I. BREVE RESEÑA:
1.1 Teoría de Leucipo y Demócrito (400 a.c.):
Desde la antigüedad el hombre se ha interesado en conocer la estructura íntima de la materia. Los filósofos griegos dijeron que “la materia era una concentración de pequeñas partículas o átomos tan pequeños que no podían dividirse” (la palabra átomo deriva del griego A = SIN y TOMO = DIVISION).
Estos filósofos llegaron a esta conclusión partiendo de la premisa de que “nada se crea de la nada y nada se destruye sin dejar nada”.
Esta teoría fue atacada duramente por Aristóteles, otro gran filósofo, apoyaba la teoría de Empedocles, la cual sostenía que la materia estaba constituída por cuatro elementos fundamentales: Agua, Tierra, Aire y Fuego y que los distintos estados de la materia eran combinaciones de éstos cuatro estados fundamentales:
Las doctrinas del atomismo se perpetuaron por medio del poema “DE RERUM NATURA”, escrito alrededor del año 500 a.c. por el poeta romano Tito Lucrecio Caro.
Tuvieron que pasar más de 2000 años para que otros estudiosos de la materia retomen las ideas de Leucipo y Demócrito rechazaron las concepciones erróneas de Aristóteles.
1.2 Teoría de John Dalton (1808)
La teoría de Dalton se basa en cuatro postulados fundamentales enunciados en un trabajo científico titulado “NEW SYSTEM OF CHEMICAL PHILOSOPHY”.
• La materia está constituida por partículas pequeñas e indivisibles.
• Los átomos de un mismo elemento químico son de igual peso y de igual naturaleza.
• Los átomos de diferentes elementos químicos son de distintos pesos y de distinta naturaleza.
• Una reacción química es el reordenamiento de los átomos en las moléculas.
Posteriormente gracias a ciertos descubrimientos por los científicos como los Tubos de Descarga (Croockes), Rayos Catódicos (Plucker), Rayos Canales (Goldstein), efecto Fotoeléctrico (Hertz), Rayos X (Roentgen) etc.
Se dieron los modelos atómicos:
1.3 J.J. Thompson (1897) “Módelo del Budín de Pasas”
Basándose en los descubrimientos y experimentos anteriormente citados Thompson elaboró una teoría muy consistente ya que incluso nos presentó un modelo atómico.
“El Atomo es una esfera de electricidad positiva, en el cual sus electrones estaban incrustados como pasas en un pastel, cada elemento tenía en sus átomos, un átomo diferente de electrones que se encuentran siempre dispuestos de una manera especial y regular”.
Determinó la relación carga-masa
q/m = 1,76 x 108 c/g
y Millikan, realizó el experimento de gota de aceite y determinó la masa del electrón.
m = 9,11 x 10-28 g
y carga q = -1,6 x 10-19C
DE CARGAS (+) = DE CARGAS (-)
1.4 Ernest Rutherford (1911)
“Modelo semejante al sistema solar”.
Descubrió el núcleo del átomo utilizando rayos “+” sobre una lámina de oro”
Dió a conocer una imagen distinta del átomo:
- Posee un núcleo o parte central muy pequeña
- Además éste núcleo es muy pesado y denso.
- El núcleo es carga positiva donde se origina la fuerza que desvía las partículas alfa.
1.5 Nields Bohr (1913)
“Modelo de los niveles energéticos estacionarios”
Aplicando los conceptos de la mecánica cuántica éste notable científico Danés, quiso determinar la distancia que existía del núcleo al electrón que giraba alrededor (para el átomo de hidrógeno monoeléctrico) y llegó a la conclusión de que esta distancia era constante lo cual lo llevó a definir los niveles estacionarios de energía, como zonas específicas de forma esférica en las que el electrón puede permanecer si ganar, ni perder energía, cuando un electrón se aleja del núcleo gana energía y cuando un electrón se acerca al núcleo pierde energía.
r = radio atómico
n = nivel ( )
ra = radio de Bohr
ra = 0,529 n2
m = masa del electrón
m = 9,11 x 10-28 g
q = carga del electrón
q = -1,6 x 10-19C
Cuando un electrón se aleja del núcleo absorve la energía y se convierte en un energía fotónica.
Para determinar la energía del fotón solo hace falta conocer la log. de onda ()
h = constante de Planck
h = 6,62 x 10-27 erg x s
C = velocidad de la luz
C = 3 x 105 km/s
El número de onda (ﬠ)
= ﬠ
ﬠ = R .
R = constante de Ryderg
R = 109677 cm-1
1.6 Arnold Sommerfield (1915)
“Modelo de los niveles y orbitas elípticas y la teoría combinada”
El efecto Zeeman no pudo ser explicado por Bohr, pero si lo hizo Sommerfield, al indicar que existen sub niveles de energía de tal manera que las orbitas no solamente, serán circulares sino también elípticas. A ésta teoría combinadas se le denomina “Bohr-Sommerfield”
Monoelectrónicos Orbitas Elípticas
1.7 Modelo Atómico Actual
En el año 1929 como una limitación fundamental de la naturaleza, el físico Alemán Werner Heisenberg, descubre el principio de la incertidumbre, por el cual la medición simultánea de la posición y del momento de la partícula microscópica, es imposible, pues se produce una perturbación incontrolable e imprevisible en el sistema.
En una difracción el producto de las incertidumbres consiste en dos factores:
X = coordenada x
PX = momento de la partícula
PX = m . Vx
h = constante de Planck
Este producto de la incertidumbre es el orden de la magnitud de la constante de Planck
X . PX h
El físico austriaco Schrondiger, le permitió formular su famosa fórmula el año 1926 indicando el movimiento de la partícula en dirección x.
Donde
h = Constante de Planck
X = Incertidumbre de
posición
P = Incertidumbre del
momento.
II. ESTRUCTURA ATOMICA:
A. Núcleo:
Parte central y compacta del átomo, que presenta aproximadamente un diámetro de 10-12 cm y tiene aproximadamente 32 partículas fundamentales especialmente en el núcleo. Tenemos a los protones, neutrones, varios tipos de mesones, hiperones, tres grupos llamados Lambda, sigma, Xi y Quarcks.
Representa aproximadamente el 99.9%
Características de algunas partículas
Partícula Protón Neutrón
Descubierto
Por Wein Chadwick
Carga absoluta +1,6 10-19C 0
Carga relatia +1 0
Masa absoluta 1,67210-24g 1,67510-24g
Masa relativa 1 1
B. Corona o Envoltura
Parte extranuclear del átomo, que presenta masa energética, órbitas circulares y órbitas elípticas. Además se encuentran los orbitales o Reempes (Región espacial de manifestación probalística electrónica)
Se encuentran las partículas negativas llamados electrones.
Representa el 0,1%
Partícula Electrón
Descubierto Por Thompson
Carga absoluta -1,6 10-19C
Carga relativa -1
Masa absoluta 9,1 10-28g
Masa relativa 0
III. UNIDADES ATOMICAS:
Simbología:
Z = Nº Atómico
A = Nº de Masa
1) Z = Número Atómico:
Indica la cantidad de Protones en el Núcleo y la cantidad de electrones.
Z = # P+
Z = # e-
2) A = Número de Masa:
Se expresa en U.M.A (Unidad de Masa Atómica) e indica:
A = Z + n
A = P + n n = # de neutrones
Z = A - n P = # de protones
P = A - n e = # de electrones
n = A – Z
3) Conceptos Importantes:
a) Isótopos: Atomos iguales, que tienen igual protones o Nº Atómico
Ejem:
p = 1 p = 1
(Protio) (Deuterio)
b) Isóbaros: Atomos diferentes que tienen igual Nº de Masa
A = 40 A = 40
c) Isótonos: Atomos diferentes que tienen igual Nº de Neutrones
Ejem:
n = 6 n = 6
d) Isoelectrónicos: Iones diferentes que tienen igual Nº de Electrones.
Ejm:
= 10 = 10
4) Atomo Neutro
Tiene carga eléctrica cero (0)
Donde:
P = e = z
Ejemplo:
5) Especie Isoelectrónica
Son especies químicas que presentan carga eléctrica positiva y negativa:
X+ : Catión pierde
X- : Anión gana
Ejemplo:
a)
b)
c) NH4+(7N, 1H)
= (7+4)-1= 10
d) SO (16S, 8O)
= (16+32)+2= 50
PROBLEMAS RESUELTOS Y PROPUESTOS
1. El Modelo del Budín de pasas le corresponde a:
a) Rutherford d) Bohr
b) Dalton e) Sommerfield
c) Thompson
Resolución
Por teoría el Modelo del “Budín de Pasa” le corresponde a J.J. Thompson.
Rpta. (c)
2. El electrón fue descubierto por:
a) Golsdtein d) Thompson
b) Croockes e) Millikan
c) Rutherford
Resolución
Por teoría, el electrón fue descubierto por Thompson utilizando los tubos de Croockes
Rpta: (d)
3. El número de masa de un átomo excede en 1 al doble de su número atómico. Determine el número de electrones, si posee 48 neutrones y su carga es –2.
a) 46 b) 47 c)48 d) 49 e) 50
Resolución
n = 48
Donde:
A = n + Z ..................... (1)
A = 2Z + 1 ................... (2)
Luego:
Reemplazando (2) en (1):
2Z + 1 = 48 + Z
Z = 47
= 47+2
= 49
Rpta (d)
4. Cierto átomo tiene 40 neutrones y su número de masa es el triple de su número de protones. Determinar el número atómico.
a) 18 b) 20 c)25 d) 22 e) 16
Resolución
n = 40 ......................... (1)
A = 3p ......................... (2)
Luego: (2) en (1):
A = P+ n
3p = p + 40
2p = 40
p = 40/2 = 20
Rpta. (b)
5. Si la suma del número de masa de 3 isótopos es 39 y el promedio aritmético de su número de neutrones es 7, luego se puede afirman que los isótopos pertenecen al elemento.
a) 9F b) 21Sc c) 5B
d) 6c e) 17Cl
Resolución
Isótopos: Igual protones
n1 n2 n3
Luego
A1 + A2 +A3 = 39..........(1)
n1 + n2 + n3 = 21..........(2)
Luego restamos (2) – (1)
A1 + A2 + A3 = 39 -
n1 + n2 + n3 = 21
P + p + p = 18
P = 6 6C
Rpta. (d)
6. En el núcleo de cierto átomo los neutrones y protones están en la relación de 4 a 3. Si su número de masa es 70. Determine los valores del protón y los neutrones respectivamente.
a) 20 y 50 b)10 y 60
c) 30 y 40 d) 15 y 55
e) 25 y 45
Resolución
A = P + n
Donde:
p = protones
n = neutrones
Luego reemplazamos:
A = P + n
70 = 3k + 4k
70 = 7k
k = 10
Entonces:
P = 3k = 3(10) = 30
n = 4k = 4(10) = 40
Rpta. (c)
7. Los números atómicos de dos isóbaros son 94 y 84. Si la suma de sus neutrones es 306. ¿Cuál es el número de masa del isóbaro?
a) 200 b) 242 c) 236
d) 256 e) 228
Resolución
n1 n2
Luego sumamos:
Z1 + Z2 = 178 +
n1 + n2 = 306
A + A = 484
2A = 484
A = 242
Rpta. 242
8. Un ión X2+ es isoelectrónico con el ión Y3-, a la vez éste es isóbaro con el y isótono con el . Hallar el valor de la carga nuclear de “X”.
a) 25 b) 27 c) 29
d) 23 e) 24
Resolución
Aplicamos:
X2+ iso Y3-isóbaro
P = ?? isótono
Desarrollando:
Isóbaro
Igual Nº de masa (A)
Luego:
n = 16 n = 16
Igual Nº de Neutrones (n) finalmente:
ISO
n = 16 = 27
p = 24
= 27 P = 29
P = 29 Rpta. (c)
9. Indicar las proposiciones falsas (F) y verdaderas (V):
I. Masa absoluta del protón:
1,67.10-24g ( )
II. Millikan: experimento de la gotita de aceite ( )
III. Rutherford: utilizó los rayos ß- ( )
IV. Heisenberg: Principio de la incertidumbre.
Rpta:................
10. Indicar la relación correcta:
a) Leucipo: Discontinuidad de
la materia.
b) Dalton: Atomo, partícula
indivisible
e indestructible.
c) Rutherford: Modelo del
budín de pasas
d) Bohr: Modelo de los
niveles energéticos
estacionarios.
e) Sommerfield: Orbitas Elípticas
Rpta: .................
11. Un ión X2+ tiene 20 e-, además
el ión y2- es isoelectrónico con
el ión X1+.Determine el número de e- del ión y2+.
Rpta: .................
12. Dos elementos "X" e "Y" tienen igual número de neutrones, siendo la suma de sus números atómicos 54 y la diferencia de sus números de masa es 2. Hallar el número atómico del átomo "X".
Rpta: .............
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