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Los elementos qumicos y su organizacin. Modelos Atmicos Ncleo y
corteza: protones, neutrones y electrones.
DIDACTICA DE LAS CIENCIAS NATURALES II
Tema 2
Estructura Atmica de la Materia
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Los Elementos Qumicos
ESTRUCTURA ATMICA DE LA MATERIA
Un elemento qumico es un tipo de materia constituida por tomos
de la misma clase
A lo largo de la historia, los qumicos han intentado ordenar los
elementos de forma agrupada, de tal
manera que aquellos que posean propiedades similares estn
juntos. El resultado final el sistema
peridico.
Los elementos estn colocados por orden creciente de su nmero
atmico (Z)
GRUPOSa las columnas de la tabla
PERODOSa las filas de la tabla
Se denominan
La utilidad del sistema peridico reside en que los elementos de
un mismo
grupo poseen propiedades qumicas similares
La utilidad del sistema peridico reside en que los elementos de
un mismo
grupo poseen propiedades qumicas similares
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ESTRUCTURA ATMICA DE LA MATERIAESTRUCTURA ATMICA DE LA
MATERIA
GRUPOS
P
E
R
O
D
O
S
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ESTRUCTURA ATMICA DE LA MATERIAESTRUCTURA ATMICA DE LA
MATERIA
Si un tomo neutro gana o pierde electrones, se convierte en una
especie cargada,
denominada in.
Si gana electrones, hay exceso de stos, el ion ser negativo y se
denomina anin.
Si pierde electrones, hay defecto de stos, el in ser positivo y
se denomina catin.
Los elementos qumicos se pueden clasificar, segn su facilidad
para perder o ganar electrones
Metales
No metales
SemimetalesGases nobles
Tipo de elemento Ejemplo Facilidad para formar ionesLi, Be, Re,
AgO, F, I, PSi, GeHe, Ne, Ar
Forman fcilmente iones positivosForman fcilmente iones
negativosForman con dificultad iones positivos
No forman iones
Especies con carga elctrica : Iones
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ESTRUCTURA ATMICA DE LA MATERIAESTRUCTURA ATMICA DE LA
MATERIA
Los bloques del Sistema Peridico se ubican de la siguiente
forma
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ESTRUCTURA ATMICA DE LA MATERIAESTRUCTURA ATMICA DE LA
MATERIA
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Los elementos de un mismo grupo, tienen propiedades qumicas
semejantes, ya que
tienen el mismo nmero de electrones en su capa de valencia
(ltima capa electrnica)
y estn distribuidos en orbitales del mismo tipo.
Por ejemplo, los elementos del grupo 17:
Elemento Configuracin ms externa
Configuracin electrnica
FlorCloro
Bromo
Yodo
1s2 2s2 2p5
1s2 2s2 2p6 3s2 3p5
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p5
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p5
ns2 np5
Estos hechos sugieren que las propiedades qumicas de un elemento
estn
relacionadas con la configuracin electrnica de su capa de
valencia.
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ESTRUCTURA ATMICA DE LA MATERIAESTRUCTURA ATMICA DE LA
MATERIA
Los tomos viven eternamente, slo abandonan el cuerpo que ha
dejado deexistir y se transforman en otra alma viviente. (Demcrito,
siglo V. a. de C.)
Teora Atomista
Los tomos son eternos, indivisibles, homogneos, incompresibles e
invisibles. Los tomos se diferencian solo en forma y tamao, pero no
por cualidades internas. Las propiedades de la materia varan segn
el agrupamiento de los tomos.
Ley de conservacin de la masa, Antoine Laurent De Lavoisier
(1774): En toda reaccinqumica la masa se conserva, esto es, la masa
total de los reactivos es igual a la masa totalde los productos.Ley
de las proporciones definidas (constantes), Joseph-Louis Proust
(1799): Cuando secombinan dos o ms elementos para dar un
determinado compuesto, siempre lo hacen enuna relacin de masas
constantes.
NewtonBoyle
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ESTRUCTURA ATMICA DE LA MATERIAESTRUCTURA ATMICA DE LA
MATERIA
Teora atmica: Dalton (~1803)
Partcula
1.
tomosPequeas
Indestructibles
2. Iguales en masa (peso) y propiedades para un Elemento
3. Se combinan en una proporcin numrica sencilla: Compuestos
Dalton (~1803): Ley de las proporciones mltiples
+ BA A + 2B
Modelo de Dalton
No se crean ni destruyen mediante una transferencia qumica
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ESTRUCTURA ATMICA DE LA MATERIAESTRUCTURA ATMICA DE LA
MATERIA
Rayos Catdicos: Thomson (~1897)Relacin masa/carga (m/e)Placas
del
condensador
Imn
Con estos experimentos se comprob la presencia de carga elctrica
en las partculas quecomponan los llamados rayos catdicos. Al
someter a la radiacin que emanaba del condensadorbajo la accin de
campos elctricos y magnticos, se observ que los rayos se desviaban,
portanto, posean carga.
Partculas negativas
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ESTRUCTURA ATMICA DE LA MATERIAESTRUCTURA ATMICA DE LA
MATERIA
Modelo de Thomson Nube cargada
positivamente
El modelo de Thomson se reconoce en la literatura comoel modelo
del pudn con pasas. La analoga con el postrese debe a que Thomson
propuso que los electrones en eltomo se encontraban embebidos como
pasas en unanube positiva, cual masa hecha de pan y huevos.
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ESTRUCTURA ATMICA DE LA MATERIAESTRUCTURA ATMICA DE LA
MATERIA
Partculas alfa
Lmina de metal
Telescopio
Pantalla de plomo
Radio
tomo nuclearMayor masa y carga positiva en pequea regin llamada
ncleo
Carga diferente para cada tomo = mitad de peso atmico
Electrnicamente neutro carga + = carga -
Experimento de Rutherford (~1909)
Rutherford bombarde una lmina de metal con partculas radiactivas
y fue recogiendo con un telecopiolos ngulos bajos los cuales se
recogan seales luminosas emitidas por la placa metlica. Contabiliz
elnmero de seales, detallando las siguientes afirmaciones acerca de
la estructura de los tomos.
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ESTRUCTURA ATMICA DE LA MATERIAESTRUCTURA ATMICA DE LA
MATERIA
Partculas alfa cargadas positivamente
Modelo Thomson
Modelo Rutherford
Comparativa de ambos modelos
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ESTRUCTURA ATMICA DE LA MATERIAESTRUCTURA ATMICA DE LA
MATERIA
protones (Rutherford, 1919)
neutrones (Chadwick, 1932)
Los tomos estn formados por un ncleo (formado
por protones y neutrones), de tamao reducido y
cargado positivamente, rodeado por una nube de
electrones, que se encuentran en la corteza.
El nmero de protones que existen en el ncleo, es igual al nmero
de
electrones que lo rodean. Este nmero es un entero, que se
denomina
nmero atmico y se designa por la letra, "Z".
La suma del nmero de protones y neutrones en el ncleo se
denomina
nmero msico del tomo y se designa por la letra, "A".
Modelo de Rutherford
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ESTRUCTURA ATMICA DE LA MATERIAESTRUCTURA ATMICA DE LA
MATERIA
El nmero de neutrones de un elemento qumico se puede calcular
como A-Z, es decir,
como la diferencia entre el nmero msico y el nmero atmico. No
todos los tomos de
un elemento dado tienen la misma masa.
La mayora de los elementos tiene dos ms istopos, tomos que
tienen el mismo nmero
atmico, pero diferente nmero msico. Por lo tanto, la diferencia
entre dos istopos de un
elemento es el nmero de neutrones en el ncleo.
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ESTRUCTURA ATMICA DE LA MATERIAESTRUCTURA ATMICA DE LA
MATERIA
ISOTOPOS: tomos con = Z y A
Z : nmero atmico = nmero de protones en el tomo
A: nmero msico = nmero de protones + neutrones
Indicacin de ncleos
nmero de neutrones = A - Z
uma: unidad de masa atmica = 1/12 masa del tomo carbono-12
nmero p + nmero n
nmero p
A
ZE smbolo del elemento 27
13Al
nmero p + nmero n
nmero p
A
ZE
?nmero p - nmero e
16 O 2-
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ESTRUCTURA ATMICA DE LA MATERIAESTRUCTURA ATMICA DE LA
MATERIA
Radiactividad
Partculas Ncleos de tomos de He-4 42
He 2+
Ecuacin nuclear Suma de los nmeros msicos = a ambos lados
Suma de los nmeros atmicos = a ambos lados
23892
U 23490
Th + 42
He2+
Emisin de radiacin ionizante
Fusin nuclear estrellas Elementos ms pesados
Elementos de Z > 83 Inestables Radiactivos
Interaccin con la materia para producir iones
Radiacin energtica romper enlaces
Tipos de radioactividad , ,
Partculas cargadas
Poco penetrantes
Radiactividad (Marie Curie, 1867-1934)
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ESTRUCTURA ATMICA DE LA MATERIAESTRUCTURA ATMICA DE LA
MATERIA
Radiactividad
Partculas Son desviadas por campos elctricos y magnticos
Menos masa que las partculas
Electrones o positrones que se originan en el ncleo por
desintegracin
1n
01 p1
0-1
+ + Neutrino
(1930)234Th90
0-1
+ 234Pa91
1 p1
1 n0
0+1
+ +
Positrn30P15
0+1
+ 30Si14Ncleos radiactivos
ms ligeros
Radiactividad (Marie Curie, 1867-1934)
-
234U92
4He
2+
230Th90
#
+ 230Th90
230Th90
23 %
ESTRUCTURA ATMICA DE LA MATERIAESTRUCTURA ATMICA DE LA
MATERIA
Radiactividad
Rayos Radiacin electromagntica correspondiente a la prdida de
energa de un
ncleo cuando este queda excitado tras una desintegracin
radiactiva No son desviados por campos elctricos o magnticos
Radiactividad (Marie Curie, 1867-1934)
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ESTRUCTURA ATMICA DE LA MATERIAESTRUCTURA ATMICA DE LA
MATERIA
Postulados
1. Un electrn en un tomo se mueve en una rbita circular
alrededor del ncleo bajo
la atraccin coulombiana entre electrn y ncleo, sujeto a las
leyes de la mecnica
clsica.
2. En lugar de una infinidad de rbitas, para un electrn slo es
posible moverse en
una rbita para la cual su impulso angular L es un mltiplo entero
de h/2pi.
3. A pesar de que el electrn se acelera constantemente, cuando
se mueve en una de
estas rbitas permitidas, no irradia energa electromagntica. Su
energa
permanece constante.
4. La frecuencia de la radiacin emitida/absorbida por un electrn
al moverse entre
dos rbitas es igual a la diferencia de energa de las mismas,
entre la constante de
Plank.
Modelo de Bohr
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ESTRUCTURA ATMICA DE LA MATERIAESTRUCTURA ATMICA DE LA
MATERIA
n = 4
n = 3
n = 2
n = 1
Cada orbital tiene un nmero cuntico asociado.
El tomo de Bohr: hidrgeno
1) El e- se mueve en rbitas circulares alrededor del ncleo2)
Solo tiene un conjunto de rbitas permitidas: energa constante 3)
Solo puede pasar de una a otra rbita permitida: emite energa:
cuanto
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ESTRUCTURA ATMICA DE LA MATERIAESTRUCTURA ATMICA DE LA
MATERIA
Modelo de Bohr del tomo de hidrgeno
Excitacin electrnica
Emisinde luz
Para pasar a un nivel superior (excitacin electrnica) se absorbe
energa.
Al pasar a un nivel inferior se emite energa en forma de
onda.
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ESTRUCTURA ATMICA DE LA MATERIAESTRUCTURA ATMICA DE LA
MATERIA
Limitaciones del modelo de Bohr
No existe una base fundamental para el momento angular
cuantizado que obligue a
electrn a estar en una rbita.
No eran coincidentes las frecuencias experimentales y
tericas
Desdoblamiento de las lneas
espectrales bajo la accin de un
campo magntico
Espectro de tomos
multielectrnicos
Que en cada orbita pueden haber
subniveles de distinta energa.
SOMMERFELD AADE
El ncleo del tomo no permanece inmvil, sino que tanto el ncleo
como el electrn
se mueven alrededor del centro de masas del sistema, que estar
situado muy
prximo al ncleo.
Modelo de Sommerfeld
BOHR NO EXPLICA
Los electrones pueden tener
trayectorias elpticas.
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ESTRUCTURA ATMICA DE LA MATERIAESTRUCTURA ATMICA DE LA
MATERIA
Modelo Cuntico del tomo
Electrones Ondas Estacionarias
n =1
n = 2
E
n
e
r
g
a
Los electrones en el tomo pueden considerarse como
ondas de partculas similares a las ondas que se producen en
las cuerdas de una guitarra.
Los electrones en el tomo se distribuyen en
diferentes niveles de energa desde n=1 hasta el un
nivel n segn el nmero de lectrones que presenta
cada tomo.
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ESTRUCTURA ATMICA DE LA MATERIAESTRUCTURA ATMICA DE LA
MATERIA
Comparativa de diferentes modelos atmicos
