MODELO MECANO CUÁNTICO Primer Año Medio [email protected] Los átomos y su historia Obj. De hoy: 1. Recordar los modelos anteriores a la teoría Cuántica. 2. Identificar las partículas subatómicas Modelos atómicos Demócrito,500 años a.C. propuso que la materia no podía dividirse infinitamente, debía existir una partícula pequeña que fuese la esencia de la materia, le puso de nombre “átomo”. John Dalton, (1803), inglés, propone que la materia es discontinua, formada por la unión de átomos. Dice que: los elementos químicos están formados por partículas muy pequeñas e indivisibles llamadas átomos. Todos los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí. Postula que un elemento está formado por átomos iguales y que un compuesto esta formado por átomos diferentes. El modelo atómico de Thomson (1897)J. J. Thomson, después de descubrir la existencia de los electrones, intuyó la existencia de carga positiva en el átomo, dada que los átomos eran neutros. Propuso un modelo de átomo que consistía en una esfera maciza cargada positivamente, en la que se hallaban incrustados los electrones, con carga negativa, como si fuera «un pastel de pasas». Este primer modelo atómico fue aceptado por la comunidad científica. Características de las partículas subatómicas. Partícu- Sím Masa (g) la bolo protón neutrón electrón Carga carga (signo) Ubicación Características de las partículas subatómicas. Partícu Sím- Masa (g) -la bolo protón p 1,673·10-24g neutró n n electró e n 1,675·10-24g Carga carga (signo) Ubicación positiva 1,6·10-19 núcleo coulomb Sin carga 9,110·10-28g negativ a 1,6·10-19 núcleo coulomb -1,6·1019 coulomb Nube electrónica la masa del electrón es 1840 < masa del protón. Modelo de Rutherford,1911 Realizó una experiencia que lo llevó a concluir que el átomo está constituido por un núcleo que contiene a casi toda la masa y que los elec-trones negativos girarían alrededor en órbi-tas elípticas o circulares. “Si el núcleo fuese del tamaño de mi puño, el átomo sería del tamaño de una cancha de fútbol”. Predijo que debían existir neutrones. Las partículas de los elementos. Obj. de hoy: Determinar el número de partículas que poseen los átomos. ¿sabías que cada átomo es diferente a otro, por la cantidad de partículas subatómicas que posee? En la Tabla Periódica hay mucha información sobre los elementos, por ejemplo, cada elemento de la Tabla periódica posee un Número atómico y un Número másico que lo identifica. Información destacable sobre los átomos: Si el átomo es El Número atómico, Z, indica el número de protones que hay en el núcleo neutro, tendrá la misma cantidad de electrones. A, es el nº másico e indica el nº de protones más neutrones que hay en el átomo Actividad: Señale cuántas partículas subatómicas poseen los siguientes átomos : Átomo 23 Na 11 12 C 6 14 6C 207 82Pb 40 20Ca 11 B 5 14 N 7 1H 1 1H 2 Z A Nombre protones neutrones electrones ISO: conceptos iguales Isótopos: átomos de un isótopo s mis-mo elemento, con diferente cantidad de neutrones. isó(igual Z, diferente A) baros Isóbaros: átomos de diferen-te elemento, con isóigual núme-ro másico tonos (diferente Z, = A) Isótonos: átomos diferentes, con diferente número másico, pero con igual cantidad de neutrones 12 6C 1 1H 14 6C 2 1H 14 6C 14 7N 11 5B 12 6C Asignación de trabajo: 1.- Redactar sobre las investigaciones de los siguientes científicos: Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Werner Heissenberg, Louis de Broglie, Erwin Schrodinger 2.-Investigar cuales recibieron el Premio Nóbel por su aporte a las Ciencias y en que año. 3.- Exponer al curso y elaborar un tríptico de uno de ellos, para exponer en el Diario Mural. Hacia la mecánica cuántica Obj. de hoy: Exponer al curso las investigaciones realizadas, para introducirnos a la teoría de la Mecánica Cuántica. Nacimiento de la Física cuántica: Objetivo de hoy: Identificar los factores que permitieron llegar a estudios cuánticos. La Física es una rama de las ciencias que estudia el comportamiento de los cuerpos, sin embargo, la Física clásica no permite explicar el comportamiento de partículas tan pequeñas como los átomos. Hay tres fenómenos científicos que tiene que ver con las radiaciones que puede producir un cuerpo y que no pudieron ser explicados por la Física Clásica hasta los años 1900. Estudios de los científicos de la época, permitieron entender estos fenómenos, pero desde otra perspectiva, formulan sus hipótesis y teorías en base a la recién descubierta cuantificación de la energía. Vemos estos tres fenómenos: Max Planck ( 1900), radiación de cuerpo oscuro. Los quemadores de una estufa, es un cuerpo que no emite radiación si está apagada (cuerpo oscuro), si está caliente, emite una radiación roja intensa. Los conceptos de longitud de onda no permitían explicar esta radiación. No cuadraba la física clásica. Planck pudo explicarla con la hipótesis: La energía puede liberarse (o ser absorbida) por los átomos en unidades pequeñas, llamadas “cuantos” de energía. Un cuanto es la mínima energía que se puede emitir en forma de radiación electromagnética. Si la luz del sol es una radiación electromagnética, ésta llega a la tierra en forma de cuantos de energía. ¿leamos lo que dice Raymond Chang sobre la analogía de la e. cuántica?. Pág 23 Albert Einstein, Efecto fotoeléctrico: Una superficie metálica que recibe energía puede emitir electrones, lo que genera corriente eléctrica. La Física clásica no puede explicar este comportamiento de los electrones. En 1905, Einstein permite explicar el efecto fotoeléctrico dice que la luz, además de ser una onda, es un rayo de partículas, a la cual denominó fotones, los cuales emiten energía. La energía se puede medir, de acuerdo a la fórmula: E=hv Los espectros atómicos La física clásica no podía, tampoco, explicar el comportamiento de los espectros atómicos. Cuando un haz de luz atraviesa un medio diferente, se dispersa en sus componentes de diferentes longitudes de ondas. Si mediante energía calórica se excita a un elemento en estado gaseosos, sus átomos emiten energía en ciertas longitudes de onda. Si recibe radiación electromagnética, absorben ciertas longitudes de onda. Uno es el inverso del otro. Porque ocurre eso? Algo tiene un elemento gaseoso que permite absorber solo algunas longitudes de ondas. ¿qué tiene? Electrones y éstos se excitan con la energía radiada y origina estas frecuencias características. Observemos la pag 27: Modelo Cuántico: radiación de cuerpo oscuro Efecto fotoeléctrico Espectro atómico Los átomos poseen partículas que emiten o absorben cuantos de energía y la radiación es una emisión de fotones Prueba 22 de mayo Contenidos: Nombres y símbolos elementos. (Z 1 al 30) Características de las part. Subatómicas. Modelos de Demócrito, Thomson,Rutherford. Número Atómico y Másico Isótopos, isóbaros, isótonos. Guía Nacimiento de la Física Clásica. Modelo de Bohr (1913) Con él, nace la Química Cuántica. Mantiene las conclusiones de Rutherford, pero sus investigaciones si explicaron el comportamiento de los electrones: Dice que los electrones giran en orbitas o estados estacionarios y que no emiten ni absorben energía. Cuando un electrón es excitado, salta de un nivel de energía a otro liberando “un cuanto” de energía TEORÍA CUÁNTICA La teoría más actual es la Teoría CUÁNTICA, que se basa en la Teoría de Max Planck y la investigación de Niels Bohr y que finalmente es completamente validada por el trabajo conjunto de Louis de Broglie, Werner Heissenberg y Erwin Schrodinger, quién desarrolla una ecuación diferencial que permite explicar el comportamiento de los electrones: El átomo posee un núcleo con protones(+) y neutrones (sin carga); los electrones (-) giran en niveles energé-ticos, en una gran nube electrónica. Dentro de los niveles, existen orbitales donde se mueven los electrones, de acuerdo a un concepto de probabilidad. Se describe a través de los números cuánticos. NÚMEROS CUÁNTICOS: Obj. de hoy: Identificar los números cuánticos y los valores que pueden tomar para caracterizar nivel, posición, orientación y giro de los electrones en su constante movimiento alrededor del núcleo de los átomos. De acuerdo a la Teoría Cuántica, los electrones se pueden caracterizan y representar a través de una relación matemática, llamada ecuación diferencial, que entrega 4 resultados, llamados números cuánticos: Número cuántico principal (n), representa el nivel energético en donde se mueve el electrón. Toma valores enteros y sencillos. n = (1,2,3,4,. . . . . .) Número cuántico secundario o azimutal (l) indica la región u orbital donde se mueve. Depende del nº cuántico principal. Para cada valor de n, l toma los valores desde 0,1,2,3, Cuando l =… 0 (n-1) el orbital se caben 2 e denomina “s” Cuando l =1 Cuando l = 2 Cuando l = 3 el orbital se denomina “p el orbital se denomina “d” el orbital se denomina f” caben 6 e caben 10 e caben 14 e Número cuántico magnético: (m) indica la orientación espacial de los orbitales, depende del secundario. Para cada valor de l, m toma valores desde - l, …-3, -2, -1, 0, 1, 2, 3,…+ l Número cuántico de spin: ( s) indica el giro del electrón, para cada valor de m, s toma los valores +1/2, -1/2 Números cuánticos Nº cuántico principal Nº cuántico secundari o Nº cuántico magnétic o Nº cuántico de spin Nº Nº electrone electrone s s total nivel