04 %c1tomo

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Published on May 24, 2014

Author: vicenteboniello

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EL ÁTOMOEL ÁTOMO

2 Contenidos (1)Contenidos (1) 1.-1.-      Antecedentes históricos.Antecedentes históricos. 2.-2.-      Partículas subatómicas.Partículas subatómicas. 3.-3.-      Modelo atómico de Thomsom.Modelo atómico de Thomsom. 4.-4.-      Los rayos X.Los rayos X. 5.-5.-      La radiactividad.La radiactividad. 6.-6.-      Modelo atómico de Rutherford.Modelo atómico de Rutherford.

3 Contenidos (2)Contenidos (2) 7.-7.-      Radiación electromagnética.Radiación electromagnética. 8.-8.-      Espectros atómicos.Espectros atómicos. 9.-9.-      Número atómico y número másico.Número atómico y número másico. 9.1.9.1. Cálculo de masas atómicas a partir de %Cálculo de masas atómicas a partir de % de cada isótopo.de cada isótopo. 9.2.9.2. Cálculo del % de cada isótopo a partir deCálculo del % de cada isótopo a partir de la masa atómica.la masa atómica.

4 Antecedentes históricosAntecedentes históricos  Leucipo y Demócrito.Leucipo y Demócrito.  Discontinuidad de la materia.Discontinuidad de la materia.  Dalton.Dalton.  Teoría atómicaTeoría atómica  Volta, Davy, Faraday,Volta, Davy, Faraday, Berzelius.Berzelius.  Naturaleza eléctrica de la materia.Naturaleza eléctrica de la materia.  Thomsom/MillikanThomsom/Millikan  Descubrimiento del electrónDescubrimiento del electrón

5 Modelos atómicosModelos atómicos • Dalton. (no es propiamente un modelo)Dalton. (no es propiamente un modelo) • Thomsom.Thomsom. – Cargas negativas incrustadas en un núcleoCargas negativas incrustadas en un núcleo positivo.positivo. • Rutherford.Rutherford. – El átomo está hueco. La masa y la cargaEl átomo está hueco. La masa y la carga positiva está concentrada en el núcleo.positiva está concentrada en el núcleo. Fuera estásn los electrones negativos.Fuera estásn los electrones negativos. • Bohr.Bohr.

7 Descubrimiento del electrón (1897).Descubrimiento del electrón (1897). • Al someter a un gas a baja presión a un voltajeAl someter a un gas a baja presión a un voltaje elevado, este emitía unas radiaciones que seelevado, este emitía unas radiaciones que se conocieron como rayos catódicos.conocieron como rayos catódicos. • Se observó que los rayos catódicos eran partículasSe observó que los rayos catódicos eran partículas negativas (se desviaban hacia el polo positivo de unnegativas (se desviaban hacia el polo positivo de un campo eléctrico) con gran energía cinética.campo eléctrico) con gran energía cinética. • La relación carga/masa de los rayos catódicos es laLa relación carga/masa de los rayos catódicos es la misma independientemente del gas del que proceda.misma independientemente del gas del que proceda. • Se supuso que estas partículas deberían estar enSe supuso que estas partículas deberían estar en todos los átomos. Thomson las llamó “electrones”.todos los átomos. Thomson las llamó “electrones”.

8 Descubrimiento del protón (1914).Descubrimiento del protón (1914). • Utilizando cátodos perforados, en tubos de descargaUtilizando cátodos perforados, en tubos de descarga además de los rayos catódicos, Goldstein descubrió unosademás de los rayos catódicos, Goldstein descubrió unos rayos positivos procedentes del ánodo que llamó rayosrayos positivos procedentes del ánodo que llamó rayos anódicos o canales.anódicos o canales. • La relación carga/masa de los rayos canales no es laLa relación carga/masa de los rayos canales no es la misma sino que depende del gas del que proceda. Enmisma sino que depende del gas del que proceda. En cualquier caso, la masa era muy superior a la de loscualquier caso, la masa era muy superior a la de los electrones.electrones. • Se llamó “protón” a la partícula positiva procedente delSe llamó “protón” a la partícula positiva procedente del gas más ligero (el hidrógeno), cuya carga coincidíagas más ligero (el hidrógeno), cuya carga coincidía exactamente con la del electrón.exactamente con la del electrón. • Las cargas de otros rayos canales eran múltiplos de la delLas cargas de otros rayos canales eran múltiplos de la del protón, por lo que supuso que deberían ser partículas conprotón, por lo que supuso que deberían ser partículas con varios protones unidos.varios protones unidos.

10 Descubrimiento del neutrón (1932).Descubrimiento del neutrón (1932). • Rutheford observó que la suma de las masasRutheford observó que la suma de las masas de los protones y la de los electrones de unde los protones y la de los electrones de un determinado átomo no coincidía con la masadeterminado átomo no coincidía con la masa atómica por lo que postulo la existencia deatómica por lo que postulo la existencia de otra partícula queotra partícula que – Careciera de carga eléctrica.Careciera de carga eléctrica. – Poseyera una masa similar a la del protón.Poseyera una masa similar a la del protón. – Estuviera situada en el núcleo.Estuviera situada en el núcleo. • En las primeras reacciones nuclearesEn las primeras reacciones nucleares Chadwick detectó esta partícula y laChadwick detectó esta partícula y la denominó “neutrón”.denominó “neutrón”.

11 Partículas átomicasPartículas átomicas fundamentales.fundamentales. Carga (C) Masa (kg) protón 1’6021 x 10-19 1’6725 x 10-27 neutrón 0 1’6748 x 10-27 electrón –1’6021 x 10-19 9’1091 x 10-31

12 Rayos XRayos X (Roëntgen 1895)(Roëntgen 1895) • Se producen junto con los rayos catódicos.Se producen junto con los rayos catódicos. • No poseen carga ya que no se desvían alNo poseen carga ya que no se desvían al pasar por campos magnéticos.pasar por campos magnéticos. • Tienen gran poder penetrante (atraviesanTienen gran poder penetrante (atraviesan con facilidad las vísceras, no así loscon facilidad las vísceras, no así los huesos) e impresionan placas fotográficas.huesos) e impresionan placas fotográficas. • Viajan a la velocidad de la luz.Viajan a la velocidad de la luz. • Ionizan los gases.Ionizan los gases.

13 RadiactividadRadiactividad (Becquerel(Becquerel 1896)1896) • Son radiaciones similares a los rayos X peroSon radiaciones similares a los rayos X pero emitidas espontáneamente por algunasemitidas espontáneamente por algunas sustancias (uranio).sustancias (uranio). • Muy ionizantes y penetrantes.Muy ionizantes y penetrantes. • Pueden ser de varios tipos:Pueden ser de varios tipos: – RayosRayos αα (núcleos de He: carga = +2; masa= 4 u)(núcleos de He: carga = +2; masa= 4 u) – RayosRayos ββ (son cargas negativas procedentes del(son cargas negativas procedentes del núcleo por descomposición de un neutrón ennúcleo por descomposición de un neutrón en protón + electrón).protón + electrón). – RayosRayos γγ (radiaciones electromagnéticas de alta(radiaciones electromagnéticas de alta frecuencia)frecuencia) masa penetración

14 Radiación electromagnéticaRadiación electromagnética (Maxwell 1864).(Maxwell 1864). • La energía desprendida de los átomos seLa energía desprendida de los átomos se transmite como ondas electromagnéticastransmite como ondas electromagnéticas (valores fluctuantes del valor del campo(valores fluctuantes del valor del campo eléctrico y campo magnético).eléctrico y campo magnético). • Se caracterizan por una determinada longitudSe caracterizan por una determinada longitud de onda “de onda “λλ” o por su frecuencia “” o por su frecuencia “νν”.”. ((λλ ·· νν = c) (c = 300.000 km/s).= c) (c = 300.000 km/s). • La frecuencia se mide, pues, en sLa frecuencia se mide, pues, en s–1–1 (herzios)(herzios) • No necesitan para propagarse medio material.No necesitan para propagarse medio material.

15 Tipos de radiacionesTipos de radiaciones electromagnéticas segúnelectromagnéticas según λλ.. • RayosRayos γγ • Rayos XRayos X • Rayos UVRayos UV • Radiación visible.Radiación visible. • Rayos IRRayos IR • MicroondasMicroondas • Ondas de radioOndas de radio • Ondas de radar • Ondas de TV. • Onda ultracorta • Onda corta. • Onda media. • Onda larga λ

16 Espectro electromagnético.Espectro electromagnético. • Es el conjunto de radiaciones electromagnéticasEs el conjunto de radiaciones electromagnéticas que emite o absorbe una sustancia o fuente deque emite o absorbe una sustancia o fuente de energía.energía.

17 Radiación electromagnéticaRadiación electromagnética (continuación).(continuación). • La emisión de energía aumenta con la Temperatura.La emisión de energía aumenta con la Temperatura. • La energía está cuantizada (como la materia)La energía está cuantizada (como la materia) E = h ·E = h ·νν (fórmula Planck) (h = 6,625 ·10(fórmula Planck) (h = 6,625 ·10–34–34 J ·s)J ·s) • La materia también absorbe cuantos de energíaLa materia también absorbe cuantos de energía (fotones).(fotones). • La luz se comporta a veces como onda (reflexión) yLa luz se comporta a veces como onda (reflexión) y a veces como corpúsculo (efecto fotoeléctrico).a veces como corpúsculo (efecto fotoeléctrico). • De Broglie establece la dualidad onda-corpúsculo.De Broglie establece la dualidad onda-corpúsculo.

18 Frecuencia umbralFrecuencia umbral • La frecuencia mínima para extraer un electrón de unLa frecuencia mínima para extraer un electrón de un átomo (efecto fotoedeléctrico) se denominaátomo (efecto fotoedeléctrico) se denomina frecuencia umbralfrecuencia umbral ““ννumbralumbral” ((ννumbralumbral = E= Eionizaciónionización/h)./h). • Si se suministra una radiación de mayor frecuencia,Si se suministra una radiación de mayor frecuencia, el resto de la energía se transforma en energíael resto de la energía se transforma en energía cinética del electrón:cinética del electrón: • Ecinética = ½ m v2 = h νν – E– Eionizaciónionización = h (νν –– ννumbralumbral)

19 Ejemplo:Ejemplo: Calcula la energía de un fotón deCalcula la energía de un fotón de rayos X cuya longitud de onda es de 0,6rayos X cuya longitud de onda es de 0,6 nm.nm. (h = 6,625 · 10(h = 6,625 · 10–34–34 J · s)J · s) c 3 ·10c 3 ·1088 m/sm/s νν = — = ——————— = 5 ·10= — = ——————— = 5 ·101717 ss–1–1 λλ 0,6 ·100,6 ·10–9–9 mm E = h ·E = h · νν == 6,625 · 106,625 · 10–34–34 J s · 5 ·10J s · 5 ·101717 ss–1–1 = 33,125 · 10= 33,125 · 10–17–17 JJ == 3´3125 · 103´3125 · 10–16–16 JJ

20 Espectros atómicosEspectros atómicos • Es la imagen después de ser dispersadaEs la imagen después de ser dispersada por un prisma del conjunto de radiacionespor un prisma del conjunto de radiaciones que emite una sustancia.que emite una sustancia. • El espectro es característico de unaEl espectro es característico de una determinada sustancia y normalmente sirvedeterminada sustancia y normalmente sirve para identificarla.para identificarla. • Se obtiene mediante el espectroscopio.Se obtiene mediante el espectroscopio. • Puede ser: de emisión y de absorciónPuede ser: de emisión y de absorción

23 Espectro de emisión Espectro de absorción

24 Modelo de BohrModelo de Bohr .. • Los electrones giran alrededor del núcleoLos electrones giran alrededor del núcleo únicamente en órbitas permitidas (radiosúnicamente en órbitas permitidas (radios cuantizados).cuantizados). • Cada línea espectral se correspondería conCada línea espectral se correspondería con un salto de una órbita a otra para lo cualun salto de una órbita a otra para lo cual precisa una cantidad exacta de energíaprecisa una cantidad exacta de energía que se corresponde con una determinadaque se corresponde con una determinada frecuencia.frecuencia. • La energía absorbida por un electrón alLa energía absorbida por un electrón al pasar a un nivel superior (átomo excitado)pasar a un nivel superior (átomo excitado) es la misma que emite cuando vuelve a sues la misma que emite cuando vuelve a su orbital.orbital.

25

26 Número atómico y númeroNúmero atómico y número másico.másico. • Número atómicoNúmero atómico (Z):(Z): es el número dees el número de protones que tiene un átomo. Es distinto paraprotones que tiene un átomo. Es distinto para cada elemento.cada elemento. • IsótoposIsótopos:: son átomos del mismo elemento queson átomos del mismo elemento que difieren en el nº de neutrones (N).difieren en el nº de neutrones (N). • Número másicoNúmero másico (A):(A): es la suma de protoneses la suma de protones y neutrones de un núcleo atómico. (A = Z + N)y neutrones de un núcleo atómico. (A = Z + N) • Símbolo.Símbolo. Ejemplo: ClEjemplo: Cl AA ZZ 3737 1717 REPASOREPASO

27 Masa atómicaMasa atómica • Es la media ponderal (teniendo enEs la media ponderal (teniendo en cuenta el % en que está cada uno) de lacuenta el % en que está cada uno) de la masa de cada uno de los isótopos de unmasa de cada uno de los isótopos de un elemento.elemento. • Se mide en UMAs (u) (doceava parte deSe mide en UMAs (u) (doceava parte de la masa della masa del 1212 C.C. • 1 u = 1,66 ·101 u = 1,66 ·10–24–24 g (1/6,023 ·10g (1/6,023 ·102323 )) = 1,66 ·10= 1,66 ·10–27–27 kgkg

28 Ejemplo:Ejemplo: El neón es un elemento químicoEl neón es un elemento químico de Z=10. En la naturaleza se encuentrade Z=10. En la naturaleza se encuentra tres isótopos de masas atómicas 19,99,tres isótopos de masas atómicas 19,99, 20,99 y 21,99 UMAs. Si sus proporciones20,99 y 21,99 UMAs. Si sus proporciones respectivas son del 90,92 %. 0,26 % yrespectivas son del 90,92 %. 0,26 % y 8,82 % calcula la masa atómica en UMAs y8,82 % calcula la masa atómica en UMAs y kg.kg. (90,92 ·19,99 +0,26 ·20,99 + 8,82 ·21,99)UMA(90,92 ·19,99 +0,26 ·20,99 + 8,82 ·21,99)UMA ———————————————————————————————————————————— — =— = 100100 == 20,17 UMAs20,17 UMAs ·· 1,66 ·101,66 ·10–27–27 kg/UMA =kg/UMA = == 3,348 · 103,348 · 10–26–26 kgkg

29 Ejemplo:Ejemplo: La masa atómica del cloro esLa masa atómica del cloro es 35,45 UMAs. Si tiene dos isótopos,35,45 UMAs. Si tiene dos isótopos, 3535 ClCl yy 3737 Cl, de masas 34,97 y 36,93 UMA.Cl, de masas 34,97 y 36,93 UMA. Calcular el % de cada uno de ellosCalcular el % de cada uno de ellos .. 34,97 UMA x +36,93 · (100 – x)34,97 UMA x +36,93 · (100 – x) 35,45 UMA = ———————————————35,45 UMA = ——————————————— == 100100 De donde X =De donde X = 75,51 % del isótopo75,51 % del isótopo 3535 ClCl 24,49 % del isótopo24,49 % del isótopo 3737 ClCl

30 Masa molecularMasa molecular • Es la suma de las masas atómicas.Es la suma de las masas atómicas. Ejemplo:Ejemplo: Calcula la masa molecular del carbonato deCalcula la masa molecular del carbonato de calcio (CaCOcalcio (CaCO33 ). Expresa la masa molecular en unida-). Expresa la masa molecular en unida- des de masa atómica y en unidades S.I. ¿En quédes de masa atómica y en unidades S.I. ¿En qué unidades se expresa la masa molecular relativa?unidades se expresa la masa molecular relativa? MMatat(Ca) =40,08 u. M(Ca) =40,08 u. Matat(C) =12,011 u. M(C) =12,011 u. Matat(O)=15,9994 u. 1(O)=15,9994 u. 1 u =u = 1,6605 · 101,6605 · 10–27–27 kg.kg. • M (CaCOM (CaCO33)= 1 · M)= 1 · Matat (Ca) + 1 · M(Ca) + 1 · Matat(C) + 3 · M(C) + 3 · Matat (O) =(O) = 40,08 u +12,011 u + 3 · 15,9994 u =40,08 u +12,011 u + 3 · 15,9994 u = • == 100,09 u100,09 u • 100,09 u ·(1,6605 · 10100,09 u ·(1,6605 · 10–27–27 kg/u)kg/u) = 1,6612 ·101,6612 ·10–25–25 kgkg

31Ejercicio:Ejercicio: ¿ Cuántas moléculas de Cl2 hay en 12 g de cloro molecular?. Si todas las moléculas de Cl2 se disociaran para dar átomos de cloro, ¿ Cuántos átomos de cloro atómico se obtendrían? La masa molecular de Cl2 es 35,45u · 2 =70,9 u. Luego un mol de Cl2 son 70,9 g. En los 12 g de Cl2 hay: m 12 g n =  =  = 0,169 moles de Cl2 M 70,9 g/mol Teniendo en cuenta que en un mol 6,02 · 1023 moléc. 0,169 moles contienen: 0,169 moles · 6,02 ·1023 moléculas/mol = = 1,017 · 101,017 · 102323 moléculas Clmoléculas Cl22 2 át. Cl 1,017·1023 moléc. Cl2 ·  = 2,034·102,034·102323 át. Clát. Cl moléc. Cl2

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