UNIDAD 1: EL ÁTOMO Y EL SISTEMA PERIÓDICO

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1 UNIDAD 1: EL ÁTOMO Y EL SISTEMA PERIÓDICO 1. PRIMERAS TEORÍAS ATÓMICAS Demócrito, filósofo griego que vivió en el siglo IV a. C. propuso que, si se dividía la materia en trozos cada vez más pequeños, debería llegarse a una porción que ya no podría dividirse más. Por ello, llamó a estas partículas átomos, que en griego quiere decir "indivisible". Demócrito atribuyó a los átomos las cualidades de ser eternos, inmutables e indivisibles. Las ideas de Demócrito no fueron admitidas debido a la influencia de Aristóteles, otro gran pensador griego. Para Aristóteles, la materia era de naturaleza continua y estaba formada por diferentes combinaciones de Tierra-Agua-Aire-Fuego. Tuvieron que pasar veinte siglos para que un químico inglés llamado John Dalton retomara las ideas de Demócrito y publicase, en 1808, su famosa teoría atómica: Los elementos están formados por partículas muy pequeñas, llamadas átomos, que son indivisibles e indestructibles. Todos los átomos de un elemento tienen la misma masa atómica. Los átomos se combinan en relaciones sencillas para formar compuestos. Los cuerpos compuestos están formados por átomos diferentes 2. MODELO DE THOMSON En 1897, el británico Joseph John Thomson descubrió unas partículas con propiedades sorprendentes: prácticamente no tenían masa y tenían carga eléctrica negativa. Las llamó electrones. Lo demostró utilizando el Tubos de Rayos Catódicos. Descubrió que los rayos catódicos estaban formados por partículas cargadas negativamente (hoy en día llamadas electrones), de las que determinó la relación entre su carga y masa. En 1906 le fue concedido el premio Nobel por sus trabajos. 1

2 Cuando se calienta el cátodo, emite una cierta radiación que viaja hacia el ánodo. Si las paredes internas de vidrio detrás del ánodo están cubiertas con un material fluorescente, brillan intensamente. PROPIEDADES DE LOS RAYOS CATÓDICOS El hecho de que los rayos son emitidos por el cátodo, es decir el electrodo negativo, demostró que los electrones tienen carga negativa. Se propagan en línea recta. Si se pone unas aspas delante, las hace girar, demostrando así que el electrón tiene masa. Sus componentes, los electrones, son universales, puesto que al cambiar el gas contenido en el tubo, no cambia la naturaleza de los rayos. REPRESENTACIÓN GRÁFICA DEL MODELO ATÓMICO DE THOMSON De este descubrimiento dedujo que el átomo debía de ser una esfera de materia cargada positivamente, en cuyo interior estaban incrustados los electrones. Modelo del Pudin de pasas 2

3 3. MODELO DE RUTHERFORD El neozelandés Ernest Rutherford ( ), en 1911, gracias a sus estudios de la radiactividad, demostró que los átomos no eran macizos, como se creía, sino que están vacíos en su mayor parte y en su centro hay un diminuto núcleo. EXPERIMENTO DE RUTHERFORD La mayoría de los rayos alfa atravesaba la lámina sin desviarse, porque la mayor parte del espacio de un átomo es espacio vacío. Algunos rayos se desviaban, porque pasan muy cerca de centros con carga eléctrica del mismo tipo que los rayos alfa (CARGA POSITIVA). Muy pocos rebotan, porque chocan frontalmente contra esos centros de carga positiva OBSERVACIONES DURANTE EL EXPERIMENTO DE RUTHERFORD La mayor parte del átomo está vacío. La masa se concentra principalmente en la zona central, llamada núcleo. Tiene carga positiva. Los electrones se mueven alrededor del núcleo describiendo órbitas circulares, en una zona denominada corteza El núcleo de un átomo es cerca de veces menor que el átomo mismo, y sin embargo, concentra prácticamente el 100% de su masa. 3

4 Para efectos de comparación, si un átomo tuviese el tamaño de un estadio de fútbol, el núcleo sería del tamaño de una canica colocada en el centro, y los electrones, como partículas de polvo agitadas por el viento alrededor de los asientos. CONCLUSIONES DE RUTHERFORD: REPRESENTACIÓN DEL MODELO DE RUTHERFORD El átomo está constituido por un núcleo central que posee las cargas positivas (Protones) En el núcleo se concentra gran parte de la masa del átomo Los Electrones giran en torno al núcleo del átomo. Que existe un gran espacio vacío entre el núcleo y la corteza También comprobó que la masa del átomo es mucho mayor que la de los protones: debe haber en el núcleo otra partícula neutra: neutón (descubierto por James Chadwick en 1932) DEFICIENCIAS DEL MODELO DE RUTHERFORD Según una teoría ya probada teoría (electromagnética de Maxwell), al ser el electrón una partícula cargada en movimiento debe emitir radiación constante y por tanto, perder energía. Esto debe hacer que el electrón esté cada vez más cerca del núcleo y terminaría chocando. 4

5 Newton demostró que la luz blanca visible procedente del sol puede descomponerse en sus diferentes colores mediante un prisma. El espectro que se obtiene es continuo y contiene todas las longitudes de onda desde el rojo al violeta. En cambio la luz emitida por un gas incandescente no es blanca sino coloreada y el espectro que se obtiene al hacerla pasar a través de un prisma es bastante diferente. Es un espectro discontinuo que consta de líneas o rayas emitidas a longitudes de onda específicas. Cada elemento (es decir cada tipo de átomos) posee un espectro característico que puede utilizarse para identificarlo. El modelo atómico de Rutherford no podía explicar estas emisiones discretas de radiación por los átomos. 4. MODELO DE BOHR El danés Niels Bohr ( ) propuso un nuevo modelo atómico, según el cual los electrones giran alrededor del núcleo en unos niveles bien definidos. Explica los espectros discontinuos originados por la radiación emitida por los átomos excitados de los elementos en estado gaseoso. CARACTERÍSTICAS DEL MODELO DE BOHR Los electrones giran alrededor del núcleo en órbitas. Cuando los electrones giran no emiten ni absorben energía, es decir se ubican en estados estacionarios o de energía cuantificada (por eso no se precipitan sobre el núcleo). Cuando un electrón absorbe energía, salta de un nivel de menor energía a otro de mayor energía, emitiendo un espectro de absorción. Cuando un electrón salta de un nivel de mayor a otro de menor energía emite un fotón detectado a través de un espectro de emisión. 5

6 REPRESENTACIÓN DEL MODELO DE BOHR 5. MODELO ACTUAL: MODELO ATÓMICO MECANO-CUÁNTICO Este modelo fue desarrollado entre los años 1924 y 1927 aproximadamente, resultado de múltiples investigaciones científicas entre las que se destacan el aporte de: Max Plank Louis de Broglie Werner Heisenberg Erwin Schrödinger Niels Bohr CARACTERÍSTICAS DEL MODELO ACTUAL Está regido por el Principio de Incertidumbre, que plantea que es imposible determinar la posición y la velocidad del electrón. Por lo tanto los electrones se ubican en niveles de Probabilidad denominados Orbitales (ecuaciones de Onda) El electrón tiene un doble comportamiento: dualidad onda-partícula 6

7 El modelo es esencialmente un modelo matemático. La ubicación de las partículas sub-atómicas de los modelos anteriores se mantiene. REPRESENTACIÓN DEL MODELO ACTUAL 6. CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA Es la distribución de los electrones en los distintos orbitales del átomo. Hay 4 tipos de orbitales (s p d f) y 7 niveles de energía (1 al 7) Por ejemplo, si un electrón está en 5d, quiere decir que está situado en el quinto nivel de energía y en un orbital tipo d EL NÚMERO MÁXIMO DE ELECTRONES QUE CABEN EN CADA ORBITAL ES: Tipo de orbital Nº máximo de electrones s 2 p 6 d 10 f 14 Ejemplo: Br El Bromo tiene 35 protones y como es neutro también tiene 35 electrones. Seguimos para el orden de llenado de electrones el diagrama de Moeller: 7

8 Vamos colocando los 35 electrones y nos queda: 7.- IDENTIFICACIÓN DE ÁTOMOS Todos los átomos de un elemento químico tienen en el núcleo el mismo número de protones. Este número, que caracteriza a cada elemento y lo distingue de los demás, es el número atómico y se representa con la letra Z. Ejemplo: Numero atómico : Cantidad de protones en el núcleo = 79 Numero másico : Suma Protones + Neutrones = 197 Neutrones : Numero de masa Protones = = 118 Cantidad de electrones= Cantidad de protones - 3 = 79 3 = 76 8

9 8.- ISÓTOPOS Aunque todos los átomos de un mismo elemento se caracterizan por tener el mismo número atómico, pueden tener distinto número de neutrones. Llamamos isótopos a las formas atómicas de un mismo elemento que se diferencian en su número másico. Ejemplo: Todos los átomos de Carbono tienen 6 protones en el núcleo (Z=6), pero sólo el 98.89% de carbono natural tiene 6 neutrones en el núcleo (A=12), un 1.11% tiene 7 neutrones en el núcleo (A= 13), y una cantidad aún menor (0.01%) tiene 8 neutrones (A= 14). Los isótopos de un elemento son átomos que tienen diferente número de neutrones y por tanto una masa atómica diferente. 9.- RADIACTIVIDAD La radiactividad es un fenómeno natural que consiste en la emisión de partículas y radiaciones por parte de muchos isótopos, transformándose en otros elementos En la desintegración radiactiva se emiten partículas Alfa (núcleos de helio), Beta (electrones y positrones), Gamma (fotones), o incluso neutrones. 9

10 CAPACIDAD DE PENETRACIÓN DE LAS PARTÍCULAS RADIACTIVAS Las distintas radiaciones tienen distinta capacidad de penetración en los medios materiales debido a las fuerzas que intervienen en el proceso de frenado de las partículas y propiedades de las mismas partículas como masa, carga, etc TABLA PERIÓDICA TABLA DE MENDELEIEV Mendeleiev en 1869 realizó una clasificación de los elementos basándose en los siguientes puntos: Clasificó lo 63 elementos conocidos utilizando el criterio de masa atómica creciente, ya que no se conocía el concepto de número atómico puesto que no se habían descubierto los protones. Dejó huecos para elementos que aún no se habían descubierto. Predijo las propiedades de algunos de éstos, tales como el germanio (Ge). En vida de Mendeleiev se descubrió que el Ge que tenía las propiedades previstas Algunos elementos tenía que colocarlos en desorden de masa atómica para que coincidieran las propiedades. Lo atribuyó a que las masas atómicas estaban mal medidas. TABLA PERIÓDICA ACTUAL Se usa el orden creciente de nº atómico, a la vez que se colocan los elementos con propiedades similares en la misma columna. Hay una relación directa entre la configuración electrónica del elemento y su posición en la tabla periódica. 10

11 VARIACIÓN DEL CARÁCTER METÁLICO Es una propiedad relacionada con las propiedades físicas y químicas de los elementos. El carácter metálico aumenta hacia la izquierda en un periodo y hacia abajo en un grupo. 11