UNIDAD 2 Tema 2.1 Estructura del átomo. Partículas subatómicas. Número atómico, masa atómica, número de masa. Isótopos. 1
Teoría atómica de la materia Demócrito (460-370 a.c.): el mundo material está formado de pequeñas partículas indestructibles (átomos), desprovistas de cualidades, que no se distinguen entre sí más que por la forma y dimensión, y que por sus diversas combinaciones en el vacío constituyen a los diferentes cuerpos. Aristóteles (384-322322 a.c.): no cree en el atomismo, para él no existe el vacío y la materia es continua. Propone que la materia está compuesta por los cuatro elementos: agua, aire, fuego y tierra. La perspectiva atómica de la materia quedó estancada por muchos años gracias a que la filosofía aristotélica dominó la cultura occidental. 2
Evolución de la teoría atómica 3
John Dalton (1766-1844) 1844) Su concepto de átomo es mucho más detallado y específico que el de Demócrito. No intentó describir la estructura o composición de los átomos. Tampoco tenía idea de cómo era un átomo, pero al analizar datos experimentales de elementos diferentes se dio cuenta de que sólo se explicaban si sus átomos eran diferentes. 4
Teoría atómica de Dalton Un átomo es la unidad básica de un elemento que puede intervenir en una reacción química. 5
John Dalton (1808) 1. Los elementos están formados por partículas extremadamente pequeñas (átomos). 2. Los átomos son indivisibles. 3. Los átomos de un mismo elemento son idénticos (mismo tamaño, masa y propiedades químicas) y diferentes a los átomos de otros elementos. 4. Los compuestos están formados por átomos de más de un elemento, relacionados siempre en un número entero o en fracciones sencillas. 5. Una reacción química implica sólo la separación, combinación o reordenamiento de los átomos; ni se crean ni se destruyen. 6
ESTRUCTURA DEL ÁTOMO Algunos descubrimientos importantes que llevaron a la construcción del modelo actual del átomo: - Electricidad animal: : Luigi Galvani (1786) - Baterías: Alessandro Volta (1800) - Descubrimiento de elementos químicos obtenidos por electrólisis: Humprey Davy (1778-1829) 1829) - Métodos para licuar gases,, diseño del primer generador eléctrico, estudios con la electrólisis: Michael Faraday (1791-1867) 1867) - Tubos de Geissler- Julius Plücker. - Estudio de la interacción de los rayos catódicos con diversos objetos: Johan W. Hittorf (1869) - Tubos de William Crookes (1879) - Rayos X: Wilhem C. Röntgen (1895) - Fosforescencia: : Henri Becquerel (1896) 7
ESTRUCTURA DEL ÁTOMO Experimentos con rayos catódicos de J.J. Thomson (relación carga/masa del e-). Experimento de R. Millikan (carga y masa del electrón) Descubrimiento de las radiaciones α, β y δ (E. Rutherford) Descubrimiento del neutrón (J. Chadwick) 8
ESTRUCTURA DEL ÁTOMO Investigaciones iniciadas a mediados del s. XIX demostraron que los átomos tienen una estructura interna (partículas subatómicas). De 1897 a 1932 se descubren 3 partículas subatómicas: e-, p+ y nº. 9
ESTRUCTURA DEL ÁTOMO Estudios con rayos catódicos J. J. Thomson (1856-1940) 1940) 10
ESTRUCTURA DEL ÁTOMO Experimento de R. Millikan (1909) 11
Estudios sobre la radiactividad E. Rutherford 12
Modelo atómico de J. J. Thomson (1902) 13
ESTRUCTURA DEL ÁTOMO Experimento de Rutherford (1910) 14
Como la mayor parte del volumen de cada átomo de oro es espacio vacío, la mayoría de las partículas cruzan la laminilla sin desviarse. Pero cuando una partícula pasa muy cerca de un núcleo, es repelida lo que ocasiona que su trayectoria modifique. 15
Modelo atómico de Rutherford 16
ESTRUCTURA DEL ÁTOMO Experimento de J. Chadwik (1932) Bombardeó una lámina delgada de berilio con partículas y se emitió radiación de muy alta energía, similar a los rayos. Experimentos posteriores demostraron que esos rayos eran de un tercer tipo de partícula subatómica, que Chadwik llamó neutrones por ser eléctricamente neutras. 17
Dimensiones atómicas DENSIDAD DE UN NÚCLEO ATÓMICO: entre 10 13 y 10 14 g/cm 3 18
Partículas subatómicas Partícula Masa (g) Masa (uma) Unidad de carga Carga (coulomb) Electrón 9.10938x10-28 5.486x10-4 -1 1.6022x10-19 Protón 1.67262x10-24 1.0073 +1 1.6022x10-19 Neutrón 1.67493x10-24 1.0087 0 0 19
Podemos ver a los átomos? Arseniuro de galio. Imagen obtenida con microscopía de escaneo por efecto túnel. Se añadió color para diferenciar a los átomos de galio (esferas azules) de los átomos de arsénico (esferas rojas).
Imágenes tomadas con un microscopio de efecto túnel, inventado en 1981. 21
ÁTOMOS No son esferas duras e indivisibles, pero sí las partículas más pequeñas de una sustancia elemental. Son partículas muy pequeñas (1 a 5 Å). Están conformadas por protones, neutrones y electrones. Su estructura y enlaces determinan las propiedades físicas y químicas de los materiales. 22
Test post-fiestas patrias 1) Cómo definimos actualmente a un átomo? 2) En qué difieren los modelos atómicos de Thomson y de Rutherford? 3) Cómo se determinó la existencia de las subpartículas atómicas? 4) Cuáles son las características principales de las partículas subatómicas? 5) Qué carga eléctrica tiene cada una de ellas? 6) Cuál de esas partículas tiene la mayor masa? 7) Cuál tiene la menor masa? 8) Cuál partícula subatómica define la identidad de un elemento? 23
Número atómico (Z) Es el número de PROTONES que tiene en su núcleo un átomo de cualquier elemento. Si dicho átomo es eléctricamente neutro, el número de electrones que posee es igual a su número de protones. El número atómico de cada elemento es lo que define su identidad. 24
Número de masa (A) Es la suma del número de protones y de neutrones que hay en un núcleo atómico. Los átomos de un elemento dado pueden diferir en el nº de neutrones que contienen y, en consecuencia, en su número de masa y masa atómica. 25
Isótopos Son átomos de un mismo elemento que son diferentes en el número de neutrones que contienen, y por lo tanto tienen distinto nº de masa y masa atómica diferente. Descubridores: J. J. Thomson en 1913 y posteriormente F. W. Aston en ese mismo año. 26
Carbono-12 SIMBOLOGÍA Para cualquier elemento: A Z X 27
Isótopos del carbono Símbolo del isótopo N protones N electrones N neutrones 11 C 6 6 5 12 C 6 6 6 13 C 6 6 7 14 C 6 6 8 El Berilio y el Flúor tienen un único isótopo estable. El Estaño tiene nueve isótopos estables. Hasta hoy se han descubierto aproximadamente 1500 núclidos diferentes; de ésos sólo 264 son estables (no emiten radiación espontáneamente). 28
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Resolver la colección de ejercicios sobre Subpartículas atómicas (pág. 89, Garritz-Gasque-Martínez) 30
La escala de masa atómica Los científicos del s. XIX no sabían sobre partículas subatómicas, pero admitían que los átomos de diferentes elementos tenían diferentes masas. Las masas atómicas de los elementos primero se determinaron en relación con el hidrógeno; actualmente están referidas al carbono-12. Las masas de los átomos están dadas en unidades de masa atómica (uma). 1 uma = 1.66054 x 10-24 g 1 g = 6.02214 x 10 23 uma 31
Masas atómicas promedio La mayoría de los elementos se encuentran en la Naturaleza como mezclas de isótopos. Las masas atómicas reportadas en la tabla periódica son masas atómicas promedio calculadas con las masas de sus diferentes isótopos y su abundancia fraccionaria: 32
Masas atómicas promedio CARBONO: 98.93% de carbono-12 y 1.07% de carbono-13, cuyas masas son 12 uma y 13.00335 uma, respectivamente. (0.9893)(12 uma ) + (0.0107)(13.00335 uma)= 12.01 uma A este dato también se le conoce como peso atómico. 33
Ejercicio El plomo elemental (Pb) tiene cuatro isótopos naturales, cuyas masas y abundancia, son: isótopo Masa (uma) Abundancia (%) 1 207.97663 52.4 2 205.97444 24.1 3 206.97587 22.1 4 203.97302 1.4 Cuál es la masa atómica promedio del plomo? Coincide con el dato que se reporta en la tabla periódica? 34
UNIDAD 2 Tema 2.2 TAREA.. Hacer sus apuntes sobre: a) Antecedentes históricos de la clasificación periódica de los elementos químicos. b) Aportaciones de: - Johann W. Döbereiner - John A. R. Newlands - Dimitri Mendeleiev - Henry Moseley 35
Fuentes de consulta? Lecturas que se expusieron Libros de Química General Universitaria 36