Teoría Atómica (Estructura de la materia)

Teoría Atómica (Estructura de la materia) by Prof. Jorge Rojano
Es la teoría que afirma que la materia está formada por partículas muy pequeñas
llamadas átomos. Los átomos son tan pequeños que en un punto puede haber
2.000.000.000 de ellos,
El átomo posee fundamentalmente 3 clases de partículas: los electrones, protones y
neutrones.
Los protones y neutrones se encuentran en el núcleo y proporcionan la masa del átomo.
Los protones poseen carga positiva con un valor de 1,6 x 10-19 culombios y los
neutrones solamente masa. La masa de un protón es de 1,672 x 10-24 g y la de un
neutrón de 1,675 x 10-24 g.
Los electrones se encuentran fuera del átomo en los llamados niveles de energía. Los
niveles más alejados del núcleo tendrán mayor energía. Los electrones, son los
responsables de que un elemento reaccione con otro para formar moléculas. Los
electrones poseen carga negativa con un valor igual al de los protones y su masa es de
9,11 x 10-28 g El número de electrones en un átomo neutro es igual al de protones.
El número de protones se denomina número atómico y se representa por Z. A la suma
de los protones y neutrones de un átomo se le llama número másico y se representa por
A, A= Z + 0n1 Los electrones se encuentran fuera del núcleo del átomo en los llamados
niveles de energía y son los responsables de que un elemento reaccione con otro para
formar moléculas. Los electrones poseen carga negativa con un valor igual al de los
protones y su masa es de 9,11 x 10-28 g El número de electrones en un átomo neutro es
igual al de protones. Para representar un átomo neutro de un elemento se utiliza AzXo
en donde o representa la carga. Ejemplo representar a elementos sodio, cloro, calcio
Existen átomos que pueden tener cargas positivas o cargas negativas en exceso, estos
átomos se denominan cationes y aniones respectivamente. Para representarlos se debe
indicar la carga: Ejemplo el ión sodio puede representarse por 2311Na+1 esta escritura
quiere decir que tiene 10 electrones y 11 protones, el ión cloro se escribirá así: 3517 Cl-1
lo cual indica que tiene 18 electrones y 17 protones.
MODELOS ATÓMICOS:
Para explicar cómo se distribuían las partículas subatómicas en el átomo, los científicos
propusieron teorías y modelos. Estos modelos fueron en su orden de aparición:
1. Principios filosóficos: los primeros en hablar del átomo fueron los griegos
Demócrito y Leucipo en la antigüedad quienes establecieron que la materia
estaba formada por partículas pequeñísimas a las cuales llamaron átomo (sin
fundamento científico)
2. Teoría o postulados de Dalton(Modelo de Dalton en 1805): a) La materia está
formada por partículas esféricas denominadas átomos; b) Los átomos de un
mismo elemento son idénticos entre sí en tamaño y masa; c) Átomos diferentes
elementos pueden unirse en proporciones definidas y enteras para formar
compuestos químicos
3. En el año de 1887 surgió el modelo estático de J.J Thomson quien concibió el
átomo como una masa fluida en donde se encontraban los electrones y protones
distribuidos por todo el átomo. No fue aceptado porque algunos de los
experimentos para comprobar tal afirmación, resultaron negativos.
4. Después surgió el modelo atómico de Rutherford (modelo planetario en 1911)
quien después de hacer el experimento de la lámina de oro, propuso que el
átomo estaba formado por una parte central en donde se encuentra toda la masa
y la carga positiva, fuera del núcleo se encuentran los electrones girando
alrededor del núcleo en un número igual al de protones con un movimiento
similar al de los planetas alrededor del sol. También propuso que el átomo es en
su mayor parte espacio vacío. El modelo atómico de Rutherford fue aceptado
inicialmente pero luego fue rechazado por no explicar la emisión de espectros
de los elementos.
5. Modelo elíptico. en 1913 el científico Niels Bohr, basándose en el modelo de
Rutherford propuso que los electrones giraban en órbitas elípticas con un valor
de energía determinado sin que el electrón emitiera o absorbiera energía. A estas
órbitas las llamó Bohr, niveles de energía. Bohr propuso que si un electrón
absorbía energía podía pasar a un nivel energético de mayor energía. Si el
electrón bajaba a su nivel energético inicial, emitía dicha energía en forma de
radiación. El modelo de Bohr fue rechazado porque solamente explicaba su tesis
para el átomo de hidrógeno (elemento con un solo electrón). Para los demás
elementos que tienen bastantes electrones no pudo explicar. Bohr, designó a los
niveles de energía por la letra n y afirmó que podían existir 7 niveles designados
por los números: 1, 2, 3, 4, 5, 6,7 los cuales almacenan un número de electrones,
este número puede calcularse por la fórmula: No.electrones=2n2 en donde n es el
nivel de referencia. ¿Cuántos electrones hay en el nivel 3? R/18
6. Modelo de Sommerfeld: en 1923 el físico alemán Arnold Sommerfeld propuso
un modelo atómico, según el cual el átomo no solamente tiene niveles de energía
si no también subniveles de energía (orbitas circulares) en donde los electrones
también giran. Este modelo explicaba lo que el modelo de Bohr no podía
explicar para los elementos distintos al hidrógeno. Es decir no solamente los
electrones se van a encontrar en el nivel, si no también en los subniveles. Los
primeros cinco modelos fueron refutados y rechazados por no explicar en forma
concreta la posición del electrón en el átomo. Sin embargo los fundamentos de
algunas de ellas, sirvieron de base para el modelo cuántico, el cual surgió en
1926. Se llamó así porque se basó en el uso de cuatro números (letras) llamados
números cuánticos. Fue propuesto por Erwin Schrodinger quien se fundamentó
en el modelo de Bohr, de Sommerfeld y en el principio de incertidumbre de
Heisemberg (“no es posible determinar la posición y la velocidad de un electrón
simultáneamente”). Según este modelo los electrones se encuentran en niveles
de energía. Existen siete (7) niveles. Cada nivel está formado por subniveles de
energía y el número de ellos dependerá del nivel, por ejemplo el nivel 1 tendrá
un subnivel, el nivel 2, dos subniveles y así sucesivamente. Estos subniveles se
designan por las letras s, p, d, y f. Para cada letra se le asigna un valor así: para
s 0, para p 1, para d 2, para f 3. En cada subnivel hay regiones en donde se
encuentran los electrones, llamadas orbitales y el número de ellos se calcula por
la fórmula: 2L+1, en donde L es el subnivel. En cada orbital pueden existir
máximo 2 electrones y el número total de electrones en cada subniveles se
puede calcular por la fórmula: 2(2L+1) Así para el subnivel s, le corresponde 2
electrones, para el subnivel p, 6 y así sucesivamente.
La distribución y representación de los electrones en los niveles y subniveles se
denomina distribución o configuración electrónica. En esta representación deben
indicarse los niveles con números, los subniveles con letras y con un súper
índice el número de electrones en cada subnivel.
Por ejemplo los 11 electrones del elemento sodio que se distribuyen así: 2 en el
primer nivel, 8 en el segundo nivel y 1 en el tercero tendrá la siguiente
configuración electrónica: 1s22s22p63s1 ¿por qué?
Si deseamos escribir la configuración electrónica anterior con orbitales sería:
1s22s22px22py22pz23s1 ¿por qué?
Números cuánticos:
Son cuatro letras que indican la posición de los electrones en el átomo. Fueron
propuestos por Schrodinger. Estos números cuánticos se representan por: {n},
indica el nivel de energía del átomo, se denomina número cuántico principal.
Toma valores de 1 a 7; {L}, es el segundo número cuántico y representa los
subniveles, toma valores de 0 a n-1, es decir el primer nivel tendrá un solo
subnivel con valor de 0, el segundo nivel tiene 2 subniveles con valores de 0 y 1,
el tercer nivel tendrá 3 subniveles con valores de 0, 1 y 2 y así sucesivamente.
El tercer número cuántico es mL y representa los orbitales (regiones del átomo
en donde más probablemente se encuentran los electrones). Toma valores que
van desde –L, 0, +L. Ejemplo si L vale 3, mL tomará valores de -3,-2,-1,
0,+1,+2,+3. Es decir si L vale 3 le corresponde la letra f y tendrá 7 orbitales,
representados por los números anteriores. En cada orbital podrán estar máximos
dos electrones de Spines contrarios (principio de exclusión de Paulin) por lo
tanto en el subnivel anterior podrán existir 14 electrones apareados de dos en
dos; {ms}, es el cuarto número cuántico llamado spín del electrón (movimiento
sobre su propio eje), toma valores de +1/2 y -1/2, según se considere el giro en
el sentido o contrario al de las manecillas del reloj respectivamente.
Ejemplo: Calcular los números cuánticos para 2p4
Electrones 1
2 3
4
N
2
2 2
2
L
1
1 1
1
ML
-1 -1 0
0
Ms
+1/2 -1/2 +1/2 -1/2
Cuestionario:
1. ¿Qué es la teoría atómica?
2. ¿Qué es el átomo? ¿Qué son partículas subatómicas? ¿cuáles son?
3. ¿Cuántas son las partículas subatómicas en el potasio?
4. ¿Qué son los modelos atómicos? ¿para qué fueron elaborados?
5. Describa brevemente los modelos atómicos. ¿Cuáles fueron rechazados y
por qué?
6. ¿Cómo se llama el modelo atómico que explica la forma actual del átomo?
7. ¿Cómo se distribuyen los electrones según el modelo anterior?
8. Escriba la distribución electrónica del Calcio
9. ¿Cuáles son los números cuánticos de los electrones 2p6, 3d7, 4s2, 3f9?
10. Escribir la distribución electrónica del ión sodio. ¿Cómo se representa?
11. ¿Cuántos protones, electrones y neutrones tiene el elemento cuyo número
atómico es: 29? ¿Cuál es su distribución electrónica?
12. Escribir la distribución electrónica del ión Cloro. ¿Cómo se representa?
13. Escribir la distribución electrónica de los elementos: Al, S, K
14. Consulte que son elementos isoelectrónico y responda la siguiente pregunta:
De los elementos Al, Mg, C, B, Mn, Fe, O y N ¿cuáles de las siguientes
parejas son isoelectrónicas? a) Al+3 y Mg+2; b) C y B; c) Mn+2 y Fe+3; d)O-2
y N-1
15. En el tercer nivel energético, ¿cuál es el subnivel de máxima energía?
16. ¿Cuál es el número de protones, electrones y neutrones para el ión Na+1?