Atomo

Universidad San Martín de Porres

Facultad de Medicina Humana Filial Norte Química Biológica. Tema: Átomo y modelos atómicos. Espectro electromagnético. Uniones intermoleculares. H. Lezama

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CONCEPTO DE ATOMO Hay numerosas pruebas físicas que demuestran que la materia de cualquier sustancia esta formada por átomos, y que éstos son agrupaciones de cantidades variables de partículas subatómicas de masa y carga eléctrica característica. Así tenemos : El Protón 1p+ equivalente a 1 u.m.a. = 1,672 x 10-24 g El Neutrón 1n0 equivalente a 1 u.m.a. = 1,672 x 10-24 g El Electrón 0e- equivalente a 0,000548 u.m.a.

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Luego del descubrimiento del electrón en 1897 por Joseph John Thomson, se determinó que la materia se componía de dos partes, una negativa y una positiva. La parte negativa estaba constituida por electrones, los cuales se encontraban según este modelo inmersos en una masa de carga positiva a manera de pasas en un pastel (de la analogía del inglés plum-pudding model). H. Lezama

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Este modelo fue desarrollado por el físico Ernest Rutherford a partir de los resultados obtenidos en lo que hoy se conoce como el experimento de Rutherford en 1911 Por desgracia, el modelo atómico de Rutherford presentaba varias incongruencias:: Contradecía las leyes del electromagnetismo y no explicaba los espectros atómicos H. Lezama

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En 1913 Bohr propuso un modelo parecido a un sistema solar en miniatura formado por un núcleo positivo pequeñísimo, en el que residía la masa del átomo, a su alrededor giraban los pequeños y ligeros electrones describiendo órbitas circulares a distancias variables del núcleo. La velocidad de los electrones era casi igual a la de la luz. Las órbitas se denominaron capas o niveles cuánticos, caracterizándose por las letras: K,L,M,N,O,P,Q.

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Niels Bohr trata de incorporar los fenómenos de absorción y emisión de los gases, así como la nueva teoría de la cuantización de la energía desarrollada por Max Planck y el fenómeno del efecto fotoeléctrico observado por Albert Einstein. H. Lezama

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En el modelo de Schrödinger se abandona la concepción de los electrones como esferas diminutas con carga que giran en torno al núcleo En vez de esto, Schrödinger describe a los electrones por medio de una función de onda, el cuadrado de la cual representa la probabilidad de presencia en una región delimitada del espacio. Esta zona es el orbital. H. Lezama

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Modelo Atómico Actual : Principios 1.-Naturaleza onda-partícula de la materia

Amplitud

{

λ ( Longitud de onda) --------c= λ. f c: Velocidad de la luz f: Frecuencia --------------------E= h.f E= h c / λ h: Constante de Planck H. Lezama

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La energía de una onda partícula es inversamente proporcional a su longitud de onda, lo que implica una mayor energía para las ondas electromagnéticas componentes del espectro de luz blanca “Los colores violáceos, siendo menores los de color rojo”

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2.-Niveles estacionarios de Energía Un electrón puede girar indefinidamente alrededor del núcleo, sin emitir energía, debido a que su órbita contiene un número entero de longitudes de onda de De Broglie e-

Carácter Ondulatorio Orbita de Bohr

+

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Aquí se conjugan el carácter ondulatorio y corpuscular del electrón 10

3.-Principio de incertidumbre (Werner Heisenberg 1925) Es imposible conocer al mismo tiempo con debida exactitud, el momento y posición de un electrón. ∆ p∆ x≥ h ∆ p : Incertidumbre en el momento ∆ x : Incertidumbre en la posición h : Constante de Planck H. Lezama

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La concepción moderna del átomo establece que es un sistema energético en equilibrio, constituido por un núcleo central y uno o más electrones girando a su alrededor formando una nube electrónica que lo envuelve

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NUCLEO ATOMICO: NUCLEONES, los protones y los neutrones. PROTONES (+) Masa (1p+) = 1,672 x 10-24 g (1 U.M.A.) Carga(1p+) = 1,6 x 10-19 Coulomb NEUTRONES(0) Masa ( 1n0) = 1,675 x 10-24 g (Apx 1 U.M.A.) Carga ( 0 ) = 0 H. Lezama

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NUBE ELECTRONICA: ELECTRONES Masa (1e-) = 9,1 x 10-28 gramos Carga (e-) = 1,6 x 10-19 Coulomb En la actualidad el átomo se considera como una Región Espacial de Manifestación Probabilística de Electrones (R.E.M.P.E) H. Lezama

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Número Atómico (Z): Número de Protones contenidos en el núcleo. “En todo átomo eléctricamente neutro, el número de protones (+) es igual al número de electrones(-)” Z = N°de Protones = N° de electrones

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Elemento

Z

N°p+

N°e-

Boro Magnesio Zinc Teluro Mercurio Uranio

5 12 30 52 80 92

5 12 30 52 80 92

5 12 30 52 80 92

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Número de Masa (A).- Nos indica la suma total de protones mas neutrones contenidos en el núcleo atómico A = N° protones + N° neutrones A= Z + N° Neutrones

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Elemento Químico.- Conjunto de átomos que tienen el mismo número atómico. Berzelius (1814) estableció una forma simple de representar a los elementos mediante símbolos. Elemento Símbolo Carbono C Calcio Ca Cobre (Cuprum) Cu Plata (Argentium) Ag Oro (Aurum) Au Sodio (Natrium) Na Potasio (Kalium) K Azufre (Sulphur) S H. Lezama

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Representación del Atomo de un Elemento

E Z

A

Donde : E: Elemento A: Número de Masa Z: Número Atómico Ej. 40 Ca 20

19 F 9

14 N 7 H. Lezama

3 H 1 19

Los elementos químicos pueden unir sus núcleos y generar nuevos átomos a esto se le denomina fusión nuclear + + +

+

+

+

+

+

→ +

+

6 Li 3

+

+

4 He 2 H. Lezama

→

10 B 5 20

La fisión nuclear implica la división del núcleo atómico o el desprendimiento de parte del mismo + +

+ +

+

4 He 2

+ + +

8 Be 4

He

H. Lezama

2

4 21

¿Hay núcleos atómicos inestables? Si, aquellos que no guardan una relación proporcional entre protones y neutrones y que para estabilizarse emiten una parte de su masa y de su energía: Radiación α, β y γ

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Radiactividad: Inestabilidad atómica Exceso de Protones Protón en exceso

+ +

+ +

4Be

6

→ β+

+

+ +

Neutrón 6 Li 3

TRANSFORMACIÓN DE UN ÁTOMO EN OTRO, POR EMISIÓN DE UNA PARTÍCULA DEL NÚCLEO H. Lezama

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EXPLICACIÓN Radiación β+ + +++-

+ p 1

Protón Transformado a neutrón vía Beta+ (β +)

H. Lezama

+++-

0 n 1

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Exceso de Neutrones Protón

Neutrón en exceso +

+

+

+

8 Li 3

+

+

→

+

8 Be 4

βH. Lezama

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EXPLICACIÓN

Radiación β++++-

0 n 1

Neutrón transformado a protón

H. Lezama

+ +++-

+ p 1

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ORDEN DE PENETRACIÓN

α--------β-------------------γ------------------------------0,1 mm Al

3 mm Al H. Lezama

30 cm Fe 27

Isótopos: Atomos de un mismo elemento químico que tienen diferentes números de masa

H Protio n=0 99.99% 1

1

2 H 1 Deuterio n=1 0,018% H. Lezama

3 H 1 Tritio n=2 0,002% 28

Isótopos más comunes del Oxígeno O n = 8 99,759% 8

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17 O 8 n=9 0,037%

18 O 8 n = 10 0,204%

El número de masa de los elementos químicos, serán producto de la masa atómica media, que es el promedio ponderado de las masas atómicas de sus isótopos en función del porcentaje de sus abundancias. H. Lezama

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Ejemplo: Hallar la Masa atómica del Cloro si : 35 Cl .....75% (A1= 35 , X1= 75%) 17 37 Cl .....25% (A2= 37 , X2= 25%) 17

MASA ATOMICA PROMEDIO A1X1 + A2X2+........+AnXn Masa Atómica (E) = ------------------------------------100

35 x 75 + 37 x 25 Masa Atómica (Cl) = ----------------------100 H. Lezama

35,5 Rta 30

Isóbaros:Atomos de elementos químicos diferentes que presentan el mismo número de masa

Ar 18

Ca 20

40

Te 52

40

127

53 H. Lezama

I

127 31

Isótonos: Son Atomos de elementos químicos diferentes que tienen el mismo número de neutrones

B 5 n=6

C 6 n =6

Na 11 n = 12

Mg 12 n =12

12

11

24

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ESPECTRO ELECTROMAGNETICO Microondas

λ, cm

1

Infrarrojo

0,1

10-2

10-3

Visible Ultra Violeta

10-4

Rayos X

10-5

10-6

ESPECTRO DE LUZ VISIBLE infra-rojo λ, cm

7 x 10-5

Ultravioleta

6 x 10-5H. Lezama 5 x 10-5

4 x 10-5

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Fuerzas intermoleculares Fuerzas intermoleculares son fuerzas de atracción entre las moléculas. Fuerzas intramoleculares mantienen juntos a los átomos en una molécula.

intermolecular contra intramolecular •

41 kJ para evaporar 1 mol de agua (inter)

•

930 kJ para romper todos los enlaces O-H en 1 mol de agua (intra) “Medida” de fuerza intermolecular Por lo general, punto de ebullición las fuerzas intermoleculares punto de fundición son mucho más ∆Hvap débiles que las ∆Hfus fuerzas H. Lezama 34 intramoleculares. ∆Hsub 11.2

Fuerzas Intermoleculares • Fuerzas intermoleculares de moléculas neutras o de Van der Waals – Fuerzas dipolo dipolo – Fuerzas de dispersión de London.

• Fuerzas intermoleculares en soluciones – Ion-dipolo

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Fuerzas intermoleculares Fuerzas dipolo-dipolo Fuerzas de atracción entre moléculas polares Orientación de moléculas polares en un sólido

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11.2

Dipolo-dipolo Existen entre moléculas polares neutras. Las moléculas polares se atraen unas a otras cuando el extremo positivo de una molécula está cerca del extremo negativo de otra.

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Fuerzas intermoleculares Fuerzas de dispersión Fuerzas de atracción que se generan como resultado de los dipolos temporales inducidos en átomos o moléculas

Catión

Dipolo inducido

Interacción ion-dipolo inducido

Dipolo inducido Dipolo

Interacción dipolo-dipolo inducido H. Lezama

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11.2

Fuerzas intermoleculares Fuerzas ion-dipolo Fuerzas de atracción entre un ion y una molécula polar Interacción ion-dipolo

H. Lezama

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11.2

Fuerzas intermoleculares Enlace de hidrógeno El enlace de hidrógeno es una interacción especial dipolodipolo entre ellos y el átomo de hidrógeno en un enlace polar N-H, O-H, o F-H y un átomo electronegativo de O, N, o F. A

H…B

o

A

H…A

A y B son N, O, o F

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11.2

Puente de Hidrógeno Es un tipo de atracción dipolar particularmente fuerte, en el cual un átomo de hidrógeno hace de puente entre dos átomos electronegativos, sujetando a uno con un enlace covalente y al otro con fuerzas puramente electrostáticas. H. Lezama

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