Modelos Atómicos

A través del tiempo los investigadores han propuesto modelos, que tratan de explicar el comportamiento de la materia, siendo los más importantes: 1.- Modelo de Demócrito (átomo indivisible) 2.- Modelo de Dalton (átomos= esferas macizas) 3.- Modelo de Thomson (Modelo del budín con pasas) 4.- Modelo de Rutherford (Modelo planetario) 5.- Modelo de Bohr (átomo cuántico) 6.- Modelo de la Mecánica Cuántica

Atomo 400 A.C. “Materia de Naturaleza Continua” Aristóteles “Materia de Naturaleza Discreta” Demócrito Atomo A= sin Tome= corte

1808 John J. Dalton Postula que: Átomo de Dalton La materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas átomos, que son indivisibles y no se pueden destruir. Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí, tienen su propio peso y cualidades propias. Los átomos de los diferentes elementos tienen pesos diferentes. Los átomos permanecen sin división, aún cuando se combinen en las reacciones químicas. Los átomos, al combinarse para formar compuestos guardan relaciones simples. Los átomos de elementos diferentes se pueden combinar en proporciones distintas y formar más de un compuesto. Los compuestos químicos se forman al unirse átomos de dos o más elementos distintos. Sin embargo desapareció ante el modelo de Thomson ya que no explica los rayos catódicos, la radioactividad ni la presencia de los electrones (e-) o protones(p+).

Partículas Átomicas Electrón Protón William Crookes 1875 ámbar Protón Eugene Goldstein 1886 primero

Surge la idea de que el átomo 1898 Joseph John Thompson Surge la idea de que el átomo es divisible El Modelo atómico conocido como “Budín o Pastel con pasas”, no explica entre otras cosas la existencia de los rayos canales (protones)

Elementos radiactivos Radiactividad Elementos radiactivos U, Ra, Pu Radiaciones Gama Núcleo de Helio α Energía γ Electrón β

La radiación alfa está compuesta por un núcleo de helio y puede ser detenida por una hoja de papel. La radiación beta, compuesta por electrones, es detenida por una hoja de papel de aluminio. La radiación gamma es absorbida cuando penetra en un material denso.

ERNEST RUTHERFORD Experimento de Ernest Rutherford 1911 Lámina de Oro Rayos Alfa (α) Material radioactivo Emisor de Rayos Alfa ERNEST RUTHERFORD Placa Fotográfica

Lámina de oro ¿Cúal es la interpretación del experimento? Radiaciones alfa (α) nucleos de Helio

MODELO ATÓMICO RUTHERFORD NÚCLEO NÚCLEO ELECTRÓN

Núcleo Atómico

Modelo Atomico de Bohr 1923 libera energía absorbe energía El salto cuántico n = 4 n = 3 n = 2 n = 1

Modelo Atomico de Bhor 2n2 Niveles de energía Número de electrones n = 1 (K) 2 n = 2 (L) 8 2e- n = 3 (M) 18 8 e- 18 e- n = 4 (N) 32 2n2

Fundamentos de la Mecanica Cuántica El electrón se comporta Como onda y partícula No es posible determinar la posición y la velocidad Del electrón con exactitud Ecuación de Onda

Localización de los electrones en el átomo Nivel de Energía: Región del espacio alrededor del núcleo donde se encuentran los electrones y se subdividen en regiones más pequeñas llamadas subniveles y orbitales.  Subnivel: Son orbitales que tienen las mismas características dentro de un nivel de energía. Orbital: Es una región del espacio alrededor del núcleo donde existe una alta probabilidad de encontrar electrones (REMPE)

Números Cuánticos n l m s Se puede definir la localización de los electrones de un átomo a partir de los números cuánticos, que son: n Número Cuántico Principal l Número Cuántico Secundario m Número Cuántico Magnético o Azimutal s Número Cuántico de Giro o Spin

Números Cuánticos n l m s Se puede definir la localización de los electrones de un átomo a partir de los números cuánticos, que son: n Número Cuántico Principal l Número Cuántico Secundario m Número Cuántico Magnético o Azimutal s Número Cuántico de Giro o Spin

Números Cuánticos n n = 1 → 7 Número Cuántico Principal Número Cuántico Principal, que indica el nivel de energía en que se encuentra el electrón y puede tomar valores de 1 hasta 7, siendo 1 en nivel más cerca del núcleo y 7 el mas alejado n = 1 → 7 Entre más alejado del núcleo este un nivel de energía, mayor será el contenido de energía del mismo.

Contenido de energía de los primeros cuatro niveles (n)

Números Cuánticos l l = 0 → n-1 Número Cuántico Secundario Número Cuántico Secundario que indica el subnivel de energía en la que se encuentra el electrón y toma valores de acuerdo al nivel de energía en que se encuentre (entre más grande sea el nivel de energía, más subniveles tendrá) l = 0 → n-1

Números Cuánticos l l = 0 → n-1 l = 0 Número Cuántico Secundario Número Cuántico Secundario que indica el subnivel de energía en la que se encuentra el electrón y toma valores de acuerdo al nivel de energía en que se encuentre (entre más grande sea el nivel de energía, más subniveles tendrá) Ejemplos: El primer nivel de energía ( n=1 ), ¿cuántos subniveles de energía tiene? n = 1 l = 0 hasta n-1 l = 0 → n - 1 l = 0 → n-1 l = 0 → 1 - 1 l = 0 → 0 l = 0 l solo puede tomar un valor (l=0) por lo que el primer nivel de energía (n = 1) solo tiene un subnivel, el subnivel l = 0

Números Cuánticos l l = 0 → n-1 l = 0 y l = 1 Número Cuántico Secundario l = 0 → n-1 Ejemplos: El segundo nivel de energía ( n=2 ), ¿cuántos subniveles de energía tiene? n = 2 l = 0 hasta n-1 l = 0 → n - 1 l = 0 → 2 - 1 l = 0 → 1 l = 0 y l = 1 l solo puede tomar dos valores (l=0 y l=1) por lo que el segundo nivel de energía (n = 2) tiene dos subniveles, el subnivel l = 0 y el subnivel l = 1)

Realiza el siguiente ejercicio para reforzar

Números Cuánticos l l = 0 , l = 1 y l = 2 Número Cuántico Secundario El tercer nivel de energía ( n=3 ), ¿cuántos subniveles de energía tiene? n = 3 l = 0 hasta n-1 l = 0 → n - 1 l = 0 → 3 - 1 l = 0 → 2 l = 0 , l = 1 y l = 2 l solo puede tomar tres valores (l=0, l=1 y l=2) por lo que el tercer nivel de energía (n = 3) tiene tres subniveles, el subnivel l = 0, el subnivel l = 1 y el subnivel l = 3)

División de niveles de energía (n) en subniveles (l) l =0, l=1, l=2, l=3 l =0, l=1, l=2 l =0, l=1 l = 0 l = n-1

Números Cuánticos m m = -l , 0 , +l Número Cuántico Magnético o Azimutal Este Número Cuántico indica el número de orbitales que forman a cada subnivel de energía y también nos da información de la posición espacial de los orbitales, entre mayor sea el subnivel de energía mas orbitales (REMPE’S) tendrá m = -l , 0 , +l

Los subniveles de energía (l) están formados por orbitales (m) -0, 0, +0 m= -1, 0, +1 m= 0 m= -1 m= 0 m= +1 1s l= 0 m= -0, 0, +0 m= 0 m = -l, 0, +l

Los subniveles de energía (l) están formados por orbitales (m) -0, 0, +0 m= -1, 0, +1 m= 0 m= -1 m= 0 m= +1 1s l= 0 Un solo orbital del tipo s m= -0, 0, +0 m= 0 m = -l, 0, +l

Los subniveles de energía (l) están formados por orbitales (m) Un solo orbital del tipo s m= -0, 0, +0 m= -1, 0, +1 m= 0 m= -1 m= 0 m= +1 1s m= 0 Un solo orbital del tipo s m = -l, 0, +l

Los subniveles de energía (l) están formados por orbitales (m) Un solo orbital del tipo s Tres orbitales del tipo p m= -1, 0, +1 px, py, pz m= -1 m= 0 m= +1 1s m= 0 Un solo orbital del tipo s m = -l, 0, +l

Número de orbitales por cada subnivel de energía Los valores que toma el número cuántico m está relacionado con el número y orientación espacial de los orbitales que forman ese subnivel En el caso de los subniveles de energía l = 0 (subnivel s) m solo puede tomar un valor m=0 m = -l , 0 , +l m= -0, 0, +0 Esto indica que este subnivel esta formado por un solo orbital del tipo s

Formas de los Orbitales Orbitales tipo s

Tamaño de los Orbitales s

Número de orbitales por cada subnivel de energía Para el caso de los subniveles de energía l=1 (subnivel p) los valores de m serán: l= 1 m= -1, 0, +1 m= 0 m= -1 m= +1 En este caso el número de valores que toma m son tres es decir el subnivel de energía l=1 esta formado por 3 orbitales del tipo p y cada uno ocupa diferente posición en el espacio (orbital px, orbital py y orbital pz )

Formas de los Orbitales Orbitales tipo p

Combinación de los 3 orbitales p

Número de orbitales por cada subnivel de energía Para el caso de los subniveles de energía l=2 (subnivel d) los valores de m serán: l= 2 m= -2, 0, +2 m= -2 m= -1 m= 0 m= +1 m= +2 En este caso el número de valores que toma m son cinco es decir el subnivel de energía l=2 esta formado por 5 orbitales del tipo d y cada uno ocupa diferente posición en el espacio (orbital d1, d2, d3, d4, d5 )

Formas de los Orbitales Orbitales tipo d

Número de orbitales por cada subnivel de energía Para el caso de los subniveles de energía l=3 (subnivel f) los valores de m serán: l= 3 m= -3, 0, +3 m= -3 m= -2 m= -1 m= 0 m= +1 m= +2 m= +3 En este caso el número de valores que toma m son cinco es decir el subnivel de energía l=3 esta formado por 7 orbitales del tipo f y cada uno ocupa diferente posición en el espacio (orbital f1, f2, f3, f4, f5, f6, f7 )

Formas de los Orbitales Orbitales tipo f

Orbital atómico 5f

De existir esta sería la forma de un orbital 6h

Un orbital atómico es un volumen del espacio en el cual pueden residir los electrones, por lo tanto, los orbitales se pueden traslapar unos con otros.

Números Cuánticos s + 1/2 - 1/2 Número Cuántico e Giro o Spin “ sólo es posible encontrar un máximo de dos electrones que necesariamente tendrán valores diferentes de su número cuántico de spin”. Para s los valores pueden ser: + 1/2 - 1/2

Números Cuánticos El spin del electrón alrededor de un eje imaginario genera un campo magnetico imaginario. Área de Química

LOCALIZACIÓN DE LOS ORBITALES ATOMICOS n = 1 l =0 (s) NIVEL 1 s n = 2 l = 1 (p) n = 2 l = 0 (s) s NIVEL 2 px py pz LOCALIZACIÓN DE LOS ORBITALES ATOMICOS (Mécanica Cuántica) n = 3 l = 1 (p) n = 3 l = 0 (s) s py pz px NIVEL 3 n = 3 l = 2 (d) d1 d2 d4 d5 d3

Rutherford propone un núcleo formado por Protones de carga positiva En 1933 el ingles James Chadwick descubre el NEUTRON encontrando que tiene una masa Similar a la del proton, pero carece de carga Lo que implica que el nucleo atomico Esta formado esencialmente por: Protones con carga positiva (p+) NUCLEO ATOMICO Neutrones sin carga (n)

Conceptos importantes relacionados con El Núcleo Atómico Número Atómico Número de Masa Masa Atómica

Número Atómico Se representa como Z Número Atómico identifica el átomo de un elemento Se define como el número de protones que tiene un átomo en su núcleo Se representa como Z Esto quiere decir que tiene el mismo número de electrones (e-) (cuando el átomo está en estado basal)

Número de Masa (Número Másico) PROPIEDADES DE LAS PARTÍCULAS SUBATOMICAS Partícula Peso (gramos) Masa Relativa Carga Símbolo Electrón 9.109382x10-28 0.000548579 -1 e- Protón 1.672622x10-24 1.007276 +1 p+ Neutrón 1.674927x10-24 1.008665 n El Número de Masa es: la suma de protones y neutrones que un átomo tiene en su núcleo y se representa por A

La forma aceptada para escribir el número atómico y el número másico de un elemento X es: Ejemplo

¿Cómo se interpreta?

X A Z Z – Número atómico = Nº Total Protones o de Electrones X – Símbolo del elemento Z – Número atómico = Nº Total Protones o de Electrones A – Número de masa = Nº Total Protones y Neutrones

A = 12 Z = 6 A = Z = Número Átomico Número de Masa Si Z es el número de protones en el núcleo del C entonces: Z = 6 p+ Si A representa los protones y neutrones del núcleo del C, es decir A = n + p+, entonces: 12 = n + 6 n = 12 - 6 n = 6 Por lo que el número de neutrones (n) del C es de 8 Entonces este átomo de Carbono tiene: 6 Protones (p+) 6 Neutrones (n) 6 Electrones (e-)

Realiza el siguiente ejercicio para reforzar

De acuerdo con la información dada completa la siguiente tabla ELEMENTO Z A p+ n e- N 14 7 16 Ag 47 108 55 78 W 74 110

De acuerdo con la información dada completa la siguiente tabla Completa la última columna para representar el núcleo atómico ELEMENTO Z A p+ n e- N 7 14 O 16 32 Ag 47 108 61 Cs 55 133 78 W 74 184 110

ISOTOPOS Protio Deuterio Tritio Protón Neutrón Protio Deuterio Tritio Z = 1 Z = 1 Z = 1 A = 2 A = 3 A = 1 Átomos que tienen el mismo número atómico, pero diferente número másico.

Por lo tanto la diferencia entre dos isótopos de un elemento es el número de neutrones en el núcleo. ISOTOPOS DEL CARBONO

Plantas Termonucleares ISOTOPOS DEL URANIO Uranio utilizado en Plantas Termonucleares

Dos isótopos son dos átomos de un mismo elemento que difieren en el número másico A, es decir, tienen el mismo número de protones y distinto número de neutrones. Isótopo Z A Nº Protones Nº Neutrones Uranio 235 92 235 143 Uranio 238 238 146 Iniciar modelo atomico de Bhor