Descripción: Unos 400 años antes de Cristo, el filósofo griego Demócrito
consideró que la materia estaba constituida por pequeñísimas partículas que no
podían ser divididas enotras más pequeñas. Por ello, llamó a estas partículas
átomos un poco del Contenido:
Sin embargo las ideas de Demócrito sobre la materia no fueron aceptadas por los
filósofos de su época y hubieron de transcurrir cerca de 2200 años para que la
idea de los átomos fuera tomada de nuevo en consideración. 500-428 a. de C.,
484-424 a. de C. Anaxágoras y Empédocles. Anaxágoras desafió la afirmación de
los griegos, sobre la creación y destrucción de la materia, enseñando que los
cambios en la materia se deben a diferentes ordenamientos de partículas
indivisibles (sus enseñanzas fueron un antecedente
para la ley de conservación de la masa). Empédocles redujo estas partes
indivisibles a cuatro elementos: tierra, aire, fuego, y agua. 460-370 a. de C.
Demócrito desarrolló la teoría de que el universo está formado por espacio
vacío y un número (casi) infinito de partículas
invisibles, que se diferencian unas de otras en su forma, posición, y
disposición. Toda la materia está hecha de partículas
indivisibles llamadas átomos. 1874 George Stoney desarrolló una teoría del
electrón y estimó su masa. 1898 Marie y Pierre Curie
separaron los elementos radioactivos. 1898 Joseph Thompson midió el
electrón, y desarrolló su modelo 'de la torta con pasas' del átomo --
dice que el átomo es una esfera con carga positivauniformemente distribuida,
con pequeños electrones negativos como pasas adentro. 1905 Albert Einstein, uno
de los pocos científicos que tomó en serio las ideas de Planck; propuso un cuanto de luz (el fotón) que se comporta como una partícula. Las
otras teorías de Einstein explicaron la equivalencia entre la masa y la
energía, la dualidad partícula-onda de los fotones, el principio de
equivalencia, y especialmente la relatividad. 1909 Hans Geiger y Ernest
Marsden, bajo la supervisión de Ernest Rutherford, dispersaron partículas alfa
mediante una hoja de oro y observaron grandes ángulos de dispersión; sugirieron
que los átomos tienen un núcleo pequeño y denso,
cargado positivamente. 1911 Ernest Rutherford infirió la existencia del núcleo como resultado de la dispersión de las
partículas alfa en el experimento realizado por Hans Geiger y Ernest
Marsden.
Historia de los modelos atómicos: La historia del modelo atómico
comienza muchos siglos atrás, incluso antes de Cristo. En el siglo V a .C, los
filósofos griegos se preguntaban si la materia podía ser dividida en tantas
partículas hasta llegar a un punto en que ya no se
pudiera dividir más, es decir que fuera indivisible. Es así como Demócrito hace
una teoría en la que afirma que la materia está compuesta de partículas
indivisibles, a estas partículas las llamo átomos. La palabra átomo en griego
significa indivisible.
Empédocles, otro filósofo griego, que no creía en dicha teoría y postulaba la
idea de que la materia estaba constituida por 4 elementos que se combinaban
entre sí: el agua, la tierra el airey el fuego.
Posteriormente transcurre un período en la historia de
la Química, donde la principal preocupación es tratar de convertir los metales
conocidos en oro. A los científicos encargados de estos
procesos se les llamaba alquimistas. Nunca se pudo
lograr el objetivo de estos científicos. Con la llegada de la ciencia
experimental en los siglos XVI y XVII, los avances en todos los campos
propician los estudios en química. Hacia finales del siglo XIX se
descubrió que el átomo si es una partícula divisible, ya que consta de tres
partículas elementales, protones, neutrones y electrones.
ï‚· Los primeros en ser descubiertos fueron los electrones en
el año 1897 por el investigador Sir Joseph Thompson. ï‚· Los protones
fueron descubiertos al igual que el núcleo del átomo en 1911
por Ernest Rutherford. ï‚· Los últimos en ser descubiertos
fueron los neutrones en 1933 por James Chadwick (Gran Bretaña).
MODELOS ATOMICOS
ï‚· DEMÓCRITO: El concepto de átomo es muy antiguo. El
filósofo griego Demócrito (460 a 370 a.C) pensaba que el Universo se componía
de vacío y átomos. Para él la materia estaba constituida por partículas
pequeñísimas e indivisibles a las que llamó “átomos” (del griego átomos =
sin división). Sin embargo admitía la teoría de los cuatro
elementos que componían la materia (aire, agua, fuego y tierra).
ï‚· DALTON:
(modelo de esferas macizas) La teoría atómica moderna fue enunciada por el
científico inglés John Dalton (1808) por medio de sus postulados
1 Los elementos simples están constituidos por
átomos.
Los átomos de un mismoelemento químico son
idénticos.
Los átomos de elementos químicos diferentes tienen
distinta masa y propiedades.
Combinando átomos diferentes en proporciones
numéricas sencillas, se forman las moléculas (H2O, CO2).
ï‚· THOMSON: (modelo del “budín de pasas” o de esferas
uniformes)
El inglés J. J. Thompson fue el primero en proponer un modelo para el átomo. En
1904 tras el descubrimiento del electrón el profesor Thompson de la Universidad
de Cambridge, imaginó que si el átomo tenía cargas eléctricas negativas
(electrones), debería poseer en algún punto la suficiente carga positiva para neutralizarlas.
Entonces imaginó un átomo formado por una esfera de
carga positiva que llevaba “incrustados” en su superficie los electrones de
carga negativa.
ï‚· RUTHERFORD: (modelo atómico nuclear)
Ernest Rutherford, discípulo y sucesor del profesor Thompson en la cátedra de
la Universidad de Cambridge, trató de confirmar experimentalmente la teoría de
su maestro bombardeando laminillas muy finas de oro con partículas alfa (α
) procedentes de material radiactivo. (Las partículas alfa son átomos de helio
que han perdido sus dos electrones, o sea que solo
portan cargas positivas).
Obtuvo los siguientes resultados:
- gran parte de las partículas alfa seguían su camino sin desviarse
- algunas partículas sufrían grandes desviaciones
- una pequeña cantidad salía rebotada en la misma dirección de incidencia
__________ ______ ____ __________ ______ ____ __________________
El hecho de que la mayoría de las partículas alfaatravesaran la lámina sin
desviarse indicaba que el átomo tenía que ser, en su mayor parte, un espacio
vacío. Pero el hecho también de que algunas partículas alfa positivas se
desviaran o retrocedieran, indicaban el encuentro directo con una zona del
átomo fuertemente positiva, y a la vez muy densa de masa.
Era obligado introducir un modelo atómico nuevo. En
1911 Rutherford presentó su “modelo nuclear”
basado en:
1) Todo átomo está formado por núcleo y corteza.
2) En el núcleo están reunidas las cargas positivas y casi toda la masa
3) Alrededor del núcleo giran los electrones, de carga negativa, describiendo
órbitas circulares y elípticas
4) Entre núcleo y electrones del mismo átomo existe fuerte atracción eléctrica.
ï‚· CHADWICK: el neutrón
En 1932 Chadwick identificó una partícula nuclear de masa aproximadamente igual
a la del protón, pero sin carga eléctrica, a la que le dio el nombre de
“neutrón”. Este descubrimiento modifica el modelo de
Rutherford ya que ahora el núcleo contiene protones y neutrones.
Estudio de los espectros.
Si se hace pasar la luz del Sol a través de una
estrecha rendija y luego a través de un prisma, aquélla se descompone en sus
colores integrantes, que abarcan desde el rojo hasta el violeta. Se trata del
“espectro continuo” de luz solar. Si lo que se hace pasar por el prisma es la luz proveniente de un elemento incandescente, obtendremos
una serie de líneas brillantes sobre fondo oscuro. Estas
líneas son características de cada elemento y reciben el nombre de “espectro de
rayas”. El espectro es como
la“huella dactilar” del
elemento, de tal modo que puede utilizarse para identificarlo.
__________ ______ ____ __________ ______ ____ __________________
Espectros de rayas de distintos elementos De acuerdo con el modelo de
Rutherford, en todo átomo los electrones, en su giro alrededor del
núcleo, deberían radiar energía constantemente y ésta variaría en forma
continua. Pero como
acabamos de ver, los espectros característicos de cada átomo no son continuos,
sino de rayas, lo que supone “saltos” de energías. Se
necesita superar el modelo de Rutherford con
otro que permita explicar las variaciones de energía en el átomo.
ï‚· BOHR: Modelo cuántico.
El científico danés Niels Bohr propuso en 1913 como consecuencia de la investigación de los
espectros, aplicar al modelo de Rutherford la teoría
cuántica de Planck.
Max Planck, estudiando la luz emitida por la materia
al calentarse, llegó a la conclusión de que la energía no es divisible
indefinidamente, sino que existen últimas porciones de energía a las que llamó
“cuantos”. La radiación emitida (o absorbida) por un
cuerpo sólo puede ser un número entero de cuantos.
Bohr propuso que el átomo estaba cuantizado, es decir, que
sólo podía tener ciertas cantidades de energía permitidas. Esto
implicaba que el electrón no podía girar a cualquier distancia alrededor del núcleo, sino en ciertas
órbitas solamente (a diferencia del
modelo de Rutherford), todas las demás órbitas le estaban prohibidas.
Bohr desarrolló su modelo en tres postulados:
ï‚· 1s: Los electrones al girar en su propia orbita noabsorben ni emiten energía.
ï‚· 2s: Cada órbita tiene una energía característica. Solo
pueden existir ciertas órbitas estacionales permitidas.
ï‚· 3s: La energía liberada por el electrón al pasar a una órbita interior la
emite en forma de radiación electromagnética. Por lo tanto, y como explicación al
estudio de los espectros, toda raya en un espectro supone un salto de un
electrón entre dos niveles de energía diferentes.
El número n es el que define el nivel energético de los electrones que se
sitúan en su capa correspondiente. Por eso, este
número recibe el nombre de número cuántico principal Bohr calculó las capas o
niveles electrónicos (K, L, M, N, O, P, Q) y el número máximo de electrones
contenidos en cada una de ellas. Este número viene dado por la ecuación: 2n2
siendo n el número cuántico principal
NIVELES ENERGÉTICOS Y NÚMERO DE ELECTRONES
En condiciones normales (a temperatura y presión ordinarias), todos los
electrones se encuentran en el nivel energético más bajo permitido
(fundamental). Los demás niveles, llamados excitados, son
inestables para ellos. El número máximo de electrones en cada nivel
energético viene dado por la expresión: Ns máximo= 2n2 donde n = 1, 2, 3,
4..n
Los niveles energéticos o capas cuyo número cuántico principal se indica. Se
representan por letras: n nombre de la capa ns de electrones
1 K 2
2 L 8
3 M 18
4 N 32
5 O 50
ï‚· TEORÍA DE SOMMERFELD
En 1915 amplió el modelo atómico de Bohr aplicándolo a posibles órbitas
elíptica. Química, 4s ESO, Curso 2011/12 Prof. MS Asunción e MS JoséMartín
Osorio , Colexio 'Hijas de Cristo Rey”
Introdujo un nuevo número cuántico, que le llamó azimutal o secundario,
representado por la letra l, que depende del número cuántico principal n, y
puede tomar los valores: l = 0, 1, 2, 3(n -1)
MODELO DE PROBABILIDAD MATEMÁTICA DE SCHRODINGER:
Basado en el principio de indeterminación enunciado por HEISEMBERG en 1927, que
dice:
“No es posible conocer simultáneamente y con toda precisión la velocidad y
posición de un electrón y, por lo tanto, la trayectoria exacta del electrón”
Desde este principio se deduce que no se puede conocer con exactitud las
órbitas recorridas por los electrones del átomo. No obstante existe la
probabilidad de determinar matemáticamente las regiones en que existe
probabilidad de encontrar un electrón, a estas zonas
se les denomina orbitales.
“Se define orbital como la región del espacio
caracterizada por una determinada energía donde la probabilidad de encontrar un
electrón es superior al 99%”.
Tipos de orbitales:
1 Orbital “s”, que es único para cada nivel o capa y
tiene se representa normalmente mediante una superficie esférica centrada en el
núcleo.
Orbitales “p”, son tres para cada nivel o capa,
orientados según los ejes coordenados. Tienen forma de doble
huso.
Orbitales “d”, son cinco por cada nivel o capa. Tienen una forma y una orientación mucho más compleja.
Orbitales “f”, son siete por cada nivel o capa.
CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA
Es la descripción de la ubicación de los electrones en los distintos niveles
(consubniveles y orbitales) de un determinado átomo.
ï‚· Los orbitales “s” con una orientación, podrán tener como máximo dos
electrones. Esto se representa como s2, donde el exponente indica
el número de electrones.
ï‚· Los orbitales “p” con tres orientaciones tendrán como máximo seis
electrones (p6).
ï‚· Los orbitales “d' tendrán como máximo diez electrones (d10).
ï‚· Los orbitales “f' tendrán como máximo catorce electrones (f14).
Cada orbital tiene como máximo 2 electrones
En resumen: CAPAS o NIVELES: K, L, M, N, O, P, Q. ORBITALES: s, p, d, f.
Número de electrones que hay en cada capa: 2n Capa K: 2 electrones
Capa L: 8 electrones, Capa M: 18 electrones, Capa N: 32 electrones
Número de electrones, como máximo, que se pueden colocar en cada orbital: 2
1 orbital s: s2
3 orbitales p: p6
5 orbitales d: d5
7 orbitales f: f14
El llenado de orbitales s, p, d, f se hace a partir del orbital de más baja
energía y subiendo hasta llegar al de mayor energía, deduciendo la configuración
electrónica de ese átomo.
Se usa
el diagrama de Mouller conocido como
la regla de la cascada o lluvia para descifrar los electrones que se encuentran
en cada nivel de un átomo de un elemento.
NÚMEROS CUÁNTICOS: La identificación de los distintos estados energéticos de
los electrones se consigue mediante los números cuánticos que son cuatro: n, l,
m y s. La corteza electrónica se organiza en capas, indicadas por el número
cuántico principal, n, que indica su lejanía al núcleo. Dentro de las capas hay
distintos orbitales, especificados por el número cuántico, l, y queindica la
forma del
orbital. El número de orbitales de cada tipo está dado por el número cuántico
magnético, m, que nos señala orientación del orbital. Además hay otro
número cuántico, de espín, s, que sólo puede tomar dos valores e indica el giro
del
electrón sobre sí mismo. o n (número cuántico
principal): Indica la capa o nivel energético en que se encuentra el electrón.
Puede tener los valores: 1, 2, 3n.
o l (número cuántico secundario o azimutal): Indica el orbital en que se
encuentra el electrón. Puede tomar los valores: 0, 1, 2, 3 n-1).
ï‚· l = 0, si el electrón pertenece a un orbital s
ï‚· l = 1, si el electrón se encuentra en un orbital p
ï‚· l = 2, si el electrón se encuentra en un orbital d
ï‚· l = 3, si el electrón se encuentra en un orbital f
O m (número cuántico magnético): Nos indica la orientación del orbital.
Toma los valores desde – l0l. Por ejemplo un
electrón que se encuentra en el orbital p, nos indica si se encuentra en la
orientación px, en la py o en la pz.o s (número cuántico de spin): Señala el
sentido de rotación del
electrón. Sus valores son +1/2 y –1/2, según coincida o no el sentido de
rotación en torno a su eje con el de traslación alrededor del núcleo. Es
independiente de los otros números cuánticos, mientras que los otros dependen del
número cuántico principal. Principio de exclusión de Pauli: (enunciado en 1925)
“En el mismo átomo no puede haber dos electrones con
sus cuatro números cuánticos idénticos'; lo cual equivale a decir que cada
electrón de un átomo tiene diferente cantidad de energía