Download Atomos - Docentes

El hombre se ha preguntado desde
hace mucho tiempo,
tiempo
”¿De qué está hecho el mundo?"
y
”¿Qué lo mantiene unido?"
En
la antigüedad
En la antigüedad
De Grecia heredamos el anelo de explicar
racionalmente el mundo. Opuesto a la
aproximación animista o sobrenatural.
sobrenatural
En la Grecia antigüa, algunos pensaban que
todas las cosas del mundo estaban compuestas
por cuatro elementos:
Tierra (sólidos)
Agua (Líquidos)
Aire (gases )
Fuego
uego ((?))
Eter
(Cuerpos Celestes)
Hoy sabemos que el mundo está hecho de Atomos
hecho de Atomos
9 Democritus (400 AC)
átomo (del latín atomum, y éste del griego ατομον, (
,y
g g ατομον,
indivisible) es la unidad más pequeña
La idea atómica de Dalton
John Dalton, 1766-1844
Fracción del texto original en el Fracción
del texto original en el
que Dalton explica las reacciones químicas suponiendo que la materia está formada por átomos
http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0280-01/Daltonholton.html
John Dalton, 1766-1844
La idea atómica de Dalton
LLa suposicion
i i
d l griegos
delos
i
d que la
de
l materia
i
estaba compuesta por atomos tiene una
formulacion cientifica despues dela representacion
atomica de la leyy de las p
proporciones
p
sencillas y
multiples de Dalton.
Cuando imaginamos objetos, no es fácil pensar en
una materia q
que no sea continua.
http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0280-01/Daltonholton.html
John Dalton, 1766-1844
La idea atómica de Dalton
EEs dificil
difi il explicar
li
a partir
i de
d una hipotesis
hi
i de
d
continuidad las propiedades de los diferentes
cuerpos y sus transformaciones químicas y físicas.
EEs más
á
fá il suponer una conformacion
fácil
f
i
CORPUSCULAR de la materia, basada en un
conjunto limitado de elementos que se combinan
para formar otros nuevos.
p
http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0280-01/Daltonholton.html
John Dalton, 1766-1844
La idea atómica de Dalton
LA COMPRENSION Y EXPANSION DE LOS GASES SE
EXPLICA SI SE TIENE EN CUENTA QUE ESTA
CONFORMADA POR PARTICULAS SEPARADAS
ENTRE SI:
Pero los gases pueden pasar a un estado sólido o
líquido que son continuos.
Por lo tanto la hipotesis de la estructura
corpuscular debe ser valida en todos los estados
fisicos!!
http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0280-01/Daltonholton.html
John Dalton, 1766-1844
La idea atómica de Dalton
Si tomamos cloruro
l
d sodio
de
di y lo
l disolvemos
di l
en un
vaso: el liquido homogeneo sera diferente del
agua pura! Este fenomeno se explica diciento que
la sal se divide en p
particulas elementales las cuales
son repartidas en las particulas elementales del
agua
Dalton fue uno de los p
primeros fisicos en formular
una teoria atomica CUANTITATIVA que permitiera
predecir y explicar algunos fenomenos químicos
John Dalton, 1766-1844
La idea atómica de Dalton
Un elemento
U
l
se define
d fi porun atomo de
d masa y
dimensiones fijas como el H, He, Cu, etc.
Un cuerpo simple esta formado de átomos
idé ti
idénticos
Un cuerpo compuesto esta formado por átomos
diferentes. Como un cristal de cloruro de sodio o
de oxido de cobre.
cobre
Los átomos de un cuerpo simple o compuesto se
pueden agrupar en agregados.
Las moléculas que se comportan como particulas
independientes (H2, CO2, CH4)
Ley de proporciones
definidas
John Dalton, 1766-1844
Si se mezcla azufre en polvo con limaduras de
hierro
Separación magnética
(a)
(b)
mezcla
Magneto
(c)
Recuperación de hierro
Ley de proporciones
definidas
John Dalton, 1766-1844
Si se mezcla azufre en polvo con limaduras de
hierro
hierro.
Se disuelve el azufre de carbono (en sulfuro de
carbono)
El hierro queda con las mismas propiedades
originales.
(a)
Filter paper
(b)
Fe
(c)
líquido
(d)
vaso
Si se calienta YA NO SE PUEDEN SEPARAR
DE NINGUNA DE LAS DOS MANERAS!!
DE MEZCLA DE SUSTANCIAS SIMPLES SE
TRANSFORMA EN UNA NUEVA SUSTANCIA:
SE DA UNA REACCION O COMBINACION
QUIMICA
(e)
Sulfuro de carbono
John Dalton, 1766-1844
Ley de proporciones
definidas
El experimento muestra que 100g de hierro se
combinan con 57.4
57 4 g de azufre para formar 157.4
157 4 g
de sulfuro de hierro. Si se hace la reaccion son 100
g de hierro y 70 de azufre solo 57.4 g de azufre se
mezclaran:
¿Es verdad que daltonismo viene de Dalton? Sí. Es totalmente cierto. El científico inglés John Dalton (1766‐1844) ‐
primer químico que expuso una teoría atómica cuantitativa de la materia y por lo que, con toda justicia es considerado el Padre de
justicia, es considerado el Padre de la Teoría Atómica de la materia‐ dio nombre a esta enfermedad genética de la retina.
Las masas de hierro y azufre que entran en la
reaccion para producir sulfuro de hierro estan en
una relacion de 0.574 de azufre a 1 de hierro!!!
De la misma manera 2.016 g de H se xombinan con
16 g de oxígeno para producir agua.
La relación entre las masas sera de 1.008 a 8
Ley de proporciones
definidas
Joseph Louis Proust
Angers, 1754‐ id. 1826
Enunció la ley de las proporciones definidas:
Las masas de los elementos de un compuesto químico bien
definido estan en una relación constante.
constante
Si llamamos H el de hidrógeno y O el de oxígeno:
Sean A el número de átomo de H
B el numero de átomos de O
Que estan ligados en el agua como
Ha O b
Una masa M de agua esta constituida de
N moléculas de Ha y Ob
Y se tendrá
M= Nam(H)+Nbm(O) con m(H) m(O) las masas del átomo
d H y de
de
d O respectivamente
ti
t
Joseph Louis Proust
Angers, 1754‐ id. 1826
Ley de proporciones
definidas
m=M/N sera la masa de una molécula de agua
M(HaOb)=am(H)+bm(O)
La ley de Proust afirma que
am(H)/bm(O)=2.016/16
Hay una ecuación con dos incógnitas (a y b)
m(H)/m(O)=a/b (2.016/16)
Dalton escogio a=1 y b=1
La molecula de agua tendrá entonces la composición HO lo
cual era un error, pero la ley de proporciones múliples
mostraba que
M(HaOb)=am(H)+bm(O)
Dando una relacion entre cantidades macrocópicas
Hoy sabemos que el mundo está hecho de Atomos
hecho de Atomos
Con la teoría de Einstein, para el movimiento C
l t í d Ei t i
l
i i t
browniano, Perrin (1908) fue capaz de determinar experimentalmente el número de Avogadro
el número de Avogadro
A partir de ese momento la teoría atómica de la materia fue universalmente aceptada
universalmente aceptada
Bajo la lente de Robert Brown
Robert Brown, botánico escocés, notó algo muy raro bajo su microscópio cuando en 1827 se
microscópio cuando, en 1827, se hallaba estudiando granos de pólen suspendidos en agua.
Robert Brown, 1773 - 1858
Microscopio
Bancks & Sons
Los granos de polen suspendidos en agua se hallaban bajo movimiento continuo, saltando de aquí para allá.
Ese brincoteo perpetuo se llama movimiento se brincoteo perpetuo se llama movimiento
browniano, y se debe a los choques entre los átomos vecinos.
Propiedad eléctrica de la materia
Propiedad eléctrica de la materia
• A
A las propiedades atómicas de la materia hay las propiedades atómicas de la materia hay
que incluir la propiedad eléctrica de la materia.
materia
• Los fenómenos de la electrólisis, la descara de los gases la emisión de portadores de
los gases, la emisión de portadores de electricidad en las sustancias radiactivas y en los metales incandescentes son evidencias
los metales incandescentes son evidencias experimentales de la carga en la materia
La relación entre la representación atómica y las La
relación entre la representación atómica y las
eléctricas se establecen con la siguiente hipótesis:
• Los átomos son construidos por corpúsculos cargados al cual pertenecen los electrones
cargados al cual pertenecen los electrones.
Qué propiedades tienen los corpúsculos
Cómo se ordenan y
Cuantos hay en un átomo
electricidad. Hace 2 500 años el filósofo griego Tales de Mileto descubrió que una barra de ámbar frotada con una piel atrae objetos pequeños como trocitos de papel. Llamó ñ
t it d
l Ll ó
electricidad a la propiedad adquirida por la barra porque ámbar en griego se dice elektron. El fenómeno se observa también en muchos otros materiales como plástico o vidrio y modernamente se llama carga eléctrica a la propiedad que adquieren al frotarlos. La corriente eléctrica que utilizamos diariamente
corriente eléctrica que utilizamos diariamente consta de cargas eléctricas en movimiento, que se producen en formas más eficientes que frotando cuerpos.
Tales de Mileto (c. 625-c. 546 a.C.). Era un comerciante y legislador griego nacido en
Mileto (en la costa Oeste del Asia Menor) o, tal vez, como dice el historiador griego
Heródoto, en alguna ciudad fenicia, hacia el 625 antes de Cristo. Según Heródoto, Tales
fue un estadista práctico que estaba en favor de la federación de ciudades jónicas de
Grecia. Después de su éxito en el mundo de los negocios, Tales lo abandonó para
dedicarse a la filosofía y a las matemáticas.
También fue un gran astrónomo capaz de predecir el eclipse solar del año 585 a.C.,
además de determinar el número exacto de días que tiene el año. Se dice también que
introdujo
j la g
geometría en Grecia.
No sólo fue el primer filósofo, es decir, el primero que, históricamente, intentó explicar el
mundo por causas naturales con los medios de un pensar independiente y adecuado a
la razón,
razón sino que también destacó como astrónomo,
astrónomo como ingeniero y como
matemático (formuló el teorema que todavía hoy lleva su nombre) utilizado para medir
distancias.
S cinco
Son
i
sus tteoremas geométricos:
ét i
Todo diámetro bisecta a la circunferencia
Los ángulos en la base de un triángulo isósceles son iguales
Los ángulos opuestos por el vértice son iguales
Dos triángulos que tienen dos ángulos y un lado respectivamente iguales son
iguales
Todo ángulo inscrito en una semicircunferencia es recto
George Johnstone Stoney
Died 5 Jul 1911 (born 15 Feb 1826) Died
5 Jul 1911 (born 15 Feb 1826)
Irish physicist who introduced the term electron for the fundamental unit of electricity. At the Belfast meeting of the British Association in Aug 1874, in a paper: On the Physical Units of Nature, Stoney called attention to a minimum quantity of electricity. He wrote, "I shall express 'Faraday's Law' in the following terms ... For each chemical Law
in the following terms For each chemical
bond which is ruptured within an electrolyte a certain quantity of electricity traverses the electrolyte which is the same in all cases." Stoney
offered the name electron
ff d h
l
f hi i i
for this minimum electric charge. When J.J. Thomson identified cathode rays as streams of negative particles, each carrying probably Stoney's
y gp
y
y minimum quantity of charge, the name was applied to the particle rather than the quantity of charge.
George Stoney (1874)
Átomos → Unidades de carga ( + )
Unidades de carga ( - )
→ ELECTRON
El experimento que determina la carga fue el de Millikan en 1910
DESCUBRIMIENTO DE LOS RAYOS CATÓDICOS
• 1875
1875 WILLIAN CROOKE WILLIAN CROOKE ESTUDIANDO LA CHISPA QE
SALTA ENTRE DOS ELECTRODOS INTRODUCIDOS EN
UN TUBO DE VIDRIO QUE CONTIENE UN GAS,
OBSERVÓ QUE CUANDO LA PRESIÓN DEL GAS ES
BAJA NO SE PRODUCE CHISPA Y APARECE UNA LUZ
CARACTERÍSTICA DEL GAS.
• SI LA PRESIÓN DEL GAS SE REDUCE AÚN MÁS
DESAPARECE LA LUZ DE COLOR EMITIDA POR EL
GAS Y APARECE UNA DÉBIL FLUORESCENCIA EN LA
PARED DEL TUBO DE VIDRIO FRENTE AL CÁTODO O
ELECTRODO NEGATIVO.
TUBO DE RAYOS CATÓDICOS
Placa perforada
p
Placa perforada
Rayos Catódicos
Œ Se propagan en línea recta
ΠProyectan
y
sombra de cuerpos
p opacos
p
q
que obstruyen
y su
trayectoria
Tienen masa
Œ Mueven hélices livianas.
Œ Los campos eléctricos y magnéticos desvían los rayos
Tienen carga (-)
como lo harían con cargas negativas
ΠSus propiedades son independientes del material del
cátodo
ΠSus propiedades son independientes del gas presente
en el tubo
Son universales
J.J. Thomson (1897)
r
e-
H: intensidad campo magnético
r: radio curvatura producida
e: carga del electrón
m: masa del electrón
v: velocidad del electrón
E: intensidad campo eléctrico
a) Se aplica el campo magnético
Fuerza ejercida por el campo magnético = Hev
Fuerza centrífuga = mv2
Hev = mv2 / r
/r
e / m = v / Hr
b) Luego se aplica el campo eléctrico (Se retorna el haz a la posición
central)
Feléctrica = F magnética
Hev = Ee
e/m = E/H2r
v = E/H
e/m ==-1,759 108C/g
más de 1000
veces mayor que la de cualquier ión.
MODELO ATÓMICO DE THOMSON
Atomo
At
contiene
ti
partículas
tí l más
á pequeñas
ñ de
d carga (-).
()
¾ Como los átomos son neutros, => contienen cargas (+).
¾ Como los electrones eran tan livianos, => masa del átomo se
asocia con (+).
¾ Si (+) contienen la mayor parte de la masa atómica, =>
ocupará la mayor parte del volumen
¾
El átomo es una esfera uniforme de electricidad positiva de
radio
di 10-88 cm con los
l
electrones
l t
d t
dentro
d ella
de
ll en ell
agrupamiento electrostático más estable
Robert A. MILLIKAN (1906‐1914)
Fuerza gravitatoria = Fuerza eléctrica
M g = E.(n.e)
M.g
E (n e) =qE
M: masa de la gota de aceite ; g: aceleración de la gravedad
e: carga del
d l electrón;
l t ó n: número
ú
d
de electrones
l t
en lla gota
t
E: intensidad campo eléctrico
Se deja caer libremente la gota hasta velocidad constante
constante.
velocidad es proporcional al radio de la gota.
Con el volumen de la gota y la densidad del aceite se determina
M (masa de la gota de aceite).
M=ρ.V= ρ 4 π r3
3
Tubo de Rayos Catódicos (atraviesan un cátodo perforado)
F1=qE
Hay una fuerza de “viscocidad” F2=6πηrv
De acuerdo a la polaridad actua una fuerza
Se puede usar el campo para que las partículas caigan o suban.
Eso se ve con un microscopio. Se logran velocidades constantes y
l mido:
las
id
F1
F2
+
F3=mg
+
sube:
4π
r (ρ
3
3
aceite
− ρ ) g − qE − 6πηrv = 0
aire
1
Tubo de Rayos Catódicos (atraviesan un cátodo perforado)
De acuerdo a la polaridad actua una fuerza F1=qE
Hay una fuerza de “viscocidad” F2=6πηrv
Se puede
S
d usar ell campo para que llas partículas
tí l caigan
i
o suban.
b
Eso se ve con un microscopio. Se logran velocidades constantes y
las mido:
+
F2
+
F1
F3=mg
-
Baja:
4π
r (ρ
3
3
aceite
− ρ ) g + qE − 6πηrv = 0
aire
1
Tubo de Rayos Catódicos (atraviesan un cátodo perforado)
De acuerdo a la polaridad actua una fuerza F1=qE
Hay una fuerza de “viscocidad” F2=6πηrv
9π
q=
2E
η (v − v )
(v + v )
g (ρ − ρ )
3
1
2
1
aceite
aire
q = Ne
e = -1,6022 x 10-19 coulombios
mo= 9,10814 x 10-31 kg
La carga está cuantizada
2
Modelo atómico de Rutherford
- Todo átomo está formado por un núcleo
y corteza.
- El núcleo, muy pesado, y de muy pequeño
tamaño, formado por un número de protones
igual al NÚMERO
ATÓMICO, donde se
concentra toda la masa atómica.
atómica
- Existiendo un gran espacio vacío entre el
núcleo y la corteza donde se mueven los
electrones.
l t
El modelo del átomo de RUTHERFORD: con los
protones en el núcleo y los electrones girando
alrededor.
NÚMERO
Ú
ATÓMICO=
Ó
número de protones del
núcleo que coincide con el número de electrones
si el átomo es neutro.
Modelo atómico de Rutherford
- Los electrones se mueven alrededor
de un nucleo cargado positivamente
-Es análogo al modelo planetario bajo
la acción de fuerzas gravitacionales
Cuando se confronta con resultados de
l electrodinámica
la
l t di á i
y la
l mecánica
á i
ell
resultado es terrible, debido a que toda
carga en
movimiento irradia, luego
después de un tiempo los electrones
caerían al núcleo y no había átomos!!
Modelo atómico de Bohr ‐ 1913
-Solucionó el problema para el caso de 1
electrón.
-Es análogo al modelo planetario bajo la
acción de fuerzas gravitacionales
Cuando se confronta con resultados de
l electrodinámica
la
l t di á i
y la
l mecánica
á i
ell
resultado es terrible, debido a que toda
carga en
movimiento irradia, luego
después de un tiempo los electrones
caerían al núcleo y no había átomos!!
DESCUBRIMIENTO DEL NEUTRÓN
•
CON EL DESCUBRIMIENTO DEL PROTÓN, SURGIÓ LA
PREGUNTA: ¿CUÁL
Á ES LA ESTRUCTURA DEL NÚCLEO?¿CÓMO
Ú
Ó
PUEDEN PERMANECER LOS PROTONES, SIENDO CARGAS
DEL MISMO SIGNO, EN UN ESPACIO TAN REDUCIDO?
• EN 1920, RUTHERFORD SUGIRIÓ LA EXISTENCIA DE
OTRA PARTÍCULA SIN CARGA A LA QUE LLAMÓ NEUTRÓN.
NEUTRÓN
ENTRE PROTONES Y NEUTRONES EXISTIRÍAN FUERZAS
ATRACTIVAS DE UNA NUEVA NATURALEZA (FUERZAS
NUCLEARES)) QUE
Q
SUPERASEN A LAS FUERZAS DE REPULSIÓN
ELÉCTRICAS ENTRE PROTONES.
DESCUBRIMIENTO DEL NEUTRÓN
J. Chadwick, 1932
BOMBARDEÓ BERILIO CON PARTÍCULAS α Y DETECTÓ POR PRIMERA
VEZ A LOS NEUTRONES YA PREDICHOS EN 1920 POR RUTHERFORD.
LAS PARTÍCULAS FUNDAMENTALES CONSTITUYENTES DEL ÁTOMO
DESCUBIERTAS HASTA ESE MOMENTO:
partícula
Carga (C)
Masa (g)
Masa (U)
electrón
-1,6.10-19
9,1.10-28
0,00055
protón
1,6.10-19
1,673.10-24
1,0076
neutrón
0
1,675.10
1
675 10-24
1,0090
1 0090