Embed Size (px)
Citation preview
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA EXPERIMENTAL LIBERTADOR
INSTITUTO PEDAGÓGICO DE CARACAS
DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA Y QUÍMICA
CÁTEDRA DE QUÍMICA GENERAL
Profesora
Arismar Monzón
TEORIA ATÓMICA
Caracas, mayo de 2011
¿ La materia será
infinitamente indivisible?
Leucipo de Mileto (450-370 a.C.)Leucipo de Mileto (450Leucipo de Mileto (450--370 a.C.)370 a.C.)
Filósofo griego, que se conoce
muy poco de su vida. Ninguno
de sus escritos ha perdurado. Es
reconocido como creador de la
teoría atómica de la materia,
más tarde desarrollada por su
principal discípulo, el filósofo
griego Demócrito. Según esta
teoría, toda materia está
formada por partículas idénticas
e indivisibles.
Demócrito (460 a.C.-370 a.C.)DemDemóócritocrito (460 a.C.(460 a.C.--370 370 a.Ca.C.).)
Filósofo griego que desarrolló la teoría
atómica del universo, planteaba que
todas las cosas están compuestas de
partículas diminutas, invisibles e
indestructibles de materia pura y estas
se mueven por la eternidad en un
infinito espacio vacío. Demócrito
consideraba la creación de mundos
como la consecuencia natural del
incesante movimiento giratorio de los
átomos en el espacio. Los átomos
chocan y giran, formando grandes
agregaciones de materia.
Epicuro (341 a.C.-270 a.C.)Epicuro (341 a.C.Epicuro (341 a.C.--270 a.C.)270 a.C.)
Epicuro consideró que el universo
era infinito y eterno y que consistía
sólo en cuerpos y espacio. Consideró
que los cuerpos, algunos son
compuestos y otros son átomos, o
indivisibles, elementos estables de
los que están formados los
compuestos. Sugirió que incluso los
átomos son libres y se mueven de
cuando en cuando con total
espontaneidad; su idea se asemeja al
principio de incertidumbre de la
mecánica cuántica.
Todas las ideas de Leucipo, Demócrito y Epicuro fueron
rechazadas durante 2000 años, por la falta de pruebas
experimentales.
John Dalton (1766-1844)JohnJohn Dalton (1766Dalton (1766--1844)1844)
Químico y Físico que formuló por primera vez en 1803, la piedra angular de la ciencia física moderna, llegó a su teoría atómica a través del estudio de las propiedades físicas del aire atmosférico y de otros gases. Los postulados básicos de esta teoría atómica son:
1.La materia está dividida en unas partículas indivisibles e inalterables, que se denominan átomos.
2.Todos los átomos de un mismo elemento son idénticos entre sí (presentan igual masa e iguales propiedades).
3. Los átomos de distintos elementos tienen distinta masa y distintas propiedades.
4. Los compuestos se forman cuando los átomos se unen entre sí, en una relación constante y sencilla.
Modelo Atómico de DaltonModelo AtModelo Atóómico de Daltonmico de Dalton
El hombre empezó a pensar en las propiedades del átomo y a investigar sus características
Faraday Michael (1791-1867) “Electrólisis” 1934
Faraday Michael (1791Faraday Michael (1791--1867) 1867) ““ElectrElectróólisislisis”” 1934 1934
Realizó experimentos en el campo de la electricidad. En 1831 descubrió la inducción electromagnética, y el mismo año demostró la inducción de una corriente eléctrica por otra. Investigó los fenómenos de la electrólisis y descubrió dos leyes fundamentales. El átomo es de naturaleza eléctrica 1834.
George Johnstone Stoney“Concepto de electrón” 1891George George JohnstoneJohnstone StoneyStoney““Concepto de electrConcepto de electróónn”” 18911891
Stoney también dio interpretaciones sobre el escape de hidrógeno y helio del campo de gravedad de la tierra y denominó en 1891 a la unidad fundamental de transporte de electricidad observada por Faraday “electrón”. El electrón era una partícula subatómica 1891
9
Thomson Sir Joseph John (1856-1940)“Determinación e/m”1906
Thomson Sir Joseph John (1856Thomson Sir Joseph John (1856--1940)1940)““DeterminaciDeterminacióón e/mn e/m””19061906
En 1906 Thomson recibió el Premio Nobel de Física por su trabajo sobre la conducción de la electricidad a través de los gases. Se le considera el descubridor del electrón por sus experimentos con el flujo de partículas (electrones) que componen los rayos catódicos.
10
Thomson Sir Joseph John (1856-1940)“Determinación e/m”1906
Thomson Sir Joseph John (1856Thomson Sir Joseph John (1856--1940)1940)““DeterminaciDeterminacióón e/mn e/m””19061906
10
Millikan Robert Andrews (1868-1953)“Determinación -e"
MillikanMillikan Robert Andrews (1868Robert Andrews (1868--1953)1953)““DeterminaciDeterminacióónn --e"e"
En 1923 le fue concedido el
Premio Nobel de Física por
los experimentos que le
permitieron medir la carga de
un electrón, comprobando
que la carga eléctrica
solamente existe como
múltiplo de esa carga
elemental.
Modelo atómico de Thomson (1898)Modelo atModelo atóómico de Thomson (1898)mico de Thomson (1898)
Thomson elaboró en 1897 la
teoría del pudín de ciruelas
de la estructura atómica, en
la que sostenía que los
electrones eran como
'ciruelas' negativas
incrustadas en un 'pudín' de
materia positiva elemental.
Rutherford Nelson, Lord Ernest (1871-1937)Rutherford Nelson, Lord Ernest Rutherford Nelson, Lord Ernest (1871(1871--1937)1937)
Identificó los tres componentes principales de la radiación y los denominó rayos alfa, beta y gamma. Las partículas alfa empleadas muy rápidas y con carga positiva, se desviaban con claridad al atravesar una capa muy fina de materia.
“Modelo Atómico de Rutherford” 1911““Modelo AtModelo Atóómico de Rutherfordmico de Rutherford”” 19111911
Para explicar este efecto era
necesario un modelo atómico con
un núcleo central pesado y
cargado positivamente que
provocara la dispersión de las
partículas alfa. Sugirió que la
carga positiva del átomo estaba
concentrada en un núcleo
estacionario de gran masa,
mientras que los electrones
negativos se movían en órbitas
alrededor del núcleo, ligadas por
la atracción eléctrica entre
cargas opuestas.
Chadwick Descubrimiento del neutron 1932
Chadwick Descubrimiento del neutron 1932
Después del experimento de Rutherford, se pensaba que en los núcleos atómicos deberían de existir, además de los protones y otras partículas sin carga eléctrica. Esta
especulación estaba basada en el hecho de que la masa de los átomos de hidrógeno era aproximadamente la suma de las masas del electrón y el protón. Sin embargo, la masa de todos los demás átomos es mayor que la suma de las masas sus protones más sus electrones. El 27 de febrero de 1932, Chadwick (que había sido alumno de Rutherford) reportó sus
resultados, interpretándolos como evidencia de la nueva partícula neutra a la que se le llamó
NEUTRÓN.
Evidencias de la existencia de átomos
Es el movimiento aleatorio que se observa en algunas partículas microscópicas que se hallan en un medio fluido, debido al
bombardeo de la superficie a escala atómica, dicho bombardeo no es uniforme y sufre variaciones estadísticas importantes.
Ejemplo: difusión y ósmosis
Movimiento BrownianoMovimiento BrownianoMovimiento Browniano
El microscopio de barrido “efecto túnel” (STM), forma parte de los instrumentos llamados 'nanoscopios' ya que posibilitan la visualización de objetos del tamaño de nanómetros (10-9 metros) y aún menores.El STM fue inventado en 1981 por Binning y Röhrer, (IBM, Zurich) los cuales fueron galardonados con el Premio Nobel de Física en 1986.
El objeto más afilado elaborado jamás es una aguja de tungsteno que se estrecha hasta alcanzar el grosor de un solo átomo. Esta imagen fue tomada por un microscopio de iones en campo (FIM). Las pequeñas formas redondeadas son átomos individuales. Las formas más alargadas y de color más claro son rastros capturados a medida que los átomos se movían durante el proceso de visualizado (aprox. 1 segundo).
Manipulación de átomos individuales usando un microscopio túnel de barrido (STM), se logran ubicar átomos de hierro sobre una superficie de cobre formando un corral circular o elíptico, de 10 nm. De esta forma pudo verse de forma evidente la naturaleza ondulatoria cuántica de los electrones del cobre que quedaron “atrapados” o confinados en el interior del corral: de la misma forma en que se producen ondas estacionarias en un tanque de agua, las ondas de estos electrones interfieren entre sí y forman máximos y mínimos sobre la superficie.
Hoja de grafito suspendida, se evidencian los átomos individuales de carbono. (Crédito: Departamento de Energía de EE.UU. del Lawrence Berkeley National Laboratory)
Bacteria E. coli. Nanofilamentos hidrófobos en la superficie de una hoja de Loto.
El estudio cuántico de la teoría atómica
Bohr Niels (1885-1962)Bohr Niels (1885-1962)
Niels Henrik David Bohr fue un físico
danés que realizó importantes
contribuciones para la comprensión de
la estructura del átomo y la mecánica
cuántica. Entre sus reconocimientos
destaca Premio Nobel de Física a su
instituto por sus trabajos sobre la
estructura atómica y la radiación. El
premio Átomos para la Paz, en 1958.
El elemento químico Bohrio se llamó
así en su honor, así como el asteroide
(3948) Bohr descubierto por Poul
Jensen en septiembre de 1985
Bohr Niels (1885-1962)Modelo Atómico de Bohr” 1913
Bohr Niels (1885-1962)Modelo Atómico de Bohr” 1913
El modelo de Bohr establece que un átomo emite radiación electromagnética sólo cuando un electrón del átomo salta de un nivel cuántico a otro. Este modelo contribuyó enormemente al desarrollo de la física atómica teórica. El modelo
de Böhr permitió explicar adecuadamente el espectro del átomo de hidrógeno, pero fallaba al intentar
aplicarlo a átomos polielectrónicos y al intentar justificar el enlace químico, y una mezcla un tanto confusa de
mecánica clásica y mecánica cuántica.
Bohr Niels (1885-1962)Modelo Atómico de Bohr” 1913
Bohr Niels (1885-1962)Modelo Atómico de Bohr” 1913
“Modelo atómico de Bohr-Sommerfeld” (1916)
“Modelo atómico de Bohr-Sommerfeld” (1916)
El modelo de Bohr no explicaba las líneas adicionales encontradas a alta resolución ni los desdoblamientos adicionales cuando el átomo era colocado en un campo magnético
(Efecto Zeeman).En 1916 Sommerfeld consideró que el núcleo no permanecía en reposo debido a que su masa no era
infinitamente grande (1836 veces mayor a la debida al electrón). Asumióentonces el concepto de órbitas
elípticas. Aunque el modelo de Bohr se amplió y perfeccionó por Sommerfeld, no podía explicar los fenómenos observados en átomos con más de un electrón
Algunas líneas de
la emisión del
átomo de H.
Líneas a
mayor
resolución.
Líneas frente a un
campo
magnético.
Aparición de
dobletes
adicionales.
Números CuánticosNúmeros Cuánticos
Conclusión: Así como las misses se caracterizan por las medidas de busto, cintura y cadera, los números cuánticos son necesarios para describir el estado electrónico del átomo de hidrógeno y para entender su espectro de
emisión.
±1/2sNúmero cuántico de spin
-l ...0....+lmNúmero cuántico magnético
0, 1,...(n-1)lNumero cuántico azimutal
1, 2, 3...nNúmero cuántico principal
ValoresSímboloNombre
De Broglie Louis Victor (1892-1987)“Ecuación de De Broglie” 1924
De Broglie Louis Victor (1892-1987)“Ecuación de De Broglie” 1924
Trató de racionalizar la doble
naturaleza de la materia y la
energía, comprobando que las dos
están compuestas de corpúsculos y
tienen propiedades ondulatorias
(dualidad onda-corpúsculo). Por su
descubrimiento de la naturaleza
ondulatoria de los electrones (1924),
recibió el Premio Nobel de Física en
1929.
De Broglie Louis Victor (1892-1987)“Ecuación de De Broglie” 1924
De Broglie Louis Victor (1892-1987)“Ecuación de De Broglie” 1924
Teoría mecano-cuántica de Schrodinger (1926)
Teoría mecano-cuántica de Schrodinger (1926)
Fue un físico austríaco, nacionalizado
irlandés, que realizó importantes
contribuciones en los campos de la
mecánica cuántica y la termodinámica.
Recibió el Premio Nobel de Física en
1933 por haber desarrollado la ecuación
de Schrödinger.
El aporte más importante de
Schrödinger a la física fue el desarrollo
de una rigurosa descripción matemática
de las ondas estacionarias discretas que
describen la distribución de los
electrones dentro del átomo.
Teoría mecano-cuántica de Schrodinger (1926)
Teoría mecano-cuántica de Schrodinger (1926)
Principio de incertidumbre de Heisenberg (1927).
Principio de incertidumbre de Heisenberg (1927).
En mecánica cuántica, principio que afirma que es imposible medir simultáneamente de forma precisa la posición y el momento lineal de una partícula, por ejemplo, un electrón. El principio, también conocido como principio de indeterminación, afirma igualmente que si se determina con mayor precisión una de las cantidades se perderá precisión en la medida de la otra, y que el producto de ambas incertidumbres nunca puede ser menor que la constante de Planck.
Teoría Estándar de la MateriaTeoría Estándar de la Materia
