ATOMO Y SU ESTRUCTURA ATOMICA
MODELO NUCLEAR DEL ATOMO
ATOMO DE BOHR
NUMEROS CUANTICOS
LEYES PONDERABLES

TABLA PERIODICA

ATOMO Y SU ESTRUCTURA ATOMICA

Una de las hazañas más extraordinarias del hombre ha sido la de estudiar y comprender la estructura de la materia, mediante telescopios, cámaras y otros inventos ha podido describir los detalles de lejanos planetas, estrellas y galaxias.

con el estudio de los elementos radiactivos, los núcleos atómicos, los análisis espectroscópicos y la aplicación de las matemáticas ha podido suponer cómo están constituídos los átomos y su comportamiento. Los átomos que constituyen todos los cuerpos del Universo, son proporciones de materia tan diminutas que no pueden ser vistas ni con los más poderosos microscopios, un grano de arena o una gota de agua tienen tantos átomos que ninguna persona alcanzaría a contarlos uno a uno durante toda su vida.

Historia del descubrimiento de las partíclas del átomo

Para el año de 1878 sir William Crookes, científico inglés al conectar a una fuente de energía eléctrica de alto voltaje, las placas metálicas contenidas en los extremos de un tubo de cristal al vacío de modo que una constituía el polo positivo (ánodo) y la otra el polo negativo (cátodo), observó que se producía un resplandor que como parecía partir del cátodo, le llamó rayo catódico (se movían en línea recta)

En 1887 J.J. Thomson se interesó por los rayos catódicos, y en la Universidad de Cambrige Inglaterra, realizó una serie de experimentos con el tubo de Crookes que le revelaron que el átomo está constouído por partículas más pequeñas.

Comprobó que los rayos catódicos eran desviados por un campo magnético o un campo eléctrico y que eran capaces de hacer girar un rehílete dentro del tubo llegó a las siguientes conclusiones:

1. Los rayos catódicos son partículas de materia con carga negativa
2. Los átomos no son indivisibles, porque debido a la acción de las fuerzas eléctricas pueden arrancárseles partículas de carga negativa
3. Estas partículas que llamó electrones, tienen la misma masa y forman parte de todos los átomos
4. Los átomos están constituídos por electrones que se mueven en una esfera electrificada positivamente

Con el descubriento de la radiactividad que ocurrió a fines del siglo pasado, se fortaleció la idea de que el átomo es divisible.

El físico alemán Roentgen descubrió los rayos X. el Francés Bequerel descubrió que el uranio y sus sales emiten radiaciones , como los rayos X, capaces de atravesar los cuerpos e impresionar una placa fotográfica. Pierre Curie y Marie Curie científicos franceses aislaron los elementos químicos radio y polonio que emiten con más intensidad los rayos "Bequerel".

Los científicos descubrieron que las sustancias radiactivas emiten tres clases de rayos.

1. El rayo que era desviado hacia un lado del campo eléctrico se le llamó rayo alfa.
2. El rayo que se desviaba mucho más que el anterior hacia el lado opuesto se le llamó rayo beta
3. El rayo que no era desviado se le llamó rayo gamma

Bequerel demostró que los rayos beta son partículas idénticas, por su carga eléctrica negativa y masa, a los electrones descubiertos por Thomson, Ernest Rutherford demostro que los rayos alfa son partículas con cargas eléctricas positivas y de mayor masa; los rayos gamma son como los luminosos y los rayos X; pero tienen mayor energía y carecen de masa.

MODELO NUCLEAR DEL ÁTOMO

Proporciona una imagen del átomo, similar a un sistema solar en miniatura, formado por un núcleo central cargado positivamente y a su alrededor partículas cargadas negativamente que giran en órbitas cisculares o elípticas definidas.

Los núcleos de otros átomos están constituídos por protones idénticos a los del hidrógeno y de otras partículas que tienen casi la misma masa que los protones, pero eléctricamente neutros, por lo que son llamados neutrones. Los protones y neutrones se conocen tamabién como nucleones, están unidos con fuerzas de cohesión importantes.

Los protones tienen una masa de 1 u.m.a. (unidad de masa atómica) y carga + 1

La masa de un neutrón es prácticamente la que tiene un protón y su carga eléctrica es 0

El electrón tiene una masa insignificante (la masa de 1 836 electrones harían la masa de un protón) y su carga es de - 1

Los átomos de cada elemento contienen el mismo número de protones y electrones, manteniendo esta condición, son eléctricamente neutros. El número de neutrones es variable hasta en los átomos del mismo elemento.

NUMERO ATOMICO es el número de protones (o de electrones) de un átomo. Se designa generalmente con la letra Z El número atómico del hidrógeno es 1, porque tiene un protón, y el del litio es 3 porque tiene 3 protones

MASA ATOMICA se designa con la letra A, y es igual a la suma del número de protones y el número de neutrones.

A = Z + N

La unidad de masa atómica que se abrevia: u.m.a. equivale casi a la masa de un protón o de un neutrón. Como la masa de un electrón es insignificante, se le considera con valor de 0.

ejemplo 1:

Cálculo de la masa atómica (A) del Litio

.

El físico danés Niels Bohr Descubrió que los electrones de un atómo solo pueden tener determinados valores de energía. Propuso que la energía de un electrón estaba relacionada con la distancia de su órbita al núcleo. Por tanto los electrones solo giraban en torno al núcleo a determinadas distancias, en "orbitas cuantizadas" que correspondían a las energías permitidas.

En la distribución de los electrones sobre los niveles de energía es un número limitado de electrones puede encontrarse sobre un nivel de energía; para determinarlo se aplica la regla de saturación el número máximo de electrones sobre un nivel de energía, caracterizado por su número cuántico, es igual a 2n².

1er nivel de energía K 2(1²) = 2 electrones

1er nivel de energía K 2(2²) = 8 electrones

1er nivel de energía K 2(3²) = 18 electrones

1er nivel de energía K 2(4²) = 32 electrones

En los niveles O, P, Q se aplica la misma regla, pero es evidente que no se cumple con los elementos conocidos hasta ahora. La capa periférica presenta una gran estabilidad con 8 electrones y la capa K está saturada con 2 electrones.

Ahora bien el principio de incertidumbre indica que nunca será posible tener una imagen verdaderamente definida de un átomo; fue enunciado en 1927 por el físico alemán Werner Heisenberg y considera que es imposible conocer al mismo tiempo la posición y la velocidad de un electrón dentro de un átomo. Los electrones son tan pequeños y las ondas luminosas relativamente tan gruesas que no podría localizarse la posición de un electrón en órbita mediante ondas luminosas, sería como medir el espesor de una hoja de papel con el grueso de un dedo.

La ecuación de Schrödinger está de acuerdo con el principio de Incertidumbre, por lo que es conveniente saber lo que es la probabilidad en matemáticas. La nube electrónica de los átomos en unas regiones es más espesa y en otras muy tenue, y como el electrón puede encontrarse en cualquier sitio girando alrededor del núcleo, excepto dentro de él, la nube electrónica tiene formas diferentes. La zona ocupada por la nube electrónica es llamada región espacio energética de manifestación probabolística electrónica, porque en ella existe mayor probabilidad de encontrarse el electrón, este espacio también recibe el nombre de orbital.

LOS NUMEROS CUANTICOS

Según el modelo de Bohr, los electrones solamente pueden localizarse en los niveles principales de energía, pero en el modelo del átomo de la mecánica cuática o mecánica ondulatoria, estos niveles de energía están constiuídos por uno o más subniveles de energía, los que a su vez tienen varios estados de energía electrónica llamados orbitales y en los cuales, como se dijo antes, pueden encontrarse los electrones.

Para obtener las soluciones satisfactorias de la ecuación de Schrödinger se hizo necesaria la introducción de cuatro números cuánticos relacionados con el comportamiento de los electrones en los átomos; estos números que tienen valores dependientes entre sí se indican con las letras n, l, m, s.

El número cuántico principal: n es el número que se relaciona con el volumen que ocupa la llamada región espacio energética de manifestación probabilística de los electrones alrededor del núcleo. Indica la distancia promedio que hay entre el núcleo y cada uno de los níveles que tiene el átomo y define sus niveles de energía.

Para un determinado nivel de energía sólo existe un valor para n éste puede ser cualquier número entero positivo mayor que cero: n = 1, 2, 3, 4, 5, 6 . . .

Estos números corresponden a las letras K, L, M, N, O, P . . . que también designan los niveles de energía.

NUMERO CUANTICO SECUNDARIO: l (ele) está relacionado con la forma de la nube de electrones, junto con el número cuántico principal, determina la distancia media entre el electrón y el núcleo.

Los valores del número secundario son números enteros, comenzando con 0 hasta su valor máximo que es (n - 1).

Si n = 1 sólo habrá un valor para l (ele).

Si n = 3 habrá tres valores para l (ele).

ejemplo:

Para n = 4 l (ele) tiene los cuatro valores siguientes

l = 0, 1, 2, y 3 quiere decir que existen cuatro subniveles

Los diferentes tipos de orbitales están determinados por los valores del número cuántico l (ele), hay cuatro tipos y se designan con las letras s,p,d y f.

EL NUMERO CUANTICO: m

Define las orientaciones de la nube de electrones u orbital en un campo magnético y puede adquirir orientaciones de valores que puede ser cualquier número entero entre - 1 y + 1 pasando por cero. Para determinarlo se aplica la formula m = 2 l(ele) + 1

es decir:

Si l (ele) = 0

aplicando la formula

m = 2 l (ele) + 1

m = 2l (0) + 1

m = 2(0) + 1 = 1

esto hace comprender que el subnivel s es esférico y no es influido por un campo magnético.

otro ejemplo:

si l(ele) = 1

aplicando formula

m = 2 l (ele) + 1

m = 2l(1) + 1

m = 2(1) + 1 = 3

NUMERO CUANTICO DE GIRO DEL ELECTRON O DE SPIN: S

Es el cuarto número cuántico, se llama spin porque se refiere al giro del electrón sobre sí mismo. Los valores que toma este número cuántico son:

resumiendo, el modelo cuático del a´tomo tiene 7 niveles principales de eenrgía que se indican con los números 1,2,3,4,5,6,7 o las letras K,L,M,N,O,P,Q.

Cada nivel de energía consta de un cierto número de subniveles que se nombran con las letras s,p,d,f los cuales se distinguen anteponiendo a la letra el número del nivel de energía principal que les corresponde por ejemplo: 1s, 2s, 2p, 4s.

El subnivel d tiene 5 orbitales. Con base al principio de multiplicidad que dice: los electrones van llenando los orbitales disponibles del mismo valor de energía, uno a uno antes de que formen pareja o apareamiento, cada orbital tiene capacidad para 2 electrones.

Total de electrones de cada nivel de energía (2n²) y de los subniveles correspondientes.

CONFIGURACION ELECTRONICA DE LOS ELEMENTOS

Con lo ya visto anteriormente se puede escribir la configuración que representa la estructura electrónica de los elementos.

3p4

3 = número de nivel principal

p = letra de subnivel

4 = número de elctrones en el subnivel p

Como los electrones de un átomo no excitado tienden a ocupar las posiciones mas bajas se acepta el siguiente orden de energía creciente:

1s²,2s²,2p6,3s²,3p6,4s²,3d10,4p6,5s²,4d10,5p6,6s²,4f14,5d10,6p6,7s²,5f14,6d10,7p6

Se puede observar que el orbital 4s está antes que el 3d y ocurre lo mismo que otros, lo cual no significa que estos orbitales estén más cerca del núcleo, sino que la energía de los electrones está alterada por una superposición de sus niveles.

TABLA PARA DETERMINAR LA CONFIGURACION ELECTRONICA DEL ATOMO

ejemplos:

Obtener la configuración electrónica del oxígeno cuyo número atómico (Z) es de 8 o (Z = 8)

1s², 2s², 2p4

Obtener la configuración electrónica del Zn cuyo número atómico es Z = 30

1s², 2s², 2p6, 3s², 3p6, 4s², 3d10

NOTA: la suma de los electrones de todos los subniveles debe ser igual al número atómico (Z) del elemento considerado.

REPRESENTACION GRAFICA PARA LA CONFIGURACION DE LOS ELEMENTOS

La configuración o distribución electrónica del hidrógeno Z = 1

Por lo que la representación gráfica de 6C es:

LEYES PONDERABLES

Son las relaciones entre las masas de los elementos que forman un compuesto, así como las masas de las sustancias que intervienen en una reacción química.

Ley de la conservación de la materia Antoine Laurent Lavoisier en una reacción química, la suma de las masas de las sustancias reaccionantes es igual a la suma de las masas de los productos.

ejemplo:

Ley de las proporciones definidas Joseph-Louis Proust en la formación de un mismo compuesto, los elementos que lo forman siempre guardan la misma proporción en masa. dicho de otra manera, un compuesto siempre tiene la misma composición, cualquiera que sea su origen o método de preparación.

ejemplo:

El amomiaco es un compuesto formado por nitrógeno e hidrógeno, al analizar varias muestras de este compuesto se obtuvieron valores de composición en masa.

Ley de las proporciones multiples John Dalton cuando dos elementos se unen entre sí, dando lugar a la formación de varios compuestos, si la masa de uno de los elementos permanece constante, las masas del otro guardan una relación de números enteros sencillos.

ejemplo:

Ley de Richter o de los pesos equivalentes Burton Richter las masas de los elementos que se combinan con una masa conocida de un tercero son químicamente equivalentes entre sí.

ejemplo:

Profr. Ricardo Caudillo S.