EL ÁTOMO Unidad 4

2 Contenidos (1) 1.- Antecedentes históricos. Antecedentes históricos. Antecedentes históricos. 2.- Partículas subatómicas. Partículas subatómicas. Partículas subatómicas. 3.- Modelo atómico de Thomsom. Modelo atómico de Thomsom. Modelo atómico de Thomsom. 4.- Los rayos X. Los rayos X. Los rayos X. 5.- La radiactividad. La radiactividad. La radiactividad. 6.- Modelo atómico de Rutherford. Modelo atómico de Rutherford. Modelo atómico de Rutherford.

3 Contenidos (2) 7.- Radiación electromagnética. Radiación electromagnética. Radiación electromagnética. 8.- Espectros atómicos. Espectros atómicos. Espectros atómicos. 9.- Número atómico y número másico. Número atómico y número másico. Número atómico y número másico Cálculo de masas atómicas a partir de % de cada isótopo. Cálculo de masas atómicas a partir de % de cada isótopo.Cálculo de masas atómicas a partir de % de cada isótopo Cálculo del % de cada isótopo a partir de la masa atómica. Cálculo del % de cada isótopo a partir de la masa atómica.Cálculo del % de cada isótopo a partir de la masa atómica.

4 Antecedentes históricos Leucipo y Demócrito. Leucipo y Demócrito. Discontinuidad de la materia. Discontinuidad de la materia. Dalton. Dalton. Teoría atómica Teoría atómica Volta, Davy, Faraday, Berzelius. Volta, Davy, Faraday, Berzelius. Naturaleza eléctrica de la materia. Naturaleza eléctrica de la materia. Thomsom/Millikan Thomsom/Millikan Descubrimiento del electrón Descubrimiento del electrón

5 Modelos atómicos Dalton. (no es propiamente un modelo)Dalton. (no es propiamente un modelo) Thomsom.Thomsom. –Cargas negativas incrustadas en un núcleo positivo. Rutherford.Rutherford. –El átomo está hueco. La masa y la carga positiva está concentrada en el núcleo. Fuera estásn los electrones negativos. Bohr.Bohr.

6 Rayos catódicos. Modelo de Thomson

7 Descubrimiento del electrón (1897). Al someter a un gas a baja presión a un voltaje elevado, este emitía unas radiaciones que se conocieron como rayos catódicos.Al someter a un gas a baja presión a un voltaje elevado, este emitía unas radiaciones que se conocieron como rayos catódicos. Se observó que los rayos catódicos eran partículas negativas (se desviaban hacia el polo positivo de un campo eléctrico) con gran energía cinética.Se observó que los rayos catódicos eran partículas negativas (se desviaban hacia el polo positivo de un campo eléctrico) con gran energía cinética. La relación carga/masa de los rayos catódicos es la misma independientemente del gas del que proceda.La relación carga/masa de los rayos catódicos es la misma independientemente del gas del que proceda. Se supuso que estas partículas deberían estar en todos los átomos. Thomson las llamó “electrones”.Se supuso que estas partículas deberían estar en todos los átomos. Thomson las llamó “electrones”.

8 Descubrimiento del protón (1914). Utilizando cátodos perforados, en tubos de descarga además de los rayos catódicos, Goldstein descubrió unos rayos positivos procedentes del ánodo que llamó rayos anódicos o canales.Utilizando cátodos perforados, en tubos de descarga además de los rayos catódicos, Goldstein descubrió unos rayos positivos procedentes del ánodo que llamó rayos anódicos o canales. La relación carga/masa de los rayos canales no es la misma sino que depende del gas del que proceda. En cualquier caso, la masa era muy superior a la de los electrones.La relación carga/masa de los rayos canales no es la misma sino que depende del gas del que proceda. En cualquier caso, la masa era muy superior a la de los electrones. Se llamó “protón” a la partícula positiva procedente del gas más ligero (el hidrógeno), cuya carga coincidía exactamente con la del electrón.Se llamó “protón” a la partícula positiva procedente del gas más ligero (el hidrógeno), cuya carga coincidía exactamente con la del electrón. Las cargas de otros rayos canales eran múltiplos de la del protón, por lo que supuso que deberían ser partículas con varios protones unidos.Las cargas de otros rayos canales eran múltiplos de la del protón, por lo que supuso que deberían ser partículas con varios protones unidos.

9 Experimento y modelo de Rutherford.

10 Descubrimiento del neutrón (1932). Rutheford observó que la suma de las masas de los protones y la de los electrones de un determinado átomo no coincidía con la masa atómica por lo que postulo la existencia de otra partícula queRutheford observó que la suma de las masas de los protones y la de los electrones de un determinado átomo no coincidía con la masa atómica por lo que postulo la existencia de otra partícula que –Careciera de carga eléctrica. –Poseyera una masa similar a la del protón. –Estuviera situada en el núcleo. En las primeras reacciones nucleares Chadwick detectó esta partícula y la denominó “neutrón”.En las primeras reacciones nucleares Chadwick detectó esta partícula y la denominó “neutrón”.

11 Partículas átomicas fundamentales.

12 Rayos X (Roëntgen 1895) Se producen junto con los rayos catódicos.Se producen junto con los rayos catódicos. No poseen carga ya que no se desvían al pasar por campos magnéticos.No poseen carga ya que no se desvían al pasar por campos magnéticos. Tienen gran poder penetrante (atraviesan con facilidad las vísceras, no así los huesos) e impresionan placas fotográficas.Tienen gran poder penetrante (atraviesan con facilidad las vísceras, no así los huesos) e impresionan placas fotográficas. Viajan a la velocidad de la luz.Viajan a la velocidad de la luz. Ionizan los gases.Ionizan los gases.

13 Radiactividad (Becquerel 1896) Son radiaciones similares a los rayos X pero emitidas espontáneamente por algunas sustancias (uranio).Son radiaciones similares a los rayos X pero emitidas espontáneamente por algunas sustancias (uranio). Muy ionizantes y penetrantes.Muy ionizantes y penetrantes. Pueden ser de varios tipos:Pueden ser de varios tipos: –Rayos  (núcleos de He: carga = +2; masa= 4 u) –Rayos  (son cargas negativas procedentes del núcleo por descomposición de un neutrón en protón + electrón). –Rayos  (radiaciones electromagnéticas de alta frecuencia) masa penetración

14 Radiación electromagnética (Maxwell 1864). La energía desprendida de los átomos se transmite como ondas electromagnéticas (valores fluctuantes del valor del campo eléctrico y campo magnético).La energía desprendida de los átomos se transmite como ondas electromagnéticas (valores fluctuantes del valor del campo eléctrico y campo magnético). Se caracterizan por una determinada longitud de onda “ ” o por su frecuencia “ ”. ( · = c) (c = km/s).Se caracterizan por una determinada longitud de onda “ ” o por su frecuencia “ ”. ( · = c) (c = km/s). La frecuencia se mide, pues, en s –1 (herzios)La frecuencia se mide, pues, en s –1 (herzios) No necesitan para propagarse medio material.No necesitan para propagarse medio material.

15 Tipos de radiaciones electromagnéticas según. Rayos Rayos  Rayos XRayos X Rayos UVRayos UV Radiación visible.Radiación visible. Rayos IRRayos IR MicroondasMicroondas Ondas de radioOndas de radio Ondas de radar Ondas de TV. Onda ultracorta Onda corta. Onda media. Onda larga

16 Espectro electromagnético. Es el conjunto de radiaciones electromagnéticas que emite o absorbe una sustancia o fuente de energía.Es el conjunto de radiaciones electromagnéticas que emite o absorbe una sustancia o fuente de energía.

17 Radiación electromagnética (continuación). La emisión de energía aumenta con la Temperatura.La emisión de energía aumenta con la Temperatura. La energía está cuantizada (como la materia) E = h · (fórmula Planck) (h = 6,625 ·10 –34 J ·s)La energía está cuantizada (como la materia) E = h · (fórmula Planck) (h = 6,625 ·10 –34 J ·s) La materia también absorbe cuantos de energía (fotones).La materia también absorbe cuantos de energía (fotones). La luz se comporta a veces como onda (reflexión) y a veces como corpúsculo (efecto fotoeléctrico).La luz se comporta a veces como onda (reflexión) y a veces como corpúsculo (efecto fotoeléctrico). De Broglie establece la dualidad onda-corpúsculo.De Broglie establece la dualidad onda-corpúsculo.

18 Frecuencia umbral La frecuencia mínima para extraer un electrón de un átomo (efecto fotoedeléctrico) se denomina frecuencia umbral “ umbral ( umbral = E ionización /h).La frecuencia mínima para extraer un electrón de un átomo (efecto fotoedeléctrico) se denomina frecuencia umbral “ umbral ” ( umbral = E ionización /h). Si se suministra una radiación de mayor frecuencia, el resto de la energía se transforma en energía cinética del electrón:Si se suministra una radiación de mayor frecuencia, el resto de la energía se transforma en energía cinética del electrón: – E ionización – umbralE cinética = ½ m v 2 = h – E ionización = h ( – umbral )

19 Ejemplo: Calcula la energía de un fotón de rayos X cuya longitud de onda es de 0,6 nm. (h = 6,625 · 10 –34 J · s) c 3 ·10 8 m/s = — = ——————— = 5 ·10 17 s –1 0,6 ·10 –9 m c 3 ·10 8 m/s = — = ——————— = 5 ·10 17 s –1 0,6 ·10 –9 m E = h · =6,625 · 10 –34 J s · 5 ·10 17 s –1 E = h · = 6,625 · 10 –34 J s · 5 ·10 17 s –1 = 33,125 · 10 –17 J = 3´3125 · 10 –16 J

20 Espectros atómicos Es la imagen después de ser dispersada por un prisma del conjunto de radiaciones que emite una sustancia.Es la imagen después de ser dispersada por un prisma del conjunto de radiaciones que emite una sustancia. El espectro es característico de una determinada sustancia y normalmente sirve para identificarla.El espectro es característico de una determinada sustancia y normalmente sirve para identificarla. Se obtiene mediante el espectroscopio.Se obtiene mediante el espectroscopio. Puede ser: de emisión y de absorciónPuede ser: de emisión y de absorción

21 Espectros de emisión Potasio Litio

22 Espectros de absorción

23 Espectro de emisión Espectro de absorción

24 Modelo de Bohr . Los electrones giran alrededor del núcleo únicamente en órbitas permitidas (radios cuantizados).Los electrones giran alrededor del núcleo únicamente en órbitas permitidas (radios cuantizados). Cada línea espectral se correspondería con un salto de una órbita a otra para lo cual precisa una cantidad exacta de energía que se corresponde con una determinada frecuencia.Cada línea espectral se correspondería con un salto de una órbita a otra para lo cual precisa una cantidad exacta de energía que se corresponde con una determinada frecuencia. La energía absorbida por un electrón al pasar a un nivel superior (átomo excitado) es la misma que emite cuando vuelve a su orbital.La energía absorbida por un electrón al pasar a un nivel superior (átomo excitado) es la misma que emite cuando vuelve a su orbital.

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26 Número atómico y número másico. Número atómico (Z): es el número de protones que tiene un átomo. Es distinto para cada elemento.Número atómico (Z): es el número de protones que tiene un átomo. Es distinto para cada elemento. Isótopos: son átomos del mismo elemento que difieren en el nº de neutrones (N).Isótopos: son átomos del mismo elemento que difieren en el nº de neutrones (N). Número másico (A): es la suma de protones y neutrones de un núcleo atómico. (A = Z + N)Número másico (A): es la suma de protones y neutrones de un núcleo atómico. (A = Z + N) Símbolo. Ejemplo: Cl Símbolo. Ejemplo: Cl AZ3717 REPASO

27 Masa atómica Es la media ponderal (teniendo en cuenta el % en que está cada uno) de la masa de cada uno de los isótopos de un elemento.Es la media ponderal (teniendo en cuenta el % en que está cada uno) de la masa de cada uno de los isótopos de un elemento. Se mide en UMAs (u) (doceava parte de la masa del 12 C.Se mide en UMAs (u) (doceava parte de la masa del 12 C. 1 u = 1,66 ·10 –24 g (1/6,023 ·10 23 ) = 1,66 ·10 –27 kg1 u = 1,66 ·10 –24 g (1/6,023 ·10 23 ) = 1,66 ·10 –27 kg

28 Ejemplo: El neón es un elemento químico de Z=10. En la naturaleza se encuentra tres isótopos de masas atómicas 19,99, 20,99 y 21,99 UMAs. Si sus proporciones respectivas son del 90,92 %. 0,26 % y 8,82 % calcula la masa atómica en UMAs y kg. (90,92 ·19,99 +0,26 ·20,99 + 8,82 ·21,99)UMA ——————————————————————— = 100 = 20,17 UMAs · 1,66 ·10 –27 kg/UMA = = 3,348 · 10 –26 kg

29 Ejemplo: La masa atómica del cloro es 35,45 UMAs. Si tiene dos isótopos, 35 Cl y 37 Cl, de masas 34,97 y 36,93 UMA. Calcular el % de cada uno de ellos. 34,97 UMA x +36,93 · (100 – x) 35,45 UMA = ——————————————— = ,97 UMA x +36,93 · (100 – x) 35,45 UMA = ——————————————— = 100 De donde X = 75,51 % del isótopo 35 Cl 24,49 % del isótopo 37 Cl 24,49 % del isótopo 37 Cl

30 Masa molecular Es la suma de las masas atómicas.Es la suma de las masas atómicas. Ejemplo: Calcula la masa molecular del carbonato de calcio (CaCO 3 ). Expresa la masa molecular en unida-des de masa atómica y en unidades S.I. ¿En qué unidades se expresa la masa molecular relativa? M at (Ca) =40,08 u. M at (C) =12,011 u. M at (O)=15,9994 u. 1 u = 1,6605 · 10 –27 kg. M (CaCO 3 )= 1 · M at (Ca) + 1 · M at (C) + 3 · M at (O) = 40,08 u +12,011 u + 3 · 15,9994 u =M (CaCO 3 )= 1 · M at (Ca) + 1 · M at (C) + 3 · M at (O) = 40,08 u +12,011 u + 3 · 15,9994 u = = 100,09 u= 100,09 u 100,09 u ·(1,6605 · 10 –27 kg/u)1,6612 ·10 –25 kg100,09 u ·(1,6605 · 10 –27 kg/u) = 1,6612 ·10 –25 kg

31 Ejercicio: Ejercicio: ¿ Cuántas moléculas de Cl 2 hay en 12  g de cloro molecular?. Si todas las moléculas de Cl 2 se disociaran para dar átomos de cloro, ¿ Cuántos átomos de cloro atómico se obtendrían? La masa molecular de Cl 2 es 35,45u · 2 =70,9 u. Luego un mol de Cl 2 son 70,9 g. En los 12 g de Cl 2 hay: m 12 g n =  =  = 0,169 moles de Cl 2 M 70,9 g/mol Teniendo en cuenta que en un mol 6,02 · moléc. 0,169 moles contienen: 1,017 · moléculas Cl 2 0,169 moles · 6,02 ·10 23 moléculas/mol = = 1,017 · moléculas Cl 2 2,034·10 23 át. Cl 2 át. Cl 1,017·10 23 moléc. Cl 2 ·  = 2,034·10 23 át. Cl moléc. Cl 2