Estructura de la materia. Introduccin a la Qumica moderna.

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Desarrollo histrico de la teora atomicaHubo en esencia tres grandes pasos:Descubrimiento de la naturaleza elctrica de la materia y de la electricidad misma (1832, Faraday; 1897, Thompson; 1909, Millikan)Descubrimiento de que el tomo consiste de un ncleo rodeado de electrones (1911, Rutherford)Descubrimiento de las leyes que gobiernan la conducta de los electrones en los tomos (1925, Mecnica Cuntica).

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Rayos catdicos. Modelo de Thomson.REPASOLos rayos catdicos confirmaron la existencia de electrones en los tomos.

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PROPIEDADES DE LOS RAYOS CATDICOS

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1911Modelo atmico de Rutherford

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La radiacinelectromagntica.Una onda electromagntica consiste en la oscilacin de un campo elctrico y otro magntico en direcciones perpendiculares, entre s, y a su vez, perpendiculares ambos a la direccin de propagacin.Viene determinada por su frecuencia o por su longitud de onda , relacionadas entre s por: REPASO

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En el siglo XVII Newton demostr que la luz natural (blanca) puede descomponerse en sus diferentes colores, originando un espectro continuo, donde aparecen todas las longitudes de onda entre 400 y 700 nm (aproximadamente).

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Espectro electromagntico. Ed. ECIR Qumica 2 Bachillerato

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Espectros atmicos.Cuando a los elementos en estado gaseoso se les suministra energa (descarga elctrica, calentamiento...) stos emiten radiaciones eelctromagnticas de determinadas longitudes de onda. Estas radiaciones dispersadas en un prisma de un espectroscopio se ven como una serie de rayas, y el conjunto de las mismas es lo que se conoce como espectro de emisin.Igualmente, si una luz continua atraviesa una sustancia, sta absorbe unas determinadas radiaciones que aparecen como rayas negras en el fondo continuo (espectro de absorcin).

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Algunos espectros de emisin

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Series espectralesSerie Balmer: aparece en la zona visible del espectro y algunos ellos en el UV.Serie Lyman: aparece en la zona ultravioleta del espectro.Serie Paschen Serie BracketSerie Pfund

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Ley de Rydberg .La relacin entre las longitudes de onda de las distintas rayas del espectro del hidrgeno viene dada por la expresin:

Donde convencionalmente para la emisin el l o DE tiene signo negativo y para la absorcin tiene signo positivo. (RH = 109678 cm1)

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Orgenes de la teora cuntica.El modelo de Rutherford explica la penetrabilidad de determinadas partculas en la materia. Pero tiene algunos inconvenientes:No explica los espectros atmicos.La no emisin de energa por el giro de los electrones (se saba que al girar partculas cargadas, stas deberan emitir energa en forma de radiacin electromagntica, lo que conducira a los electrones a caer hacia el ncleo produciendo un colapso de los tomos). Iba en contra de la estabilidad de los tomos.Igualmente, las lneas espectrales deberan ser explicadas a partir de una nueva teora atmica.

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Hiptesis de Plank.Cuantizacin de la energa.El estudio de las rayas espectrales permiti relacionar la emisin de radiaciones de determinada con cambios energticos asociados a saltos electrnicos.Plank supuso que la energa estaba cuantizada, es decir, la energa absorbida o desprendida de los tomos sera un mltiplo de una cantidad establecida o cuanto.As, si un tomo emite radiacin de frecuencia , la energa desprendida por dicho tomo sera:

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Modelo de Bohr Postulado 1: Segn el modelo de Rutherford, los electrones, al girar alrededor del ncleo, deberan perder continuamente energa, y en consecuencia, se precipitaran al ncleo.Basa su teora en dos hechos nuevos:Aparicin del espectro del H.Teora cuntica de Plank.

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Postulados del modelo de Bohr.Postulado 2: Los electrones slo pueden girar alrededor del ncleo en ciertas rbitas permitidas en las que se cumple que: m x v x r = n x h / 2 en donde n = 1, 2, 3, 4... (nmero cuntico principal)Postulado 3:Los electrones al girar en estas rbitas permitidas no irrdian energa.Postulado 4:Cuando un tomo absorve energa los electrones pasan a un nivel superior (estado excitado). Posteriormente, cuando el electrn vuelve a su rbita, el tomo emite un fotn correspondiente a E entre ambos niveles, de frecuencia o longitud de onda determinadas (E = h x )

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Niveles permitidos (para el tomo de hidrgeno)Energa

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Explicacin de las seriesespectrales utilizando el modelo de Bohr

Series espectrales

n = 2

n = 3

n = 4

n = 5

n =

n = 1

n = 6

Lyman

Paschen

Balmer

Bracket

Pfund

Espectro

UV Visible Infrarrojo

SERIES: Lyman Balmer Paschen Bracket Pfund

E = h

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*Descubrimiento de los electronesJ. J. Thompson (1897) establece el signo de la carga y la de los rayos catdicose/m = -1,76 x 10-19 C/gR. A. Millikan (entre 1908 y 1917) determina la carga del electrn (-1,6022 x 10-19 C)A partir de este valor calcula la masa de un electrn:Gotas de aceite atomizadasAgujeroMasa electrn = carga/(e/m) = (-1,6022 x 10-19 C)/(-1,76 x 108 C/g) = 9,10 x 10-28 g

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Principios bsicos de la mecnica cunticaDualidad onda-corpsculo: Formulado por De Broglie en 1924.Cada partcula lleva asociada una onda

Principio de incertidumbre: Formulado por Heisenberg en 1927. Es imposible conocer simultneamente la posicin y la cantidad de movimiento de una partcula:

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Dualidad onda-corpsculo(De Broglie). Cada partcula lleva asociada una onda cuya longitud es:

As, los electrones, cuya masa es muy pequea, tienen un onda asociada apreciable de forma que, siendo r el radio de su rbita: 2 r = n , sien n un nmero natural, de forma que slo algunas rbitas concretas estaran permitidas.

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Principio de incertidumbre (Heisenberg).Es imposible conocer simultneamente la posicin y la cantidad de movimiento de una partculaAs:

siendo x la incertidumbre en la posicin y p la incertidumbre en la cantidad de movimiento.Se sustituye la idea de rbita por la de orbital, como zona en donde la probabilidad de encontrar al electrn es mxima.

*Completar el efecto fotoelctrico

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