UNIDAD 0 TEORIAS ATOMICAS

Unidad 0:
TEORÍAS Y MODELOS
ATÓMICOS DE LA MATERIA
Desde la antigüedad, el ser humano se
ha cuestionado de qué estaba hecha la
materia.
Unos 400 años a.C., los filósofos griegos
Leucipo y Demócrito consideraron que la
materia
estaba
constituida
por
pequeñísimas partículas que no podían
ser divididas en otras más pequeñas. Por
ello, llamó a estas partículas átomos,
que en griego quiere decir "indivisible".
Demócrito
460 – 360 a.C.


Demócrito atribuyó a los átomos las
cualidades de ser eternos, inmutables e
indivisibles.
1. TEORÍA DE DALTON

1808 John Dalton

La materia está formada por
átomos: pequeños, indivisibles e
indestructibles, como bolitas de
acero.
1. La materia está formada por
minúsculas partículas indivisibles
llamadas
átomos.



En
1808,
Dalton
publicó sus ideas
sobre
el
modelo
atómico
de
la
materia.
Los
principios
fundamentales
de
esta teoría son:

2. Todos los átomos de un
elemento poseen las mismas
propiedades químicas. Los átomos
de elementos distintos tienen
propiedades diferentes.

3.Los compuestos se
forman al combinarse
los átomos de dos o más
elementos
en
proporciones fijas y
sencillas..

4.En
las
reacciones
químicas, los átomos se
intercambian de una a otra
sustancia.
Aportes:
- Los átomos se combinan en una razón de números enteros.
- En una reacción química no existe pérdida de masa.
- Un compuesto debe tener una composición constante en
masa.
Limitaciones:
- Propone que el átomo es indivisible.
- Postula que los átomos de un mismo elemento son iguales.
- Presenta inconvenientes para representar las sustancias
diatómicas.
2. MODELO ATÓMICO DE THOMSON

1897 Joseph Thomson
Demostró la existencia de los
electrones.
Dedujo que el átomo debía de ser
una esfera de materia cargada
positivamente, en cuyo interior
estaban
incrustados
los
electrones.
2.1. TUBO DE RAYOS CATÓDICOS
William Crookes (1875)
Al someter un gas a baja presión a un voltaje elevado, éste
emitía unas radiaciones desde el cátodo hacia el ánodo, los
que llamó rayos catódicos.
2.1.1. Propiedades de los rayos catódicos
La luminosidad producida por los
rayos catódicos siempre se produce
en la pared del tubo situada frente al
cátodo (línea recta).
Los rayos catódicos hacen girar una rueda de
palas ligeras interpuesta en su trayectoria.
(poseen masa)
Los rayos catódicos son desviados por la
acción de campos eléctricos y
magnéticos. Frente a un campo eléctrico
se desvían hacia la placa positiva.
2.2. APORTES
-
-
Los experimentos con los rayos catódicos habían puesto de
manifiesto que los átomos no eran indivisibles tal y como había
propuesto Dalton, y que había partículas más pequeñas que el
átomo y de carga negativa.
2.3. LIMITACIONES
Fue incapaz de explicar e interpretar algunas propiedades de
los átomos, como el origen de los espectros atómicos o a la
emisión de partículas gamma ().
3. GRANDES DESCUBRIMIENTOS
La década de 1895 a 1905 fue particularmente pródiga en
descubrimientos que hicieron posible nuestro entendimiento actual
de la composición de la materia. El estudio entre la interacción de la
materia y las radiaciones abrió nuevas sendas en la investigación.
EN 1895 EL FÍSICO ALEMÁN WILHELM ROENTGEN DESCUBRIÓ LOS
RAYOS X, EN 1896 EL FÍSICO FRANCÉS HENRI BECQUEREL
DESCUBRIÓ LA RADIACTIVIDAD NATURAL Y AL AÑO SIGUIENTE
THOMSON DEMOSTRÓ LA EXISTENCIA DEL ELECTRÓN.
Estos tres hallazgos indican claramente que el átomo era divisible y
que de hecho estaba compuesto de partículas aún más pequeñas,
una de las cuales era el electrón.
3.1. LOS RAYOS X
Wilhelm Roentgen descubrió accidentalmente los rayos X.
Trabajando en su laboratorio en Wurzburg, Alemania, observó que
cada vez que encendía un tubo de rayos catódicos, se iluminaba una
pantalla cubierta con una sal fluorescente que se encontraba cerca.
Roentgen sabía que los rayos catódicos no atravesaban el vidrio del
tubo, pero, sin embargo, se producía un tipo de radiación invisible
que afectaba a la pantalla fluorescente.
La radiación era tan penetrante que incluso se podía colocar entre el
tubo y la pantalla pedazos gruesos de madera, vidrio o metal y la
pantalla seguía iluminándose.
Cuando puso su mano sobre la pantalla y el tubo pudo ver en la
pantalla sus propios huesos. A estos misteriosos rayos los llamó
rayos X.
Después de algunos años de investigación, en 1912, Max von Laue
determinó la naturaleza de estas radiaciones y demostró que eran
ondas electromagnéticas de frecuencia extremadamente alta.
Roentgen recibió en 1901 el Premio Noble de Física.
Cuando un electrón de alta energía pasa cerca del núcleo se desvía
debido a la interacción electromagnética. Como consecuencia de este
proceso de desvío, el electrón pierde energía en forma de un fotón X,
cuya energía (longitud de onda) puede tomar cualquier valor.
Un electrón de alta energía puede producir la salida de un electrón
cercano al núcleo. La vacante así producida se rellena por el salto de
otro electrón de una capa superior, con mayor energía. Esa
diferencia de energía entre niveles se transforma en radiación X
característica, con una longitud de onda (energía) determinada.
3.2. LA RADIACTIVIDAD
En marzo de 1896, Henry Becquerel descubrió también
accidentalmente la radiactividad cuando estudiaba un fenómeno
llamado fluorescencia (fenómeno que implica la emisión de luz
cuando se iluminan algunos tipos de compuestos).
Observó una radiación invisible y penetrante emitida
espontáneamente por una sal de uranio. Becquerel demostró que
estos rayos impresionaban placas fotográficas, ionizaban el aire y eran
desviados por los campos eléctricos y magnéticos, lo que los
diferenciaba fundamentalmente de los rayos X.
Se observó que este fenómeno era característico de todas las sales
de uranio estudiadas, con lo que se llegó a la conclusión de que era
una propiedad del átomo de uranio. Estos rayos se denominaron en
un principio rayos B en honor a su descubridor.
Los átomos que constituyen la materia suelen ser generalmente
estables, pero alguno de ellos no lo son, se transforman
espontáneamente en átomos de otros elementos con emisión de
radiaciones que transportan energía. Es lo que se denomina
radiactividad.
El descubrimiento de la radiactividad natural cambió la comprensión
del universo e influyó fuertemente en la evolución de los
conocimientos científicos. Por sus numerosas aplicaciones, este
extraordinario descubrimiento también ha influido profundamente
en la historia y en la vida de los seres humanos.
En 1898, Pierre y Marie Curie
descubrieron otros dos elementos que
emitían radiaciones parecidas. Al
primero de ellos le dieron el nombre
de Polonio (Po) y al segundo lo
llamaron Radio (Ra). Este último es el
más activo de los radioelementos
pues emite 1,4 millones de veces más
radiaciones que el uranio.
Por sus descubrimientos, Henry Becquerel, Marie Curie y Pierre
Curie recibieron conjuntamente el Premio Nobel de Física en 1903.
Dos físicos británicos, Ernest Rutherford y Fréderick Soddy,
demostraron en 1902 que la radiactividad provoca una
transformación espontánea de un elemento químico en otro.
En 1911, Marie Curie logró aislar el radio (Ra) y determinar su masa
atómica. En reconocimiento a su trabajo, ese año obtuvo su
segundo Premio Nobel, esta vez de Química.
Hoy sabemos que los núcleos de los átomos radiactivos son
inestables y se desintegran liberando energía y radiaciones. Las
radiaciones proceden exclusivamente del núcleo y pueden ser de
tres tipos:
a) Rayos alfa (): corresponde a núcleos de helio (dos protones y
dos neutrones) que por su carga positiva se desvían bajo la acción
de un campo eléctrico. Son poco penetrantes.
a) Rayos beta (): son partículas con carga negativa (electrones) y
de una gran velocidad (cercana a la de la luz). Se desvían bajo la
acción de un campo eléctrico y son casi 100 veces más
penetrantes que las radiaciones alfa.
a) Rayos gamma (): al igual que los rayos X, corresponden a
radiaciones electromagnéticas de muy alta frecuencia y elevada
energía. No se desvían bajo la acción de un campo eléctrico y son
mucho más penetrantes que las radiaciones alfa y beta.
4. EL PROTÓN
En 1886 un científico alemán
llamado Eugen Goldstein, a través
de sus experimentos con gases en
tubos de descarga con cátodos
perforados, descubrió que además
del haz de electrones, se producía
una radiación de partículas
positivas en dirección opuesta que
atravesaban el cátodo perforado.
Eugen Goldstein (1850-1930).
Físico alemán que descubrió el
protón.
Los electrones de los rayos catódicos chocan con los átomos del gas
residual desalojando electrones y convirtiendo a estos átomos en
partículas con carga positiva. Estos son atraídos hacia el cátodo
perforado formando los rayos canales o positivos.
Más tarde, estudiando la desviación de estas partículas frente a un
campo magnético, se encontró que la masa de las mismas no era
constante, es decir, distintos gases producían partículas positivas de
distinta masa. A estos rayos se les llamó rayos canales. Las
partículas más livianas de los rayos canales correspondían al
elemento de menor masa, el hidrógeno.
La carga de estas partículas y la del electrón eran iguales en valor
absoluto aunque sus masas fuesen muy diferentes. Su masa era
aproximadamente 2000 veces mayor que la del electrón. A esta
partícula positiva que se obtenía cuando se usaba gas hidrógeno se
le dio el nombre de protón y su carga es igual a la del electrón, pero
con signo contrario.
Carga del protón (H+) = +1,6 · 10–19 C
Masa del protón (H+) = 1,6726 · 10–27 kg
La carga solo puede ser positiva o negativa y es una convención o
acuerdo histórico la asignación del signo negativo a la carga del
electrón y del signo positivo a la carga del protón.
La importancia del descubrimiento de Goldstein radica en que
demostró experimentalmente la existencia de partículas con carga
positiva formando parte de la materia. A esta carga positiva la
llamó PROTÓN.
5. MODELO ATÓMICO DE E. RUTHERFORD

1911 E. Rutherford


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.
Dedujo que el átomo debía
estar formado por una
corteza con los electrones
girando alrededor de un
núcleo central cargado
positivamente.
El experimento de Rutherford, que pretendía comprobar la
validez del modelo de atómico de Thomson, consistió en
bombardear una lámina muy fina de oro (10-3 cm de espesor)
con un haz de partículas , cuya carga eléctrica es positiva.
En la experiencia de Rutherford los elementos radiactivos
servían como “cañones de partículas”. Si se coloca una porción
de material que contenga algún elemento radiactivo en una
caja forrada de plomo con un orificio, dado que el plomo
absorbe la radiación, casi todas las partículas que salen
despedidas quedan absorbidas por el plomo, pero algunas
atravesarán el agujero y formarán un delgado flujo de
partículas muy energéticas que pueden dirigirse contra un
blanco.
- Unas pocas
desviaciones tan
que rebotaban
Al realizar este experimento observó que:
-La mayoría de las partículas alfa pasaban sin
ser afectadas ni desviadas.
-Algunas atravesaban la lámina sufriendo
desviaciones considerables.
sufrían
fuertes
Para poder explicar las grandes desviaciones que sufrían
algunas partículas α Rutherford supuso que toda la carga
positiva del átomo estaba concentrada en un pequeño núcleo
donde residía además la casi totalidad de su masa.
Observe
que sólo
cuando el rayo choca con
el núcleo del átomo hay
desviación.
5.1. APORTES
En el átomo se pueden distinguir
dos zonas:
•El núcleo, es su parte central,
que contiene toda la carga
positiva y casi la totalidad de la
masa del átomo.
•La corteza, zona que rodea al
núcleo,
donde
están
los
electrones
cargados
negativamente. Estos electrones
girarían en torno al núcleo y
mantendrían grandes distancias
entre sí.
Rutherford sugirió que en los núcleos de los átomos tenían que existir otras
partículas de masa casi igual a la del protón, pero sin carga eléctrica, por lo que
las llamó neutrones. El neutrón no fue descubierto experimentalmente hasta
1932 por Chadwick.
5.2. LIMITACIONES
Este modelo considera el núcleo con carga positiva y sin
presencia de neutrones, partículas que hasta ese momento no
habían sido descubiertas.
El problema central de esta teoría es la idea de que los electrones
emiten energía al girar en torno al núcleo; la emisión de energía
se debe a que se mueven a gran velocidad, proceso que da como
resultado el colapso de los electrones sobre el núcleo debido a la
pérdida de energía.
PROCURE DEDICAR SU MAYOR ESFUERZO Y
TENDRÁ EXITO
EN TODO LO QUE SE PROPONGA.