Introducción a la teoría atómica, conceptos generales, historia, definiciones puntuales.

1. TEORÍA
ATÓMICA

2. TEORÍA ATOMICA
DEMÓCRITO: Este filósofo griego utilizó el término ÁTOMO (del
griego, indivisible) para expresar la idea que toda la materia
estaba constituida por partículas muy pequeñas e indivisibles
DALTON: Retoma el concepto de Demócrito y le confiere base
científica. Su Teoría Atómica (1808) marca el inicio de la era de la
química moderna. Sus puntos más importantes son:
Los elementos están formados por partículas muy pequeñas
llamadas átomos
Todos los átomos de un mismo elemento son idénticos, tienen igual
tamaño, masa y propiedades químicas. Los átomos de un elemento
son diferentes a los átomos de todos los demás elementos.
Los compuestos están formados por átomos de más de un
elemento. En cualquier compuesto, la relación del número de
átomos entre dos de los elementos presentes siempre es un número
entero o una fracción sencilla.
Una reacción química implica sólo la separación, combinación o
reordenamiento de los átomos y nunca supone la creación o
destrucción de los mismos. 2

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Sus Teoría Atómica servía para explicar tres leyes precedentes:
Ley de las Proporciones Definidas de Proust
Ley de las Proporciones Múltiples de Dalton
Ley de la Conservación de la Masa de Antoine Lavoisier

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ESTRUCTURA DEL ÁTOMO
Unidad básica de un elemento que puede intervenir en una
combinación química
Para Dalton era indivisible, pero… Investigaciones demostraron que
los átomos tienen estructura interna, es decir, que están formados
por partículas subatómicas. Estas investigaciones condujeron al
descubrimiento de tres partículas: electrones, protones y neutrones.
Modelo Atómico de Thomson - Descubrimiento del Electrón

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Los experimentos de Thomson sobre los rayos catódicos en campos
magnéticos y eléctricos dieron pie al descubrimiento del electrón he
hizo posible medir la relación entre su carga y su masa a través del
famoso Experimento de la Gota de Aceite de Millikan.

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En 1903 Thomson propuso que el átomo consistía en una esfera de
carga eléctrica positiva, en la
cual estaban incrustados los
electrones en número suficiente
para neutralizarla. Ello se suele
representar como el modelo del
budín (carga positiva) con
pasas (electrones)

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La Radiactividad: Röntgen - Becquerel – Madame Curie
Tres tipos de rayos emitidos por
elementos radiactivos: Los Rayos b
consisten en partículas con carga
negativa (electrones), y son atraídos
hacia la placa con carga positiva. Los
Rayos a tienen carga positiva y son
atraídos hacia la placa negativa.
Debido a que los
Rayos g no tienen
carga alguna, su
trayectoria no se
ve alterada por un
campo eléctrico
externo.

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Para Rutherford, el átomo era un sistema planetario de electrones girando alrededor
de un núcleo atómico pesado y con carga positiva. El átomo posee un núcleo central
pequeño, con carga eléctrica positiva, que contiene casi toda la masa del átomo. Los
electrones giran a grandes distancias alrededor del núcleo en órbitas circulares.
Modelo Atómico de Rutherford

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Cuando Chadwick bombardeó una delgada lámina de berilio con
partículas a, el metal emitió una radiación de muy alta energía,
similar a los rayos g. Experimentos posteriores demostraron que
esos rayos en realidad constan de un tercer tipo de partículas
subatómicas, que Chadwick llamó neutrones
1932: James Chadwick descubre el Neutrón

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Número Atómico - Número Másico - Isótopos
Todos los átomos se pueden identificar por el número de protones y
neutrones que contienen
Es el número de protones en el núcleo del átomo de un elemento. En
un átomo neutro el número de protones es igual al número de
electrones. La identidad química de un átomo queda determinada
por su número atómico.
Número Atómico - Z
Es el número total de neutrones y protones presentes en el núcleo
de un átomo de un elemento. Con excepción de la forma más común
del hidrógeno, que tiene un protón y no tiene neutrones, todos los
núcleos atómicos contienen tanto protones como neutrones.
Número de Masa o Másico - A
Número de Neutrones = A - Z

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Isótopos
No todos los átomos de un elemento determinado tienen la misma
masa. La mayoría de los elementos tiene dos o más isótopos,
átomos que tienen el mismo número atómico pero diferente número
de masa. Por ejemplo, existen tres isótopos de hidrógeno. Uno de
ellos, que se conoce como hidrógeno, tiene un protón y no tiene
neutrones. El isótopo llamado deuterio contiene un protón y un
neutrón, y el tritio tiene un protón y dos neutrones. La forma
aceptada para denotar el número atómico y el número de masa de
un elemento (X) es como sigue:
Isótopos del Carbono

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Moléculas e Iones
La mayor parte de la materia está compuesta por moléculas o iones
formados por los átomos
Una molécula es un agregado de, por lo menos, dos átomos en una
colocación definida que se mantienen unidos a través de fuerzas
químicas (también llamadas enlaces químicos). Una molécula puede
contener átomos del mismo elemento o átomos de dos o más
elementos, siempre en una proporción fija.
Moléculas
Variedades Alotrópicas del Oxígeno

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Un ión es un átomo o un grupo de átomos que tiene una carga neta
positiva o negativa. El número de protones del núcleo de un átomo
permanece igual durante los cambios químicos comunes (llamados
reacciones químicas), pero se pueden perder o ganar electrones.
Iones

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Teoría Cuántica y la Estructura
Electrónica de los Átomos
La teoría cuántica nos ayuda a predecir y entender la función que
desempeñan los electrones en la química.
De la Física Clásica a la Teoría Cuántica
Max Planck, al examinar datos de la radiación que emitían los sólidos
calentados a diferentes temperaturas, descubrió que los átomos y las
moléculas emiten energía sólo en cantidades discretas o cuantos. Los
físicos siempre habían asumido que la energía era un proceso continuo y
que en el proceso de radiación se podía liberar cualquier cantidad de
energía.
La Teoría Cuántica de Max
Planck revolucionó la física.
Sin duda, la serie de
investigaciones siguientes
a este descubrimiento
modificó para siempre el
concepto de la naturaleza.

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Ondas Electromagnéticas: «alteración vibrátil mediante la
cual se transmite la energía»

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Teoría Cuántica de Planck
Los átomos y las moléculas emiten o absorben energía sólo en
cantidades discretas, como pequeños paquetes o cúmulos. A la
mínima cantidad de energía que se podía emitir o absorber en forma
de radiación electromagnética, Planck la llamó cuanto. La energía de
un cuanto está dada por:
Siendo:
h = Constante de Planck. Su valor es 6,63 x 10-34 J s
n = Frecuencia de Radiación en ciclos por segundo o Hz
c = Velocidad de la Luz. Su valor es 3,0 x 1008 m/s
l = Longitud de Onda en m

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Efecto Fotoeléctrico - Albert Einstein
En 1905, Albert Einstein utilizó Teoría Cuántica de Planck para
resolver otro misterio en la física: el efecto fotoeléctrico, un
fenómeno en el que los electrones son expulsados desde la
superficie de ciertos metales que se han expuesto a la luz de al
menos determinada frecuencia mínima, y que se conoce como
frecuencia umbral. El número de electrones liberados, no su energía,
era proporcional a la intensidad de la luz. No importaba qué tan
intensa fuera la luz, los electrones no se liberaban cuando la
frecuencia no llegaba al umbral.
La teoría de la luz no podía explicar el efecto fotoeléctrico, pero
Einstein partió de una extraordinaria hipótesis al considerar que un
rayo de luz es, en realidad, un torrente de partículas. Tomando como
punto de partida la Teoría Cuántica de Planck, Einsten dedujo que
cada una de estas partículas de la luz, que ahora se conocen como
fotones, debe poseer una energía E, de acuerdo con la ecuación:

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Si la frecuencia de los
fotones es de una magnitud
tal que hn es exactamente
igual a la energía de enlace
de los electrones en el
metal, entonces la luz tendrá
la energía suficiente para
emitirlos. Con una luz de
mayor frecuencia, los
electrones no sólo serán
emitidos, también adquirirán
cierta energía cinética.

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El Átomo de Hidrógeno de Niels Bohr
Las investigaciones de Einstein prepararon el camino para resolver
otro "misterio" de la física del siglo XIX: los espectros de emisión de
los átomos.

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Niels Bohr combina la física clásica y la teoría cuántica para explicar
la estructura atómica del átomo de hidrogeno. Las consideraciones
del Modelo de Bohr son:
El único electrón del átomo de hidrógeno podía estar localizado
sólo en ciertas órbitas.
Las energías asociadas al movimiento del electrón en las órbitas
permitidas deberían tener un valor fijo, es decir, estar cuantizada.
Bohr especula que los electrones giran alrededor del núcleo,
como los planetas alrededor del sol. Además, esas orbitas se
encuentran a distancias fijas del núcleo y poseen una
determinada energía.
Los electrones se
mueven en esas
orbitas fijas de
energía; a las que
se denominó
niveles de energía.

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La teoría de Bohr ayuda a explicar el espectro de línea del átomo de
hidrógeno. La energía radiante que absorbe el átomo hace que su
electrón pase de un estado de energía más bajo a otro estado de
mayor energía. Por lo contrario, cuando el electrón se mueve desde
un estado de mayor energía a otro de menor energía, se emite
energía radiante en forma de un fotón.
ECUACIÓN DE
RYDBERG

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La Naturaleza Dual del Electrón - Louis de Broglie
De Broglie razonó que si las ondas luminosas se comportan como
una corriente de partículas o fotones, quizá las partículas como los
electrones tuvieran propiedades ondulatorias

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Mecánica Cuántica - Heisenberg y Schrödinger
Con el descubrimiento del comportamiento ondulatorio de los
electrones surgió otro problema: Es imposible saber su posición
exacta debido a que se extiende en el espacio. Werner Heisenberg
formuló una teoría que ahora se conoce como Principio de
incertidumbre de Heisenberg:
«Es imposible conocer con certeza el momento p
(definido como la masa por la velocidad) y la posición de
una partícula simultáneamente»

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Ecuación de Schrödinger

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El concepto de densidad electrónica da la probabilidad de encontrar
un electrón en cierta región del átomo.
Para distinguir entre la descripción de un átomo con la mecánica
cuántica y el modelo de Bohr, el concepto de órbita se sustituye con
el de orbital atómico. El orbital atómico se considera como la
función de onda del electrón de un átomo.
NÚMEROS CUÁNTICOS

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Apantallamiento
Electrónico

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