TEORÍA ATÓMICA DE LA MATERIA

FÍSICA Y QUÍMICA 3º ESO

Concepción de la materia según los filósofos griegos

(Siglo V a.C.)

Empédocles, discípulo de Pitágoras defendía que el

universo estaba formado por cuatro elementos:

agua, aire, fuego y tierra.

Aristóteles añadió además, que cada uno de esos

elementos era el resultado de la unión de dos de las

siguientes propiedades: calor, sequedad, frío y

humedad. Creía además en la existencia de un quinto

elemento, el éter.

calor seco

húmedo frío

El atomismo de Leucipo y Demócrito

(S. V a.C.)

Creían que la materia se podía dividir sucesivas veces,

hasta llegar a una partícula tan pequeña que no podría

dividirse más, a la que llamaron átomo (del latín

atomum, y éste del griego ἄτομον, que significa sinpartes, que no se puede dividir, indivisible).

Demócrito de Abdera Leucipo de Elea o de Mileto

Sobre las ideas de los atomistas… Demócrito nació en el siglo V a.C en Abdera, y desde que era bien joven muchos le

tomaron como un loco por sus ideas poco comunes. Estaba obsesionado con la idea deque dividiendo una gota de agua cada vez en partes más pequeñas se obtendríancada vez gotas más pequeñas. ¿Pero qué pasaría si llegase un punto en el que fueraimposible continuar con la división?

La mayor parte de los filósofos coetáneos a Demócrito ridiculizaron su pensamientocalificándolo de absurdo. No era posible que una partícula que ocupase un espacio nose pudiera escindir, y en caso de que no se pudiera dividir, significaría que no ocuparíaningún espacio y por lo tanto no sería nada… ¿Y cómo era posible de que la materiaestuviera compuesta por nada?

Este hecho provocó que todos los escritos y estudios de Demócrito fueran tomados como parte de su locura, por lo que de las más de 70 obras que llegó a confeccionar en vida no se conserva ninguna. Aun así, hubo algunos filósofos en los que sí que caló su filosofía, por lo que Epicuro, cien años después de la muerte de Demócrito, fundó en Atenas la escuela atomista. Epicuro fue un maestro de gran renombre y con gran número de seguidores, gracias a lo cual las ideas atomistas de Demócrito se

mantuvieron, aunque tampoco Epicuro fue capaz de convencer a sus coetáneos de la existencia de los átomos.

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Y “ganó” Aristóteles…

Era tal la influencia de este filósofo griego, que sus ideas

sobre la teoría de los elementos fueron las que se

mantuvieron, mientras que la teoría del atomismo fue

prácticamente olvidada hasta que la retomó Dalton en

el siglo XIX.

Platón y Aristóteles en La escuela de Atenas, de Rafael

Teoría atómica de Dalton

Retomando las ideas de Leucipo y Demócrito, John Dalton enunció la teoría atómica, cuyos principales puntos son:

Los elementos químicos están formados por partículas muy pequeñas e indivisibles llamadas átomos.

Los átomos del mismo elemento son iguales tanto en su masa como en el resto de sus propiedades.

Los átomos de elementos diferentes son diferentes en masa y en el resto de sus propiedades.

Los átomos de elementos diferentes se unen entre sí para formar compuestos.

La naturaleza eléctrica de la materia

Hay experiencias que ponen de manifiesto la existenciade una propiedad en la materia: la carga eléctrica

Los fenómenos de atracción y repulsión muestran laexistencia de dos tipos de carga: una negativa y otrapositiva. La unidad de carga eléctrica en el S.I. se llama culombio y su

símbolo es C.

Partículas subatómicas

Descubrimiento del electrón

En el siglo XIX, varios científicos

como Michael Faraday, Heinrich

Geissler, o Josep John Thomson

realizaron experimentos con

tubos de descarga de gases.

Estos tubos de vidrio en los que se

hacía el vacío, contenían en su

interior dos electrodos o placas

metálicas. Cuando se

conectaban estas placas a un

generador eléctrico, se

observaba unos rayos

procedentes del electrodo

negativo o cátodo, por lo que se

llamaron rayos catódicos.

En 1897, Joseph John Thomson observó que esos rayos:

Se propagaban en línea recta y tenían masa, por lo que eran

rayos de partículas. http://www.youtube.com/watch?v=Z4yrVgk5Vp8&NR=1

Se desviaban hacia el polo positivo, por lo que debían ser

partículas con carga negativa. http://www.youtube.com/watch?v=2Di5x4aTMPk

Los rayos catódicos eran rayos de partículas a las

que denominó electrones.

Al estudiar las desviaciones que se producían en los

rayos catódicos al colocar un imán, consiguió medir la

relación carga/masa de los electrones (del orden de 1012)

En 1911, Millikan midió la carga del electrón, y como ya

se conocía la relación carga/masa, se pudo deducir la

masa del electrón.

Carga del electrón = -1.602·10-19 C

Masa del electrón = 9,1096·10-31 kg

Partículas subatómicas.

Descubrimiento del protón.

En el año 1886 Goldstein observó en un tubo de rayoscatódicos con el cátodo perforado, una fluorescencia en laparte opuesta al tubo, frente al ánodo. Como estos rayosprocedían del electrodo positivo o ánodo, se les llamó rayosanódicos.

Estos rayos también se desvían en presencia de camposeléctricos y magnéticos. Estos rayos están formados porpartículas cargadas en este caso con carga positiva. Los rayosanódicos eran rayos de partículas a las que se denominóprotones.

Se midió la relación carga/masa del protón y se vio que

esta relación dependía del gas que se encontraba en el

tubo. ¿Por qué crees que ocurría esto?

Se midió también la carga y la masa del protón

(introduciendo en el tubo gas hidrógeno, el más ligero):

Carga del protón = 1.602·10-19 C

Masa del protón = 1,6725·10-27 kg

Contradicciones con la teoría atómica del Dalton

El átomo no es indivisible, sino que está formado por

otras partículas más pequeñas.

Los electrones son partículas subatómicas que poseen

carga negativa y una masa muy pequeña comparada

con la del átomo.

La mayor parte de la masa del átomo la constituyen los

protones, partículas con carga positiva.

Como el átomo es inicialmente neutro, el número de

cargas negativas y de cargas positivas en el átomo es el

mismo.

Modelo atómico de Thomson:

el modelo del pudin de pasas.

RECUERDA:

Un modelo es una

representación gráfica o

mental, que sirve para

interpretar cómo es algo de

lo que no se tiene una

certeza absoluta.

En 1904, Thomson ideó un modelo para el átomo:

una esfera uniforme de materia cargada

positivamente en la que estaban incrustados los

electrones en un número tal que el conjunto era

eléctricamente neutro.

Este modelo fue admitido durante años, pues explicaba

a la perfección algunos hechos experimentales como:

Las experiencias observadas en los tubos de descargas.

La formación de iones, que pueden ser de dos tipos:

Los cationes o iones positivos: se forman cuando un átomo

pierde algún electrón y queda cargado positivamente.

Los aniones o iones negativos: se forman cuando un átomo gana algún electrón y queda cargado negativamente.

RADIACTIVIDAD Tras leer el texto sobre Marie y Pierre Curie y

ayudados de la teoría que hay en la página 95 del

libro, contestad a las siguientes preguntas:

¿Quién fue el primer científico que descubrió el fenómeno de laradiactividad?

¿Cuál fue el primer elemento radiactivo que se descubrió?

¿Cómo definirías la radiactividad?

También Marie Sklodowska y Pierre Curie trabajaron investigandosobre el fenómeno de la radiactividad utilizando el mismo mineralde partida que Henri Antoine Becquerel ¿de qué mineral se trata?¿Dónde conseguían ese mineral?

¿Qué otros elementos radiactivos descubrió el matrimonio Curie enel mineral?

¿Cuántos premios Nobel recibió Marie Curie y por qué motivos selos concedieron?

Nombra los tres tipos de radiaciones radiactivas que existen yordénalas según su poder de penetración.

¿Qué radiación crees que es la más perjudicial para nuestroorganismo y por qué?

Nombra alguna aplicación actual en la que se utilice laradiactividad.

El átomo de Rutherford

Experiencia de Rutherford

“…este es el hecho más increible que había sucedido en

mi vida. Era como si lanzase un proyectil de 15 pulgadas

a un trozo de papel de seda y volviera y te golpease…”

Ernest Rutherford

Modelo atómico de Rutherford (1911)

•En el núcleo se concentra la

carga positiva (protones) y la

mayor parte de la masa del

átomo.

•En la corteza, girando

alrededor del núcleo a gran

velocidad, los electrones. Esta

zona ocupa la mayor parte

del volumen atómico.

•El átomo está prácticamente

hueco.

El modelo atómico de Rutherford explica el experimento que este científico hizo bombardeando partículas alfa sobre una fina lámina de oro:

1. La mayoría de las partículas atravesaban la lámina de oro sin desviarse.

Esto era así porque el átomo está prácticamente vacío.

2. Una pequeña proporción atravesaba la lámina con una ligera desviación en su trayectoria.

Las partículas que se desviaban eran las que pasaban cerca del núcleo, se repelían (ambas tienen carga positiva) y sufrían una pequeña desviación.

3. Solo una de cada 10.000 partículas rebotaba y no atravesaba la lámina.

Las partículas que rebotaban eran repelidas por un choque directo con el núcleo (partículas alfa y protones tienen ambas carga positiva,

así que se repelen).

Descubrimiento del neutrón

Rutherford observó que la masa de los átomos era mucho

mayor que la suma de las masas de los electrones y los

protones que contenían.

Además, no entendía cómo podían estar los protones solos enel núcleo, en un espacio tan reducido, teniendo todos carga

del mismo signo.

Rutherford predijo la existencia del neutrón, como otra

partícula que formaba parte del núcleo.

Más tarde, en 1932, Chadwick demostró la existencia de esapartícula, el neutrón, una partícula sin carga eléctrica y de

masa muy parecida a la del protón.

Carga del neutrón= 0 C

Masa del neutrón= 1,6748·10-27 kg

Caracterización de los átomos

Número atómico (Z) : es el número de protones de un átomo y

es característico de cada elemento. Cuando el átomo es

neutro, el número de electrones es igual al número de

protones.

Número másico (A): es la suma del número de protones y de

neutrones que tiene un átomo en su núcleo.

X es el símbolo del elemento, que tendrá:

nº p+ = Z

nº e- = nº p+ (si el átomo es neutro)

nº n = A−Z

Es un átomo de calcio, que tiene:

nº p+ = 20

nº e- = 20 (porque es neutro)

nº n = 41-20 = 21

Es un ión negativo o anión de oxígeno, que tiene:

nº p+ = 8

nº e- = 10 (porque es un ión con carga negativa)

nº n = 17-8 = 9

Es un ión positivo o catión de sodio, que tiene:

nº p+ = 11

nº e- = 10 (porque es un ión con carga positiva)

nº n = 22-11=11

Isótopos

Los isótopos son átomos de un mismo elemento, es

decir, tienen el mismo número de protones, el mismo número

atómico, pero distinto número de neutrones, y por

tanto, distinto número másico.

Isótopos del carbono:

Isótopos del hidrógeno: (protio)

(deuterio)

(tritio)

Masa atómica

¿Cómo calcularías la masa de un átomo?

Sumando la masa de las partículas que lo constituyen.

Pero, así tienes que trabajar con unidades del orden de

10-27 o 10-26 kg. ¿Cómo podemos trabajar con números

más manejables?

Definiendo una unidad más manejable y conociendo el factor

de conversión entre esa unidad y los kg. Se define la unidad de

masa atómica (u) como la doceava parte de la masa del

isótopo de carbono-12.

Así, al usar esta unidad de masa atómica, medimos las

masas de los distintos átomos por comparación con la

del carbono:

Un átomo de oxígeno 16O tiene una masa de 16 u, entonces

su masa es 16 veces la doceava parte de la masa de un

átomo de carbono-12.

Un átomo de calcio 40Ca tiene una masa de 40 u, entonces

………… …………………………………………………………………

Un átomo de fluor 19F tiene una masa de ….., entonces

………… ……………… ………… ……………………………………

………………………………………………………. ………………….

Para obtener la masa atómica de un elemento, la que

nos dan en la tabla periódica, hay que tener en cuenta

que ese elemento puede tener varios isótopos, así que

se calcula la media ponderada de las masas de los

isótopos que lo forman:

Ver ejemplo de la página 100

El modelo de Bohr

El modelo de Rutherford no explicaba:

Los espectros de los distintos elementos, que son un

registro de la energía que desprenden las sustancias.

No explicaba cómo era posible que los electrones

girasen alrededor del átomo sin que llegasen a

colapsar sobre el núcleo.

Propuesta de Bohr:

El electrón gira en órbitas circulares en las que no emite

energía. A estas órbitas se les llama órbitas estacionarias o

permitidas. Cada una de esas órbitas está asociada a unnivel de energía, que es mayor, cuanto más alejada esté

la órbita del núcleo.

Si un electrón capta energía externa, adquiere una

energía suficiente para pasar de una órbita a otra

superior.

El electrón tiende a regresar a su órbita primitiva, con la

consecuente emisión de energía en forma de luz o de

calor.

Modelo atómico actual

El modelo de Bohr falla cuando se intenta explicar el

comportamiento de átomos distintos al átomo de

hidrógeno. Además, tampoco permite explicar el enlace

químico.

Propuesta de Sommerfeld:

Los electrones se encuentran alrededor del núcleo en

orbitales, que son regiones del espacio en las que existe unaalta probabilidad de encontrar al electrón.

Hay varios niveles de energía (similares a los de Bohr), y en

cada nivel de energía hay un determinado tipo de orbitales

en los que únicamente caben un determinado número de

electrones.

Diagrama de Moeller

El diagrama de Moeller es un diagrama que permite

establecer el orden de llenado de los electrones en los

orbitales, lo que nos permite determinar la configuración

electrónica de átomos e iones.

Orbitales s:

caben como máximo 2 e-

Orbitales p:

caben como máximo 6 e-

Orbitales d:

caben como maximo 10 e-

Orbitales f:

caben como máximo 14 e-

Configuración electrónica del átomo de Na

Z= ………

nº protones = ………

Nº electrones = ……..

Configuración electrónica del Na = ………………………………

Configuración electrónica del ión P3–

Z= ………

nº protones = ………

Nº electrones = ……..

Configuración electrónica del ión P3– = …………………………

Configuración electrónica del átomo de Hierro:

Z= ………

nº protones = ………

Nº electrones = ……..

Configuración electrónica del Fe= …………………………

Configuración electrónica del ión Ca2+

Z= ………

nº protones = ………

Nº electrones = ……..

Configuración electrónica del ión Ca2+ = ………………………

Configuración electrónica del átomo de Argón:

Z= ………

nº protones = ………

Nº electrones = ……..

Configuración electrónica del Ar= …………………………

Configuración electrónica del ión S2-

Z= ………

nº protones = ………

Nº electrones = ……..

Configuración electrónica del ión S2- = ………………………

Aún queda mucho por

descubrir sobre la

estructura de la materia.

No olvidemos que la

ciencia está en continuo

cambio!!!!!!