Asignatura: QUIMICA GENERAL Cuatrimestre: PRIMERO Destinatarios: Ingeniería Elécrica- Ingeniería Electrónica- Licenciatura en Cs. Físicas- Profesorado en física y Tecnología UNIDAD II: ESTRUCTURA ATÓMICA DE LA MATERIA. Evidencias que muestran la complejidad del átomo. Modelo atómico de Rutherford – Bohr. El átomo de hidrógeno. Naturaleza de la luz. Espectros atómicos. Rayos X y el número atómico. Dualidad onda – partícula. Principio de incertidumbre de Heisenberg. Modelo atómico moderno.

Cuando se estudie el tema se aprenderá :  Acerca de la evidencia de la existencia y propiedades de los electrones, protones y neutrones.  Las distribuciones de estas partículas en los átomos.  Acerca de la naturaleza ondulatoria de la luz y cómo se relacionan longitud de onda, frecuencia y velocidad.  La descripción corpuscular de la luz, y como se relaciona con la descripción ondulatoria.  Acerca de los espectros atómicos de emisión y absorción y cómo fueron la base de un importante avance en la teoría atómica.  Acerca de la descripción mecanocuantica del átomo.

Hechos experimentales naturaleza eléctrica de la materia la interacción de la materia con la energía en forma de luz.

TEORÍA ATÓMICA DE DALTON Un elemento se compone de partículas indivisibles extremadamente pequeñas llamadas átomos. Todos los átomos de un elemento tienen propiedades idénticas que difieren de las de los átomos de los otros elementos. Los átomos no pueden crearse, destruirse o transformarse en átomos de otro elemento. Los compuestos se forman cuando átomos de diferentes elementos se combinan unos con otros en una relación de números enteros sencillos. Los números relativos y clases de átomos son constantes en un compuesto dado. “los átomos no se crean ni se destruyen”

Un átomo puede definirse como la unidad básica de un elemento que puede entrar en combinación química y las partículas subatómicas que interesan en este hecho son:

NATURALEZA ELECTRICA DE LA MATERIA Experimentos permitieron determinar que el átomo contiene partículas cargadas: Radiactividad rayos ,  y  Tubos de descarga electrón Década de 1890: Roetgen …..rayos X Becquerel, Cuerie, Rutherford ……..radiactividad

La radiactividad es un término que se aplica para describir la descomposición espontánea de los átomos de ciertos elementos para producir tres clases de radiación: rayos , rayos  y rayos  : “ la descomposición del núcleo atómico” Los rayos  son corpúsculos materiales que transportan carga eléctrica positiva. Se mueven a altas velocidades (30000 km/s), no son detectables por el ojo humano, son núcleos del elemento helio: 4 2 He 2+ Los rayos  son partículas muy pequeñas que transportan carga eléctrica negativa. Son electrones que se mueven a velocidades cercanas a km/s. Los rayos  radiaciones luminosas invisibles al ojo humano con propiedades semejantes a los de la luz, se mueven a una velocidad de km/s.

ELECTRON En 1881 George Stoney sobre el trabajo realizado por Faraday de electrólisis, sugirió el nombre de electrones a las unidades de cargas eléctricas asociada con los átomos. La evidencia más convincente de la existencia de los electrones vino de los experimentos que usaban tubos de rayos catódicos

Thomson determinó la relación entre carga (e) y masa (m) de los electrones, “existencia del electrón”

1909 Robert Millikan Con el «experimento de la gota de aceite determinó la carga de un electrón: 1, C En base a la relación (carga/masa) y al valor de la carga, se determinó la masa del electrón : 9, kg

PROTONES En 1886 Eugen Goldstein trabajando con tubos de rayos catódicos descubrió la existencia de partículas con una carga eléctrica positiva igual a la del electrón a la que denominó protones. Su masa es casi 1836 veces mayor que la masa del electrón.

MODELO ATOMICO DE THOMSON modelo del bizcocho de ciruelas o modelo del budín de pasas. Es estático porque los electrones no tienen movimiento. La masa y la carga eléctrica positiva se hallan repartidas y distribuidas uniformemente en todo el espacio ocupado por la esfera

MODELO ATOMICO DE RUTHERFORD 1909: Ernest Rutherford había establecido que las partículas alfa (  ) son partículas cargadas positivamente que pueden ser emitidas por algunos átomos radiactivos.

Las experiencias de Rutherford y colaboradores determinaron que el átomo consiste en un núcleo cargado positivamente muy pequeño y denso rodeado por una nube de electrones que se hallan a una distancia relativamente grande de él.

Rutherford postuló también que los electrones se mueven alrededor del núcleo a altas velocidades, y este movimiento genera una fuerza (F C ) de igual dirección pero de distinto sentido que la fuerza de atracción (F A ).

NATURALEZA DE LA LUZ Gran parte del conocimiento actual sobre la naturaleza de los átomos y moléculas, con todos sus detalles, procede de experiencias en las que la luz o las radiaciones interaccionan con la materia. Los fenómenos provocados por la luz pueden ser explicados a partir de las teorías ondulatoria y corpuscular

TEORIA ONDULATORIA Considera que la luz o radiación luminosa está formada por ondas electromagnéticas que se propagan en el vacío a una velocidad de km/s.. = c  c = 2, cm/s ; se expresa en nm ó Å; en s -1 (Hz)

TEORIA CORPUSCULAR “la luz está formada por un conjunto de paquetes de energía, cuantos o fotones “ Explica fenómenos como el efecto fotoeléctrico

MODELO ATOMICO DE RUTHERFORD – BOHR los electrones en los átomos se mueven alrededor del núcleo en determinadas órbitas circulares permitidas

ESPECTROS DE LOS ELEMENTOS Espectro electromagnético de la luz blanca: Luz de neon: “Los espectros de los elementos son como las huellas dactilares de los átomos. ”

Aplicación de la TEORIA DE BOHR al ATOMO DE HIDRÓGENO Cálculo el radio y la energía que tienen las órbitas permitidas en el átomo de hidrógeno.

La teoría de Bohr aplicada al átomo de hidrógeno tiene cuatro postulados :  El electrón gira alrededor del núcleo en órbitas circulares permitidas.  Cada órbita permitida tiene una energía definida, es decir la energía está cuantificada.  Cuando el electrón se halla en una órbita permitida es estable, es decir no irradia energía, sólo puede ganar o perder energía cuando pasa de una órbita permitida a otra.  Para que el electrón se halle en una órbita permitida debe cumplir con la condición cuántica, la cual establece que el momento angular del electrón debe ser un múltiplo entero de la cantidad ( h/2  ).

ESPECTROS DE RAYOS X Y NÚMERO ATÓMICO Moseley demostró con experimentos con Rayos X que el número de orden de un elemento (Z) es numéricamente igual a la carga sobre su núcleo atómico

ESPECTRO ATOMICO DEL ELEMENTO HIDRÓGENO Al analizar con un espectroscopio las radiaciones emitidas cuando el electrón pasa de una órbita de mayor energía a otra de menor energía experimentalmente se ha encontrado que existen cinco conjunto de rayas espectrales, cada una de ellas tiene un nombre específico

ONDAS DE MATERIA Toda partícula o cuerpo que se halla en movimiento tiene asociado un carácter ondulatorio, llamado onda de materia “las partículas de materia exhiben propiedades ondulatorias y propiedades corpusculares”

PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE DE HEISENBERG "es imposible determinar simultáneamente y con exactitud, la posición y la velocidad del electrón" MODELO ATOMICO MODERNO Orbital atómico a la región o espacio alrededor del núcleo donde es máxima la probabilidad de encontrar al electrón

Bibliografía: Atkins, P. y Jones, L. “Principios de Química. Los caminos del descubrimiento”. Editorial Panamericana Atkins, P. y Jones, L. “Química. Moléculas. Materia. Cambio”. Ediciones Omega S.A. Barcelona. España Brown, T., LeMay, H., Bursten, B. “Química la Ciencia Central”. Prentice Hall Hispanoamericana S.A. México Burns. “Fundamentos de Química”. Prentice Hall Chang, R. “Química”. McGraw-Hill Interamericana de México, S.A. de C. V. México Whitten, K., Davis, R., Peck, M. Química General. McGraw- Hill/Interamericana de España S.A.U /456/