INSTITUCION EDUCATIVA LA PRESENTACION

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1 INSTITUCION EDUCATIVA LA PRESENTACION NOMBRE ALUMNA: AREA : CIENCIAS NATURALES Y EDUCACION AMBIENTAL ASIGNATURA: QUIMICA DOCENTE: OSCAR GIRALDO HERNANDEZ TIPO DE GUIA: CONCEPTUAL - EJERCITACION PERIODO GRADO FECHA DURACION 3 9 2AGOSTO UNIDADES INDICADORES DE DESEMPEÑO 1. Describe los modelos atómicos de Thomson, Rutherford, Borh, Sommerfeld y modelo actual. 2. Realiza los talleres, las consultas y las prácticas de laboratorio. 3. Valora la influencia que tiene la química en la vida diaria y en la industria. MODELOS ATOMICOS Una vez conocida la existencia del protón y el electrón se inició la especulación sobre su distribución en el átomo. Para llegar a hablar de modelo actual del átomo se han recorrido en la historia casi 2500 años desde cuando el filósofo griego Leucipo ( a.c.) a través de consideraciones netamente filosóficas presentó los átomos como partículas indivisibles, con forma y tamaño diferentes, según la sustancia. A partir de él, muchos hombres han brindado a la humanidad los éxitos de su esfuerzo y perseverancia. MODELO ATOMICO DE DALTON Dalton conocía, la teoría de los griegos Leucipo y Democrito, cuyos estudios se basaron en la observación y experimentación, los cuales fueron la base para la elaboración de los postulados de su teoría atómica: Los elementos están constituidos por átomos que son las partículas básicas de la materia. Los átomos son partículas indivisibles y no se crean ni se destruyen Los átomos que forman un mismo elemento son iguales entre sí, tienen la misma forma, tamaño, y sus características químicas son idénticas. Los átomos de los distintos elementos tienen diferentes masas y propiedades. Los compuestos se forman por unión de átomos de los correspondientes elementos en una relación numérica sencilla. Algunas afirmaciones hechas por Dalton han tenido que revisarse científicamente. Sin embargo, la teoría de Dalton sigue proporcionando importantes conocimientos del comportamiento de los átomos. MODELO ATOMICO DE THOMSON Thomson, en 1898, propuso un modelo atómico especialmente sencillo que tenía la originalidad de superar la idea de Dalton y no considerar al átomo como indivisible; Aunque este modelo fue abandonado rápidamente, supone el inicio de la revolución atómica que tendría lugar en el primer tercio del siglo XX. En resumen considera el átomo como una esfera cargada positivamente, en cuya superficie se encontraban los electrones neutralizando las cargas positivas. Cuando se arrancaba un electrón al átomo se formaba un Ion positivo, cuando se añadía un electrón se formaba un Ion negativo. 1

2 MODELO ATOMICO DE RUTHERFORD Surge como consecuencia de las experiencias realizadas por este científico, en 1908 bombardeó láminas metálicas muy finas con partículas alfa. Observó que casi todas las partículas alfa atravesaban la lámina metálica (Ag, Au, etc.) sin sufrir ninguna desviación solo unas pocas sufrían pequeñas desviaciones y un número muy pequeño se reflejaban en la lámina (una de cada ). Rutherford interpretó el comportamiento de las partículas alfa admitiendo que la masa y la carga positiva del átomo se encontraban concentra das en una región muy pequeña del átomo: el núcleo. Los electrones giraban a su alrededor a gran distancia, comparada con el tamaño del mismo Casi todo el volumen del átomo estaba vacío, por eso la mayoría de las partículas alfa podían atravesar la lámina metálica sin desviarse; sólo las partículas que pasaban cerca del núcleo eran desviadas por repulsión electrostática y muy pocas incidían directamente sobre él y rebotaban. A partir de esas consideraciones se puede describir el átomo de Rutherford mediante los siguientes puntos: El núcleo es la parte del átomo en que se encuentra localizada casi toda la masa del mismo y toda la carga positiva. Alrededor del núcleo y a gran distancia, comparada con las dimensiones del mismo, se mueven los electrones describiendo órbitas circulares. El número de cargas positivas del núcleo debe ser igual al número de electrones, para que el átomo sea eléctricamente neutro. El aporte más importante del átomo de Rutherford fue la idea de un átomo hueco con dos zonas bien delimitadas: el núcleo central con la masa y la carga positiva, y la corteza exterior, región casi vacía por la que se mueven los electrones cargados negativamente. El inconveniente principal del modelo, que lo invalida teóricamente, es que según la teoría clásica, el electrón, como cualquier carga con movimiento acelerado, debe emitir energía en forma de radiación electromagnética. Al perder energía su radio de giro disminuye y termina por caer sobre el núcleo. MODELO ATOMICO DE BOHR Utilizando como punto de partida el modelo atómico de Rutherford, y tratando de resolver los inconvenientes que presentaba, Bohr aplicó la hipótesis de Planck a la interpretación de los espectros atómicos, en concreto al del hidrógeno. Así, llegó a establecer en 1913 un nuevo modelo atómico que teóricamente resultaba un tanto arbitrario e inconsistente (no se ajustaba a las ecuaciones de la física clásica) pero daba una interpretación de las líneas del espectro del hidrógeno. En la actualidad el modelo de Bohr se fundamenta en cuatro postulados básicos: 1. Los electrones en los átomos están localizados en órbitas concéntricas o niveles de energía girando alrededor del núcleo. 2. Los electrones en las órbitas más cercanas al núcleo tienen menor energía que aquellos en órbitas más alejadas del núcleo. 3. Cualquier electrón en un átomo puede tener sólo ciertos valores de energía permitidos. Esta energía determina que órbita ocupa un electrón. 4. Los electrones pueden moverse de una órbita a otra. Para esto, un electrón debe ganar o perder una cantidad exacta de energía. Bohr supuso que los electrones se movían alrededor del núcleo, así como la Tierra gira alrededor del Sol. Enunció que la fuerza de atracción del núcleo sobre los electrones (fuerza centrípeta) es igual a la fuerza centrífuga, la cual impulsa los electrones hacia fuera; que la energía de los electrones esta cuantizada, tiene unos valores definidos que corresponden a los niveles de energía y que el valor 2

3 energético de estos niveles aumenta a medida que se alejan del núcleo. Desde su publicación presentaba una limitación: sólo podía aplicarse al hidrógeno. Cuando se aplicaba a átomos con más electrones los resultados que se obtenían eran totalmente diferentes de los experimentales. MODELO ATOMICO DE SOMMERFELD Sommerfeld trató de resolver estas dificultades introduciendo modificaciones al modelo de Bohr: Consideró órbitas elípticas; que el electrón giraba alrededor del centro de gravedad del sistema núcleo - electrón; resolvió las ecuaciones del movimiento del electrón mediante integrales de acción. Aunque estas modificaciones consiguieron algunos resultados, las discrepancias entre el modelo y los resultados experimentales se continuaron acumulando, sin contar el fracaso en todos los intentos que se hicieron para interpretar el modelo del átomo de helio. De hecho, hacia mediados de los años veinte la comunidad científica sentía la necesidad de desarrollar una nueva teoría que superase las dificultades del modelo de Bohr. Esto no se logro hasta que se desarrolló un nuevo tipo de mecánica, la llamada mecánica cuántica. Lo que ahora se entiende por mecánica cuántica surgió a principios del siglo XX al tratar de resolver algunos fenómenos que no encontraban explicaciones en la física clásica. Las características distintivas de la mecánica cuántica, en contraposición a la mecánica clásica son: La energía de un sistema cuántico sólo puede tomar determinados valores, por lo que se dice que está cuantizada. No se puede conocer la posición de un sistema cuántico con exactitud, sino únicamente la probabilidad de que está por determinada zona. En 1924, Louis de Broglie da comienzo a la mecánica ondulatoria al asociar al electrón una onda. Cualquier partícula que se mueva a una velocidad tiene asociada una onda cuya longitud depende cuánticamente de la masa de la partícula: λ = Longitud de onda h = Constante de Planck = 6.63 x erg x s m = masa de la partícula λ = h / m v v = velocidad El físico Werner Heisemberg en 1927 mostró que es imposible medir simultáneamente la posición exacta y la velocidad exacta de un cuerpo tan pequeño como el electrón. Si se diseña una experiencia que releve la posición de una partícula con gran precisión, no es posible medir su velocidad; por tanto, su trayectoria futura no se puede predecir con certeza. Igualmente, si se determina con precisión su velocidad, no se puede conocer la posición de la partícula. MODELO ACTUAL DEL ATOMO Según la descripción mecánico ondulatoria del átomo, los electrones se localizan en niveles de energía alrededor del núcleo y sus energías están cuantizadas, tal como lo planteaba Bohr en su estructura atómica. Sin embargo, estos niveles están descritos de manera diferente. Cada nivel principal de energía consiste en uno o más subniveles o subcapas; estos subniveles, a su vez, comprenden uno o más orbitales. Los orbitales son regiones tridimensionales alrededor del núcleo donde existe una mayor probabilidad de localizar un electrón (Erwin Schrondinger, 1926). No es posible especificar una trayectoria definida para un electrón; solo se puede hablar de la 3

4 probabilidad de la presencia del electrón en alguna región del espacio alrededor del núcleo. El modelo actual del átomo propuesto por Schrodinger, es el resumen de las conclusiones de Bohr, de Broglie y Heinsemberg. El primero propuso la cuantización de la energía de los electrones; El segundo demostró que toda partícula asociada a una onda, cuya longitud ( ) se puede calcular por la ecuación = h / mv El tercero propuso el principio de incertidumbre que establece No es posible conocer al mismo tiempo la velocidad y la posición del electrón con la suficiente precisión para describir su trayectoria. La idea fundamental aquí es que cada una de las soluciones de la ecuación de onda de Schrodinger describe un estado de energía posible para los electrones dentro del átomo. Toda solución de esta ecuación se describe mediante los números cuánticos. Con la ecuación de Schrodinger se pretende: Resaltar el hecho de que, a través del tiempo, las ideas sobre el átomo se han venido modificando hasta llegar a un modelo tan complejo como el expresado mediante la ecuación de onda, conocido como modelo de probabilidades. Destacar que, no obstante, de la complejidad de la ecuación, se trata de un modelo matemático susceptible de solucionar. Schrödinger y su espíritu científico lo llevo a pensar que la naturaleza pudiera estar relacionada directamente con campos ondulatorios y dedujo que las líneas espectrales y demás datos acerca del electrón perfectamente podían ser nada menos que las soluciones que las soluciones propias a alguna ecuación diferencial. En mecánica cuántica, el estado en el instante t de un sistema se describe por un elemento del espacio complejo de Hilbert usando la notación bra-ket de Paul Dirac. Representa las probabilidades de resultados de todas las medidas posibles de un sistema. La evolución temporal de se describe por la ecuación de Schrödinger: es la unidad imaginaria es el observable posición es la constante de plack (h/2π) es el observable impulso es el hamiltoniano, dependiente del tiempo en general PARA QUÉ QUIERES TANTO SI HAS DE OFRECER TAN POCO? 4

5 PRUEBA DE QUÍMICA PREGUNTAS DE SELECCIÓN MÚLTIPLE CON ÚNICA RESPUESTA - (TIPO I) Estas preguntas se desarrollan en torno a una idea o problema al cual se refieren las opciones o posibilidades de respuesta. Constan de un enunciado en el que se expone el problema y cuatro posibilidades de respuestas. Las cuales son expresiones que completan el enunciado inicial; entre estas opciones debe escogerse una, la que usted considere correcta. 1. El científico que da comienzo a la mecánica ondulatoria al asociar al electron una onda fue: A. Louis de Broglie B. Werner Heisenberg C. Albert Einstein D. Niels Bohr 2. Para Bohr mientras un se mueve en su órbita, su energía permanece a un nivel. A. Protón variable B. Electrón diferente C. Electrón constante D. Neutrón similar 3. La parte del átomo que determina su masa es: A. Protones B. Electrones C. Neutrones D. Núcleo 4. Los átomos están conformados por protones, electrones y neutrones. Un átomo al perder un neutrón experimenta: A. Aumento de las cargas positivas B. Aumento de la masa atómica C. Disminuye la masa atómica D. Aumenta las cargas negativas 5. Entre los siguientes personajes que hicieron aportes a la química. Quién lo realizó por primera vez: A. Dalton B. Rutherford C. Avogadro D. Demócrito 6. No se puede afirmar cuando pasa un electrón de un nivel superior a un inferior A. Hay desprendimiento de energía B. El átomo está en estado excitado C. Da cumplimiento al principio de incertidumbre D. El electrón no tiende a ir al núcleo atómico. PARA QUÉ QUIERES TANTO SI HAS DE OFRECER TAN POCO? 5