Estructura de La Materia y Estructura Atomica
Estructura de La Materia y Estructura Atomica
Estructura de La Materia y Estructura Atomica
1. INTRODUCCIN.
Desde la Antigedad, el ser humano se ha cuestionado de qu estaba hecha la materia. En la antigua Grecia dos concepciones filosficas compitieron por dar una interpretacin racional a esta cuestin: a) Leucipo y su discpulo Demcrito consideraban que la materia estaba constituida por pequesimas partculas (no visibles a simple vista) que no podan ser divididas en otras ms pequeas. A estas partculas se las llam tomos, que en griego significa "indivisible". b) Aristteles era partidario de la teora de los cuatro elementos, segn la cual toda la materia estara formada por la combinacin de cuatro elementos bsicos: aire, agua, tierra y fuego. Las ideas de Demcrito sobre la materia fueron rechazadas por los filsofos de su poca, mientras que la teora de los cuatro elementos se acab imponiendo durante muchos siglos. Habran de transcurrir dos milenios para que la concepcin atmica fuera tomada de nuevo en consideracin.
Basndose en todo este conjunto de conocimientos, Dalton desarrolla en 1808 su modelo atmico, en base a las siguientes hiptesis: a) La materia est formada por minsculas partculas indivisibles llamadas tomos. b) Hay distintas clases de tomos, con diferentes masas y propiedades. Los tomos de un elemento son todos iguales y presentan las mismas propiedades. Por el contrario, los tomos de distintos elementos son distintos y presentan distintas propiedades. c) Los tomos son inmutables (no se pueden transformar de un tipo en otro). d) Los compuestos qumicos estn formados por la unin de un nmero entero de tomos de distintos elementos, siempre en la misma proporcin. e) En las reacciones qumicas de sustancias, los tomos se separan, se combinan y se redistribuyen entre las sustancias que reaccionan. Sin embargo, ningn tomo se crea, ni se destruye, ni se convierte en un tomo de otro elemento.
(a), (b) y (c): Dalton postul que la materia est formada por tomos. No intent describir la estructura o composicin de los tomos, ni tena idea de cmo era un tomo. Sin embargo, se dio cuenta de que la diferencia en las propiedades mostradas por elementos como el hidrgeno y el oxgeno, lo que slo se puede explicar con la idea de que los tomos de hidrgeno son diferentes de los tomos de oxgeno.
(d): esta hiptesis sugiere que para formar un determinado compuesto no solamente se necesitan los tomos de los elementos correctos, sino que es indispensable un nmero especfico de dichos tomos. As, si se analizan distintas muestras de dixido de carbono gaseoso, en todas ellas se encontrar la misma proporcin de masa de carbono y oxgeno (y por tanto, la misma cantidad de tomos de carbono y oxgeno)
(e): En esta reaccin una molcula de metano (CH 4) reacciona con 2 molculas de oxgeno (O 2). Fruto de la reaccin se produce dixido de carbono (CO 2) y agua (H2O). Notar que en la reaccin los tomos slo se recombinan, no se crean nuevos tomos, ni
Como se sabe hoy, la teora atmica de Dalton era incompleta. Posteriormente se fueron descubriendo un conjunto de hechos cientficos que pondran de manifiesto importantes lagunas y errores en casi todas las hiptesis de la teora atmica, que hubieron de corregirse (naturaleza elctrica de la materia, indivisibilidad y estructura interna del tomo, los mecanismos de formacin de molculas, existencia de istopos, radioactividad, etc.). No obstante, estas modificaciones no significaron una ruptura radical con las propuestas de Dalton, sino una profundizacin y enriquecimiento de una teora incompleta. La teora atmica debe considerarse como uno de los pilares ms importantes de la qumica moderna
Existen dos tipos de carga: positiva y negativa. Dos cuerpos que hayan adquirido una carga del mismo tipo se repelen, mientras que si poseen carga de distinto tipo se atraen. En general, la materia es elctricamente neutra, es decir, tiene la misma cantidad de cada tipo de carga. Sin embargo, los cuerpos pueden electrizarse, cargndose positivamente o negativamente si ganan o pierden cargas de alguno de los dos tipos.
Descubrimiento del electrn. En 1897, el cientfico ingls Thomson realizaba experimentos con rayos catdicos (rayos de luz que aparecen cuando un gas encerrado en un tubo de vidrio se somete a elevadas tensiones). Thomson descubri que tales rayos eran desviados por la accin de campos elctricos o magnticos, lo cual significaba que presentaban carga. Al estudiar las partculas que formaban estos rayos, Thomson observ que tales partculas siempre eran las mismas (presentaban la misma masa y cantidad de carga negativa), cualquiera que fuese el gas del interior del tubo. Tambin observ que dicha masa era mucho ms pequea que la masa de los tomos de los gases empleados. De esta forma, se demostr que los rayos estaban formados por una corriente de partculas cargadas negativamente, de masa mucho ms pequea que la de los tomos, que llam electrones.
http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/atomo/catodicos.htm
El descubrimiento del electrn hizo que Thomson se plantease las siguientes cuestiones: Los electrones son partculas ms pequeas que el tomo. Por tanto, los tomos no son indivisibles, ya que los electrones son partculas que forman parte de los tomos.
En los tomos hay partculas con carga negativa llamadas electrones. La materia debe ser elctricamente neutra, lo cual implica que en el tomo deban existir cargas positivas que compensen la carga de los electrones. Si las cargas negativas de los tomos pertenecen a los electrones, partculas de masa mucho ms pequea, la mayor parte de la masa del tomo se debe a las partculas con carga positiva. Todo ello llev a Thomson a enunciar su propio modelo atmico, que tomaba en cuenta la existencia de del electrn como partcula subatmica, modificando la teora atmica de Dalton. El modelo atmico de Thomson representaba al tomo como una esfera formada por una masa fluida de baja densidad con carga positiva, en la que se hallaban incrustados los electrones (modelo pudding de pasas o sandia). Casi la totalidad de la masa del tomo se concentraba en dicha masa fluida.
El modelo atmico de Thomson tambin explicaba la electrizacin positiva o negativa de la materia, mediante la prdida o ganancia de electrones. As, por ejemplo, cuando un tomo perda un electrn de su superficie, ste quedaba cargado elctricamente con una carga positiva. Anlogamente, si un tomo ganaba electrones, entonces quedaba cargado negativamente. A los tomos con carga positiva se les denomin cationes (porque son atrados por el ctodo o polo negativo) y a los tomos con carga negativa aniones (porque son atrados por el nodo o polo positivo).
Basndose en los resultados obtenidos en sus experimentos, Rutherford estableci el llamado modelo atmico de Rutherford o modelo atmico nuclear. El tomo est formado por dos partes: ncleo y corteza: El ncleo es la parte central del tomo. Tiene un tamao muy pequeo, y en l se encuentra toda la carga positiva, y prcticamente toda la masa del tomo. En la experiencia de Rutherford, el ncleo es el responsable de las partculas alfa rebotadas, mientras que su carga positiva explica la desviacin de las partculas alfa (tambin con carga positiva). La corteza es casi un espacio vaco, inmenso en relacin con las dimensiones del ncleo. Eso explica que la mayor parte de las partculas alfa atraviesan la lmina de oro sin desviarse. Aqu se encuentran los electrones, de masa mucho ms pequea que el ncleo y carga negativa, y estn orbitando alrededor del ncleo. Los electrones estn ligados al ncleo por la atraccin elctrica entre cargas de signo contrario.
Ms adelante, los trabajos del fsico ingls Moseley condujeron a la hiptesis (y posterior confirmacin), de la existencia de partculas con carga positiva del mismo valor que la del electrn, pero de mucha mayor masa, en el ncleo de los tomos, a las que se dio el nombre de protones. Como la carga de protones y electrones es de igual magnitud pero contraria, se dedujo que en los tomos de la materia neutra el nmero de protones deba ser igual al nmero de electrones. Sin embargo, los estudios revelaron que la suma de las masas de protones y electrones no coincida con la masa total del tomo. Rutherford propondra la existencia de otra partcula en el ncleo que tendra una masa similar a la del protn, pero que carecera de carga, por lo que la denomin neutrn. La evidencia experimental de esta partcula no se tuvo hasta 1932 con los experimentos de Chadwick. As pues, en el ncleo de los tomos se encuentran los protones y neutrones, mientras que en la corteza, y orbitando en torno al ncleo, se encuentran los electrones.
ATMICO
DE
El modelo atmico de Rutherford adolece de ciertas inconsistencias, que es incapaz de explicar: a) El modelo es inestable: las leyes de la fsica clsica establecen que una carga en movimiento emite continuamente radiaciones electromagnticas que implican prdida de energa. Como el electrn gira alrededor del ncleo, debera perder energa por emisin de radiacin, lo que hara que fuese aproximndose cada vez ms al ncleo, hasta caer sobre l. El tomo se destruira.
Para explicar tales contradicciones, el fsico alemn Niels Bohr propone su modelo atmico. Bohr consideraba que las diferentes propiedades qumicas de los tomos no se pueden atribuir exclusivamente al nmero de protones presentes en el ncleo (o anlogamente, al nmero de electrones de la corteza), sino que dichas propiedades qumicas vendran fuertemente determinadas por la "organizacin" de los electrones en torno al ncleo del tomo. El modelo atmico de Bohr supone que los electrones pueden giran alrededor del ncleo nicamente en ciertas rbitas concretas de radios determinados, denominadas rbitas permitidas. En tales rbitas estacionarias el electrn no emite energa y se encuentra estable (ya que la energa cintica del electrn compensa exactamente la atraccin electrosttica entre las cargas opuestas de ncleo y electrn).
Los electrones solo pueden tomar los valores de energa correspondientes a dichas rbitas, llamados niveles de energa. Los saltos de los electrones desde niveles de mayor energa a otros de menor energa, y viceversa, suponen una emisin o una absorcin de energa electromagntica (fotones de luz), respectivamente. Ello explica los espectros discontinuos de emisin y absorcin de luz de los tomos, donde cada lnea del espectro es un posible salto de un nivel energtico a otro.
La distribucin de los electrones en las diferentes rbitas permitidas se denomina configuracin electrnica. Los electrones se organizan en rbitas concretas, tendiendo a ocupar preferentemente las capas inferiores (de menor energa y ms estables) y despus las superiores (con ms energa, y menos estables). Cada rbita slo puede alojar un nmero mximo de electrones, de forma que las rbitas se van ocupando una vez la rbita inmediatamente inferior se ha completado. A los electrones que estn situados en la ltima capa se les denomina electrones de valencia, y al nivel que ocupan capa de valencia. Estos electrones son los responsables de las propiedades qumicas de las sustancias .
Representacin de las rbitas permitidas de Bohr para los tomos de sodio (11 e-), fsforo (15 e-) y oxgeno (8 e-). La primera capa admite un mximo de 2 electrones, la segunda capa 8 electrones, la tercera 18 electrones, etc.