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Modelo 5
1. Modelos atómicos de Thomson, Rutherford y Bohr.
Modelo atómico de Thomson
En 1808, el químico inglés J. Dalton formuló su célebre teoría atómica. Postulaba que la materia está
formada por átomos, las partículas indivisibles. Esta teoría fue rechazada con el descubrimiento del
electrón.
El estudio de la conductividad de los gases a baja presión en un tubo de descarga reveló una
luminiscencia en la pared del tubo opuesta al cátodo. La causa de esta luminiscencia era un chorro de
partículas con carga negativa que parecía provenir del cátodo. A estas partículas se les dio el nombre
de rayos catódicos.
El esquema del tubo de descagra:
1.
2.
3.
4.
5.
Cátodo
Ánodo
El tubo de vidrio con el gas a baja presión
Los electrones emitados por el cátodo
La luminiscencia (después de la caída de los electrones en la pared del tubo)
Se comprobó que los rayos catódicos obtenidos con gases diferentes son iguales entre sí y, en todos los
casos, las partículas tenían una relación carga/masa idéntica. El valor de esta relación fue
determinado en 1897 por el físico inglés J. J. Thomson.
Q/m = -1,76 . 1011 C.Kg-1
Cuando Thomson comprobó experimentalmente la constancia de la relación Q/m del electrón, propuso
en 1898 que el átomo no debe considerarse como la partícula indivisible propuesta por Dalton, sino
que debe de estar formado por cargas negativas, electrones. Los electrones están incrustados en una
masa con cagra positiva y de naturaleza aún no conocida, aunque probablemente estaría compuesta
por partículas elementales con carga positiva.
En 1906 Thomson recibió el premio Nobel de Física por sus investigaciones en la conducción eléctrica en gases .
La carga negativa total de los electrones es la misma que la positiva de la masa en la que se encuentran
incrustados, de manera que el átomo es eléctricamente neutro.
Represntación esquemática del modelo atómico de Thomson
Este modelo atómico desvelaba la naturaleza de los rayos catódicos (electrones que salen despedidos
de los átomos del gas cuando éstos chocan contra el cátodo) y da una explicación a que sean idénticos
independientemente del gas analizado.
Modelo atómico de Rutherford
*(Además está resuelta la pregunta a) ¿En qué consistía el experimento de Rutherford y qué
conclusiones se sacan de él?)
Más adelante se sugería la existencia de otra patrtícula subatómica con carga positiva: el protón.
En 1911 el físico neozelandés E. Rutherford empleó la partículas alfa para determinar la estructura
interna de la materia. Al estudiar el comportamiento de estas partículas cunado atravesaban láminas
delgadas de metal, pudo observar lo siguiente:
-
La mayoría de la partículas atravesaba la lámina sin desviarse.
Algunas partículas se desviaban de su trayectoria inicial.
Otras partícula eran rechazadas por la lámina.
Los sorprendentes resultados obtenidos por Rutherford llevaron a establecer un nuevo modelo atómico
innovador, denominado modelo nuclear del átomo. Según este módelo, el átomo está formado por un
núcleo y una corteza.
-
En el núcleo se alojan la carga positiva y casi la totalidad de la masa.
La corteza está formada por los electrones, que giran alrededor del núcleo como si se tratara
de un sistema solar en miniatura.
Este nuevo modelo explica los resultados observados:
-
La materia está prácticamente vacía, ya que el núcleo es aproximadamente 100 000 veces más
pequeño que el átomo.
-
La mayor parte de las partículas pasa a través de la corteza y no sufre desviación en su
trayectoria.
Las partículas que pasan cerca del núcleo son repelidas fuertemente y se desvían.
Pocas partículas chocan contra el núcleo, pero las que lo hacen rebotan experimentando un choque
elástico y retroceden, debido a la enorme diferencia de masa entre las partículas alfa y el núcleo de los
átomos de los metales empleados.
Modelo atómico de Bohr
La nueva concepción de la energía y de la luz suscitó al físico danés N. Bohr una explicación al
fenómeno que constituye el espectro de emisión de los gases y, en concreto, el del hidrógeno, y dio
lugar en 1913 a un nuevo modelo atómico que puede considerarse el verdadero precursor del modelo
atómico actual.
Los principios en que Bohr basa su modelo atómico son:
-
-
El electrón se mueve alrededor del núcleo describiendo órbitas circulares. El espacio que
rodea al núcleo cuantizado, es decir, hay zonas permitidas, llamadas niveles, y otras que no lo
son. Mientras un electrón no cambie de órbita, no se modifica su enrgía.
Las órbitas permitidas som aquéllas en las que el momento angular del electrón (m v r) es un
ℎ
múltiplo entero de 2𝜋 donde h es la constante de Planck.
mvr =n.
ℎ
2𝜋
n recibe el nombre de número cuántico principal y define los niveles alrededor del núcleo,
numerados a partir del núcleo. Sus valores son n = 1, 2, 3... Esto significa que la energía de las
órbitas y sus radios están cuantizados.
-
Siempre que un átomo absorbe o emite energía, lo hace mediante cuantos completos de valor
h . v , y es como consecuencia de que el electrón experimenta un tránsito entre niveles, que se
puede resumir con la expresión:
‫׀‬E2 – E1‫ = ׀‬h . v
donde E2 = enrgía del nivel final, E1 = energía del nivel inicial
Si E2 > E1 , el átomo absorbe energía.
Si E2 < E1 , el átomo emite enrgía.
b) ¿Por qué demostraba este experimento(de Rutherford ) que el modelo de Thomson no era válido?
El modelo atómico propuesto por J. J. Thomson sugería que los átomos estaban formados por una
distribución regular de carga y masa, y que éstos a su vez estaban unidos unos a otros formando la
sustancia, en este caso el metal. En definitiva, la lámina metálica debía poseer una estructura interna
homogénea y, por lo tanto, el comportamiento de las partículas alfa al atravesarla debía exhibir un
comportamiento uniforme y no resultados tan dispares como los que se observaban.
2. Grupo funcional, propiedades y reacciones de los alcoholes. Propiedades del etanol y metanol y
efectos en el cuerpo humano.
Grupo funcional
El grupo funcional de los alcoholes es –OH. Si el nombre del alcohol deriva de la cadena más carga
que posee el grupo –OH le terminación es –ol. Cuando el grupo –OH es considerado como
sustituyente, por tener prioridad otras funciones, se denomina hidroxi.
Propiedades de los alcoholes
Son líquidos incoloros, solubles en agua, aunque cuando aumenta la masa molecular, baja la
solubilidad y aumentan los puntos de fusión y ebullición.
Pf (°C)
Pe (°C)
Metanol
-97,8
64,5
Etanol
-117,8*
78,5
1-butanol
-89,8
117,7
Agua
0
100
Reacciones de los alcoholes
1. Sustitución
CH3CH2OH +HCl  CH3CH2Cl + H2O (cloroetano + agua)
2. Deshidratación
CH3CH2OH + HOCH2CH3  CH3CH2OCH2CH3 (dietiléter)
3. Oxidación
a) alcohol primario
CH3CH2OH * CH3COH + H2O (aldehido + agua)
*catalizadores: K2Cr2O7 y H2SO4
b) alcohol secundario
CH3CH2OHCH3  CH3COCH3 + H2O (cetona + agua)
Propiedades del etanol y metanol y efectos en el cuerpo humano
Metanol
El compuesto químico metanol, también conocido como alcohol metílico o alcohol de madera, es el
alcohol más sencillo. Es un líquido incoloro y muy tóxico.
Se obtiene por destilación seca de la madera y por hidrogenación del CO a temperaturas altas y en
presencia de una mezcla de,óxidos metálicos como catalizador:
CO + 2H2  CH3OH
Se utiliza como disolvente, carburante, materia prima para la obtención de otros compuestos
orgánicos, para desnaturalizar el etanol impidiendo su uso en la fabricación de bebidas alcohólicas.
Etanol
El compuesto químico etanol, conocido como alcohol etílico, es un alcohol que se presenta como un
líquido incoloro y muy soluble en agua que se obtiene por fermentación de azúcares, en especial, de la
glucosa:
C6H12O6  2 CH3CH2OH + 2 CO2
y por hidratación de eteno, procedente del petróleo.
Se utiliza como antiséptico, en la fabricación de licores y de diversos productos químicos, como
carburante, disolvente, etc.
Efectos en el cuerpo humano
En concentraciones elevadas el metanol puede causar dolor de cabeza, mareo, náuseas, vómitos y
muerte (la ingestión de 25 g se trata de una dosis mortal). Una exposición aguda puede causar ceguera
o pérdida de la visión, ya que puede dañar seriamente el nervio óptico (neuropatía óptica). Una
exposición crónica puede ser causa de daños al hígado o de cirrosis.
El etanol puede afectar al sistema nervioso central, provocando estados de euforia, desinhibición,
mareos, somnolencia, confusión , alucinaciones (como ver doble o que todo se mueve de forma
espontánea). Al mismo tiempo, baja los reflejos. Con concentraciones más altas ralentiza los
movimientos, impide la coordinación correcta de los miembros, pérdida temporal de la visión, etc. En
ciertos casos se produce un incremento en la irritabilidad del sujeto intoxicado como también en la
agresividad; en otra cierta cantidad de individuos se ve afectada la zona que controla los impulsos,
volviéndose impulsivamente descontrolados y frenéticos. Finalmente, conduce al coma y puede
provocar la muerte.
a) De los siguientes compuestos, selecciona el alcohol y rechaza razonadamente los demás:
CH3COOH
Ca(OH)2
CH3OH CH3OCH3
CH3COOH no es un alcohol, porque hay un grupo carboxilo y es el ácido metánico (o fórmico)
Ca(OH)2 tampoco es un alcohol, es el hidroxido cálcico
CH3OH es un alcohol, metanol
CH3CCH3 es una cetona, propanona
b) Qué son los fenoles? Formula todos los posibles isómeros de posición del bencenodiol.
Nómbralos.
Los fenoles son compuestos que presentan uno o más grupos hidroxi (OH) unidos directamente a un
anillo aromático .
1,2-bencenodiol (o-)
1,3-bencenodiol (m-)
1,4-bencenodiol (p-)