbit are electrons.

ÁTOMO DE RUTHERFORD El átomo está constituido de dos partes: Núcleo: Contiene la carga positiva del átomo y casi toda su masa. Corteza: Es una gran zona vacía por donde giran los electrones alrededor del núcleo. Le da el volumen al átomo La carga positiva del núcleo se compensa con la de los electrones, luego el átomo es eléctricamente neutro.

Crítica del modelo de Rutherford: Fue fundamental la demostración de la discontinuidad de la materia y de los grandes vacíos del átomo. Por lo demás, presenta deficiencias y puntos poco claros:   - Según la ya probada teoría electromagnética de Maxwell, al ser el electrón una partícula cargada en movimiento debe emitir radiación constante y por tanto, perder energía. Esto debe hacer que disminuya el radio de su órbita y el electrón terminaría por caer en el núcleo; el átomo sería inestable. Por lo tanto, no se puede simplificar el problema planteando, para un electrón , que la fuerza electrostática es igual a la centrífuga debe haber algo más Era conocida en el momento de diseñar su teoría la hipótesis de Planck que no la tuvo en cuenta. -Tampoco es coherente con los resultados de los espectros atómicos. Los experimentos de Rutherford eran definitivos, pero el planteamiento era incompleto y lógicamente, también los cálculos.

¿Por qué el modelo atómico de Rutherford no explica la estabilidad del átomo? Los físicos de la época aplicaban las leyes de la física del movimiento de un cuerpo macroscópico, al átomo de hidrógeno, en circunstancias de que éste es un cuerpo microscópico. Según el modelo de Rutherford, los electrones giran alrededor del núcleo y, al hacerlo emiten energía .El electrón , al emitir energía , se precipitaría al núcleo, llegando irremediablemente a la destrucción del átomo.

TAMPOCO EXPLICABAN CÓMO ESTABAN DISTRIBUIDOS LOS ELECTRONES. LOS MODELOS DE THOMSON Y RUTHERFORD NO EXPLICABAN EL HECHO QUE EXISTAN ÁTOMOS CON PROPIEDADES MUY DIFERENTES (Li y He) Y OTROS CON PROPIEDADES MUY PARECIDAS (Li y Na). TAMPOCO EXPLICABAN CÓMO ESTABAN DISTRIBUIDOS LOS ELECTRONES.

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