conceptos básicos 2: átomo

Curso: Radiaciones, Medio Ambiente y Ser
Humano
CONCEPTOS BÁSICOS 2: ÁTOMO
Loengrid Bethencourt
Agosto 2016
Introducción
Oro
Sal de mesa
Conduce la electricidad y puede trabajarse para formar láminas delgadas
Quebradiza y se
disuelve en agua
Diamantes
Transparentes
y duros
Observaciones en el mundo macroscópico,
el mundo de nuestros sentidos.
Introducción
Introducción
Oro
Sal de mesa
Conduce la electricidad y puede trabajarse para formar láminas delgadas
Quebradiza y se
disuelve en agua
Diamantes
Transparentes
y duros
En Química buscamos entender y explicar estas
propiedades en el mundo submicroscópico, el
mundo de los átomos y las moléculas.
Introducción
Oro
Sal de mesa
Conduce la electricidad y puede trabajarse para formar láminas delgadas
Quebradiza y se
disuelve en agua
Diamantes
Transparentes
y duros
Para poder explicar los diferentes tipos de
materia y sus propiedades, es necesario
saber que la materia está formada por
Introducción
MATERIA
Está formada
por
MOLÉCULAS
Formadas por
uniones de
ÁTOMOS
Esquema de la Clase
Evolución Histórica: Modelos Atómicos
El Átomo y su Constitución
Emisión y Absorción de Radiación
Evolución Histórica: Modelos Atómicos
Evolución Histórica: Modelos Atómicos
Evolución Histórica: Modelos Atómicos
Proporciones en las que se combinan
los átomos para formar compuestos
2
distintos.
CO2, proporción 1:2
Dentro de los átomos hay partículas
diminutas  electrones
Evolución Histórica: Modelos Atómicos
Evolución Histórica: Modelos Atómicos
Proporciones en las que se combinan
los átomos para formar compuestos
2
distintos.
CO2, proporción 1:2
Dentro de los átomos hay partículas
diminutas  electrones
Evolución Histórica: Modelos Atómicos
Tres tipos de radiación: α, β y γ
Partículas β: carga de -1
Partículas α: carga de +2
Radiación γ es de alta energía similar a los rayos X; no
consta
deH.,partículas
y no posee
Brown,
T., LeMay,
Bursten, B. y Bursten,
J. Químicacarga.
La Ciencia Central. Pearson Education, Inc.
Evolución Histórica: Modelos Atómicos
Brown, T., LeMay, H., Bursten, B. y Bursten, J. Química La Ciencia Central. Pearson Education, Inc.
Evolución Histórica: Modelos Atómicos
Proporciones en las que se combinan
los átomos para formar compuestos
2
distintos.
CO2, proporción 1:2
Dentro de los átomos hay partículas
diminutas  electrones
Evolución Histórica: Modelos Atómicos
Realizó experiencias sobre átomos
excitados de elementos en estado
gaseoso.
Usó ideas de Planck y Einstein.
Explicación teórica de los espectros
de líneas.
Electrones giran alrededor del
núcleo en niveles de energía
bien definidos.
Evolución Histórica: Modelos Atómicos
https://www.youtube.com/watch?v=0UW90luAJE0
Evolución Histórica: Modelos Atómicos
Evolución Histórica: Modelos Atómicos
Evolución Histórica: Modelos Atómicos
El Átomo y su Constitución
Átomo:
► Unidad más pequeña de un elemento químico que
mantiene su identidad o sus propiedades, y que no es
posible dividir mediante procesos químicos.
Menor agrupamiento de partículas (electrones,
protones y neutrones) que contiene las propiedades
de un elemento químico.
►
El Átomo y su Constitución
Núcleo de carga positiva  protones y neutrones
(nucleones)
Rodeado de nube de electrones, de carga negativa
Protón (p+)
Partícula de carga
positiva, con masa de
1,67262 × 10–24 g
Neutrón (n)
Partícula sin carga,
con masa de
1,67495 × 10–24 g
Electrón (e-)
Partícula de carga
negativa, con masa de
9,1094 × 10–28 g
El Átomo y su Constitución
 Masas del protón y del neutrón casi iguales, mucho
mayores que la de un electrón (se precisan 1836 electrones
para igualar la masa de un protón).
El núcleo contiene la mayor parte de la masa de un átomo.
Diámetros atómicos del orden de 1 a 5 Å
Diámetros de los núcleos son sólo del orden de 10-4 Å,
sólo una pequeña fracción del diámetro del átomo.
Los electrones ocupan la mayor parte del volumen de un átomo.
El Átomo y su Constitución
El Átomo y su Constitución
Número Atómico, Número de Masa e Isótopos
 En los átomos neutros
Nº de protones = Nº de electrones
Número atómico (Z):
► Número de protones / electrones de un átomo.
► Se representa con la letra Z y se escribe como subíndice
a la izquierda del símbolo del elemento: ZX.
Ejemplos: 1H, 2He, 3Li, 4Be
El Átomo y su Constitución
Número Atómico, Número de Masa e Isótopos
Número de masa (A):
► Suma del número de protones y neutrones de un átomo.
► Se representa con la letra A y se escribe como superíndice
a la izquierda del símbolo del elemento: AX.
Ejemplos: 1H, 2H, 3H
El Átomo y su Constitución
Número Atómico, Número de Masa e Isótopos
 Z y A permiten identificar el número y tipo de
partículas de un átomo.
Ejemplo:
A
A= 3
3
1
H
Nº protones + Nº neutrones = 3
Nº neutrones= 3 – 1 = 2
Z
Z=1
Nº protones = Nº electrones = 1
El Átomo y su Constitución
Número Atómico, Número de Masa e Isótopos
 Z y A permiten identificar el número y tipo de
partículas de un átomo.
35
Ejercicio: Para el átomo 17 Cl , indique Z, A, nº de protones,
nº de electrones y nº de neutrones.
Z= 17
A= 35
Nº de protones = 17
Nº de electrones = 17
Nº de neutrones = 35 - 17 = 18
El Átomo y su Constitución
Número Atómico, Número de Masa e Isótopos
 Z y A permiten identificar el número y tipo de
partículas de un átomo.
Ejercicio: Dé el símbolo químico completo para el
núclido que contiene 18 protones, 18 electrones y 22
neutrones.
40
18
Ar
Ejercicios similares en el capítulo 2 de Brown, T., LeMay, H., Bursten, B.
y Burdge, J. Química La Ciencia Central. Pearson Education, Inc.
El Átomo y su Constitución
Número Atómico, Número de Masa e Isótopos
Isótopos:
Átomos de un mismo elemento que difieren en el
número de neutrones y, por ende, en su número de masa.
► Átomos que tienen el mismo número atómico pero
diferente número de masa.
1
Ejemplos:
H
Hidrógeno
1
2
H Deuterio
1
3
H Tritio
1
►
¿Qué información podemos obtener?
El Átomo y su Constitución
Número Atómico, Número de Masa e Isótopos
Isótopos:
Átomos de un mismo elemento que difieren en el
número de neutrones y, por ende, en su número de masa.
► Átomos que tienen el mismo número atómico pero
diferente número de masa.
1
Ejemplos:
H
Hidrógeno
1
2
H Deuterio
1
3
H Tritio
1
►
Símbolo
1
1
2
1
3
1
H
H
H
N° de protones N° de electrones N° de neutrones
1
1
1
1
1
1
0
1
2
El Átomo y su Constitución
Número Atómico, Número de Masa e Isótopos
Isótopos:
Átomos de un mismo elemento que difieren en el
número de neutrones y, por ende, en su número de masa.
► Átomos que tienen el mismo número atómico pero
diferente número de masa.
Ejemplos:
►
Brown, T., LeMay, H., Bursten, B. y Bursten, J. Química La Ciencia Central. Pearson Education, Inc.
El Átomo y su Constitución
Número Atómico, Número de Masa e Isótopos
Isótopos:
 Generalmente se usa la notación de subíndices y
superíndices cuando se quiere hacer referencia a un
isótopo en particular de un elemento.
 Un átomo de isótopo específico se llama núclido.
 Los isótopos de un mismo elemento tienen el mismo
comportamiento químico: forman el mismo tipo de
compuestos y tienen reactividad similar.
El Átomo y su Constitución
Postulados del Modelo Atómico Actual
1. Los electrones se distribuyen alrededor del núcleo,
pero no en órbitas sino en los llamados orbitales
atómicos
Orbital atómico: Función matemática que permite
obtener información sobre la pequeña región del
espacio alrededor del núcleo donde es más probable
encontrar el electrón.
Zona del espacio donde hay una probabilidad
superior al 90% de encontrar al electrón.
El Átomo y su Constitución
Postulados del Modelo Atómico Actual
1. Los electrones se distribuyen alrededor del núcleo,
pero no en órbitas sino en los llamados orbitales
atómicos
►
Cada orbital tiene una energía y una forma característica.
►
Cada orbital está descrito por tres números cuánticos.
Decimos que las regiones en las que es muy probable
encontrar electrones son zonas de alta densidad
electrónica.
►
El Átomo y su Constitución
Postulados del Modelo Atómico Actual
2. Los electrones sólo existen en ciertos niveles
discretos de energía que se describen con los llamados
números cuánticos
3. Al estado de energía más bajo se le denomina
estado basal o estado fundamental del átomo
4. A un estado de energía más alto se le denomina
estado excitado
El Átomo y su Constitución
Postulados del Modelo Atómico Actual
5. Para que un electrón pase a un estado de energía más alto
se debe absorber energía.
6. Cuando un electrón pasa a un estado de menor energía lo
hace emitiendo energía.
Un electrón emite o absorbe energía cuando pasa de un
estado permitido de energía a otro. Esta energía se
emite o se absorbe en forma de fotón.
El Átomo y su Constitución
Postulados del Modelo Atómico Actual
7. El electrón se comporta como una partícula y también
como una onda.
Ejemplo: en los antiguos televisores CRT los electrones se
comportan como partículas, mientras que en un microscopio electrónico se comportan como ondas.
Emisión y Absorción de Radiación
Conceptos Básicos
Radiación: emisión y trasmisión de energía a través del
espacio en forma de ondas.
 La luz se comporta como radiación electromagnética, que es
la emisión de energía en forma de ondas electromagnéticas.
 Representación de
los diversos tipos de radiación
electromagnética, dispuestos en orden de longitud de onda
creciente  espectro electromagnético
Emisión y Absorción de Radiación
Conceptos Básicos
Espectro electromagnético
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Emisión y Absorción de Radiación
Conceptos Básicos
Espectro electromagnético
Emisión y Absorción de Radiación
Conceptos Básicos
Espectro electromagnético
Emisión y Absorción de Radiación
Conceptos Básicos
Espectro electromagnético
Longitudes de onda
similares a los diámetros de los
núcleos atómicos
Longitudes de
onda pueden ser
más largas que
un campo de
fútbol
Emisión y Absorción de Radiación
Conceptos Básicos
Espectro electromagnético
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Emisión y Absorción de Radiación
Conceptos Básicos
 Planteamiento
de Planck: los átomos y las moléculas sólo
pueden emitir o absorber energía en cantidades discretas
como pequeños paquetes o fardos, llamados cuantos 
mínima cantidad de energía que puede ser emitida o
absorbida en forma de radiación electromagnética.
 La energía, E, de un solo cuanto es igual a una constante
multiplicada por su frecuencia: E = h n
h = constante de Planck = 6,63 x1034 J s
Emisión y Absorción de Radiación
Conceptos Básicos
 Planteamiento
de Planck: los átomos y las moléculas sólo
pueden emitir o absorber energía en cantidades discretas
como pequeños paquetes o fardos, llamados cuantos 
mínima cantidad de energía que puede ser emitida o
absorbida en forma de radiación electromagnética.
 La energía, E, de un solo cuanto es igual a una constante
multiplicada por su frecuencia: E = h n
 La materia siempre emite o absorbe energía en múltiplos
enteros de hn, por ejemplo hn, 2hn, 3hn, etc.
energías permitidas están cuantizadas ; es decir, sus
valores están restringidos a ciertas cantidades.
 Las
Emisión y Absorción de Radiación
Conceptos Básicos
 Einstein usó la teoría cuántica de Planck para explicar el
efecto fotoeléctrico:
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Emisión y Absorción de Radiación
Conceptos Básicos
 Einstein supuso que la energía radiante que incidía
sobre la superficie metálica es una corriente de diminutos
paquetes de energía, llamados fotones, que se
comportan como una pequeñísima partícula.
 Extendiendo la teoría cuántica de Planck, Einstein
dedujo que cada fotón debía tener una energía
proporcional a la frecuencia de la luz, E = hn.
La energía radiante misma está cuantizada
Emisión y Absorción de Radiación
Conceptos Básicos
Un electrón emite o absorbe energía
cuando pasa de un estado permitido
de energía a otro. Esta energía se
emite o se absorbe en forma de
fotón.
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Emisión y Absorción de Radiación
Espectros: Continuos y de Líneas
 Cuando la radiación de una fuente es separada en sus
componentes de longitud de onda diferentes, obtenemos un
espectro
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Emisión y Absorción de Radiación
Espectros: Continuos y de Líneas
Espectro continuo
Gama de colores, que
contiene luz de todas
las longitudes de onda.
Emisión y Absorción de Radiación
Espectros: Continuos y de Líneas
Espectro continuo
Ejemplo:
Gama de colores, que
contiene luz de todas
las longitudes de onda.
Emisión y Absorción de Radiación
Espectros: Continuos y de Líneas
 No todas las fuentes de radiación producen un espectro
continuo.
Ejemplo:
Si colocamos diferentes
gases a presión reducida
dentro de un tubo y aplicamos un voltaje elevado,
los gases emiten luz de
un color característico.
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Emisión y Absorción de Radiación
Espectros: Continuos y de Líneas
 No todas las fuentes de radiación producen un espectro
continuo.
Ejemplo:
Si colocamos diferentes
gases a presión reducida
dentro de un tubo y aplicamos un voltaje elevado,
los gases emiten luz de
un color característico.
Neón
Vapor de sodio
Emisión y Absorción de Radiación
Espectros: Continuos y de Líneas
 No todas las fuentes de radiación producen un espectro
continuo.
Ejemplo:
Emisión y Absorción de Radiación
Espectros: Continuos y de Líneas
 Si pasamos por un prisma la luz proveniente de tales tubos,
sólo observaremos líneas de unas cuantas longitudes de onda
en los espectros que se obtienen.
 Las líneas coloridas están separadas por regiones negras,
que corresponden a longitudes de onda que están ausentes en
la luz.
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Emisión y Absorción de Radiación
Espectros: Continuos y de Líneas
Espectro de líneas
Sólo contiene radiación de longitudes de onda específicas.
Emisión y Absorción de Radiación
Espectros: Continuos y de Líneas
 Los espectros de emisión dan información sobre la
radiación emitida por las sustancias, ya sea continua o en
forma de líneas.
 Los espectros de emisión de átomos en fase gaseosa no
muestran una distribución continua de longitudes de onda
sino que emiten luz sólo a longitudes de onda específicas.
 Dichos espectros se llaman espectros de líneas porque la
radiación se identifica por la aparición de líneas brillantes en
el espectro.
Emisión y Absorción de Radiación
Espectros: Continuos y de Líneas
 Cada elemento tiene un espectro de emisión único → las
líneas características de los espectros atómicos se pueden
usar en análisis químico para identificar átomos
desconocidos.
Emisión y Absorción de Radiación
Espectros: Continuos y de Líneas
Emisión y Absorción de Radiación
Espectros: Continuos y de Líneas
Emisión y Absorción de Radiación
Ejemplos
De
Aplicación
Emisión y Absorción de Radiación
Ejemplo de Aplicación: La aurora boreal
Emisión y Absorción de Radiación
Ejemplo de Aplicación: La aurora boreal
 Resultado de la emisión de luz por parte de átomos,
moléculas e iones de la atmósfera, excitados
energéticamente, mediante el mismo fenómeno que origina
los espectros atómicos de líneas.
Electrones energéticos provenientes del Sol
son desviados por los polos magnéticos de
la Tierra, formando haces laminares.
Los electrones chocan con las moléculas de O2
y N2 presentes en la atmósfera, las excitan,
ionizan y separan para formar átomos de O y N.
Estos átomos, iones y moléculas excitados energéticamente emiten energía de longitudes de
onda características cuando decaen a sus estados fundamentales
O2+
luz roja; 630 nm
N2+
luz violeta y luz azul; 391,4 y 470 nm, respectivamente
O
luz amarillo-verdosa y luz rojo profundo; 557,7 nm y 630 nm, respectivamente.
Emisión y Absorción de Radiación
Ejemplo de Aplicación: La aurora boreal
 Resultado de la emisión de luz por parte de átomos,
moléculas e iones de la atmósfera, excitados
energéticamente, mediante el mismo fenómeno que origina
los espectros atómicos de líneas.
Protones energéticos provenientes del Sol chocan con los átomos de O y generan iones O+
excitados y átomos de H, los cuales proporcionan más colores cuando regresan a sus estados
fundamentales.
Emisión y Absorción de Radiación
Ejemplo de Aplicación: Emisión por parte de seres vivos:
Bioluminiscencia
Emisión y Absorción de Radiación
Ejemplo de Aplicación: Emisión por parte de seres vivos:
Bioluminiscencia
Puede ser por quimioluminiscencia, fosforescencia o fluorescencia
Se genera luz a partir de
una reacción química.
Se precisa recibir luz
externa previamente.
Emisión y Absorción de Radiación
Ejemplo de Aplicación: Emisión por parte de nanopartículas
de CdSe y CdSe / ZnS
CdSe
Emiten a diferentes longitudes de onda, dependiendo de su tamaño
CdSe / ZnS