EL ÁTOMOEL ÁTOMO

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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.

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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 de Cálculo del % de cada isótopo a partir de la masa atómica. la masa atómica.

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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

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Modelos atómicosModelos atómicos• Dalton. (no es propiamente un modelo)Dalton. (no es propiamente un modelo)

• Thomsom.Thomsom.– Cargas negativas incrustadas en un núcleo Cargas negativas incrustadas en un núcleo

positivo.positivo.

• Rutherford.Rutherford.– El átomo está hueco. La masa y la carga El 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.

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Descubrimiento del electrón (1897).Descubrimiento del electrón (1897).• Al someter a un gas a baja presión a un voltaje Al someter a un gas a baja presión a un voltaje

elevado, este emitía unas radiaciones que se elevado, este emitía unas radiaciones que se conocieron como rayos catódicos.conocieron como rayos catódicos.

• Se observó que los rayos catódicos eran partículas Se observó que los rayos catódicos eran partículas negativas (se desviaban hacia el polo positivo de un negativas (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 la La 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 en Se supuso que estas partículas deberían estar en todos los átomos. Thomson las llamó “electrones”.todos los átomos. Thomson las llamó “electrones”.

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Descubrimiento del protón (1914).Descubrimiento del protón (1914).• Utilizando cátodos perforados, en tubos de descarga Utilizando cátodos perforados, en tubos de descarga

además de los rayos catódicos, Goldstein descubrió unos además de los rayos catódicos, Goldstein descubrió unos rayos positivos procedentes del ánodo que llamó rayos rayos positivos procedentes del ánodo que llamó rayos anódicos o canales.anódicos o canales.

• La relación carga/masa de los rayos canales no es la La relación carga/masa de los rayos canales no es la misma sino que depende del gas del que proceda. En misma sino que depende del gas del que proceda. En cualquier caso, la masa era muy superior a la de los cualquier caso, la masa era muy superior a la de los electrones.electrones.

• Se llamó “protón” a la partícula positiva procedente del Se llamó “protón” a la partícula positiva procedente del gas más ligero (el hidrógeno), cuya carga coincidía gas 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 del Las cargas de otros rayos canales eran múltiplos de la del protón, por lo que supuso que deberían ser partículas con protón, por lo que supuso que deberían ser partículas con varios protones unidos.varios protones unidos.

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Descubrimiento del neutrón (1932).Descubrimiento del neutrón (1932).• Rutheford observó que la suma de las masas Rutheford observó que la suma de las masas

de los protones y la de los electrones de un de los protones y la de los electrones de un determinado átomo no coincidía con la masa determinado átomo no coincidía con la masa atómica por lo que postulo la existencia de atómica 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 nucleares En las primeras reacciones nucleares Chadwick detectó esta partícula y la Chadwick detectó esta partícula y la denominó “neutrón”.denominó “neutrón”.

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Partículas átomicas Partículas 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

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Rayos X Rayos 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 al No poseen carga ya que no se desvían al pasar por campos magnéticos.pasar por campos magnéticos.

• Tienen gran poder penetrante (atraviesan Tienen gran poder penetrante (atraviesan con facilidad las vísceras, no así los con 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.

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Radiactividad Radiactividad (Becquerel (Becquerel 1896)1896)

• Son radiaciones similares a los rayos X pero Son radiaciones similares a los rayos X pero emitidas espontáneamente por algunas emitidas 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:

– Rayos Rayos αα (núcleos de He: carga = +2; masa= 4 u) (núcleos de He: carga = +2; masa= 4 u)– Rayos Rayos ββ (son cargas negativas procedentes del (son cargas negativas procedentes del

núcleo por descomposición de un neutrón en núcleo por descomposición de un neutrón en protón + electrón).protón + electrón).

– Rayos Rayos γγ (radiaciones electromagnéticas de alta (radiaciones electromagnéticas de alta frecuencia)frecuencia)

mas

apene tració n

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Radiación electromagnética Radiación electromagnética (Maxwell 1864).(Maxwell 1864).

• La energía desprendida de los átomos se La energía desprendida de los átomos se transmite como ondas electromagnéticas transmite 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 longitud Se 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.

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Tipos de radiaciones Tipos de radiaciones electromagnéticas según electromagnéticas según λλ..• Rayos Rayos 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

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Espectro electromagnético.Espectro electromagnético.• Es el conjunto de radiaciones electromagnéticas Es el conjunto de radiaciones electromagnéticas

que emite o absorbe una sustancia o fuente de que emite o absorbe una sustancia o fuente de energía.energía.

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Radiación electromagnética Radiación 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 energía La materia también absorbe cuantos de energía

(fotones).(fotones).• La luz se comporta a veces como onda (reflexión) y La 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.

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Frecuencia umbralFrecuencia umbral

• La frecuencia mínima para extraer un electrón de un La frecuencia mínima para extraer un electrón de un átomo (efecto fotoedeléctrico) se denomina átomo (efecto fotoedeléctrico) se denomina frecuencia umbralfrecuencia umbral “ “νν umbr a lumbr a l” ((ννumbralumbral = E = E ionizaciónionización/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 energía el resto de la energía se transforma en energía cinética del electrón:cinética del electrón:

• Ecinética = ½ m v2 = h νν – E – E ionizaciónionización = h (νν – – ννumbralumbral)

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Ejemplo:Ejemplo: Calcula la energía de un fotón de Calcula la energía de un fotón de rayos X cuya longitud de onda es de 0,6 rayos 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/s m/s

νν = — = ——————— = 5 ·10 = — = ——————— = 5 ·101717 s s–1–1 λλ 0,6 ·10 0,6 ·10–9–9 m m

E = h · E = h · νν = = 6,625 · 106,625 · 10–34–34 J s · 5 ·10 J s · 5 ·101717 s s–1–1

= 33,125 · 10= 33,125 · 10–17–17 JJ = = 3´3125 · 103´3125 · 10 – 1 6– 1 6 J J

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Espectros atómicosEspectros atómicos• Es la imagen después de ser dispersada Es la imagen después de ser dispersada

por un prisma del conjunto de radiaciones por un prisma del conjunto de radiaciones que emite una sustancia.que emite una sustancia.

• El espectro es característico de una El espectro es característico de una determinada sustancia y normalmente sirve determinada 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

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Espectro deemisión

Espectro deabsorción

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Modelo de Bohr Modelo de Bohr �� ..• Los electrones giran alrededor del núcleo Los electrones giran alrededor del núcleo

únicamente en órbitas permitidas (radios únicamente en órbitas permitidas (radios cuantizados).cuantizados).

• Cada línea espectral se correspondería con Cada línea espectral se correspondería con un salto de una órbita a otra para lo cual un salto de una órbita a otra para lo cual precisa una cantidad exacta de energía precisa una cantidad exacta de energía que se corresponde con una determinada que se corresponde con una determinada frecuencia.frecuencia.

• La energía absorbida por un electrón al La 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 su es la misma que emite cuando vuelve a su orbital.orbital.

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Número atómico y número Número atómico y número másico.másico.• Número atómicoNúmero atómico (Z): (Z): es el número de es el número de

protones que tiene un átomo. Es distinto para protones que tiene un átomo. Es distinto para cada elemento.cada elemento.

• IsótoposIsótopos :: son átomos del mismo elemento que son 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 protones es 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: Cl Ejemplo: ClAA

ZZ

3737

1717

REPASOREPASO

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Masa atómicaMasa atómica

• Es la media ponderal (teniendo en Es la media ponderal (teniendo en cuenta el % en que está cada uno) de la cuenta el % en que está cada uno) de la masa de cada uno de los isótopos de un masa de cada uno de los isótopos de un elemento.elemento.

• Se mide en UMAs (u) (doceava parte de Se mide en UMAs (u) (doceava parte de la masa del la masa del 1212C.C.

• 1 u = 1,66 ·101 u = 1,66 ·10–24–24 g (1/6,023 ·10 g (1/6,023 ·102323))= 1,66 ·10= 1,66 ·10–27 –27 kg kg

28Ejemplo:Ejemplo: El neón es un elemento químico El neón es un elemento químico de Z=10. En la naturaleza se encuentra de 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 proporciones 20,99 y 21,99 UMAs. Si sus proporciones respectivas son del 90,92 %. 0,26 % y respectivas son del 90,92 %. 0,26 % y 8,82 % calcula la masa atómica en UMAs y 8,82 % 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————————————————————————————————————————————— =— = 100 100

= = 20,17 UMAs20,17 UMAs · · 1,66 ·101,66 ·10–27–27 kg/UMA = kg/UMA =

== 3,348 · 10 3,348 · 10 – 26–26 kg kg

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Ejemplo:Ejemplo: La masa atómica del cloro es La masa atómica del cloro es 35,45 UMAs. Si t iene dos isótopos, 35,45 UMAs. Si t iene dos isótopos, 3535Cl Cl y y 3737Cl, 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 = ——————————————— == 100 100

De donde X = De donde X = 75,51 % del isótopo 75,51 % del isótopo 3535 ClCl

24,49 % del isótopo 24,49 % del isótopo 3737 ClCl

30Masa molecularMasa molecular• Es la suma de las masas atómicas.Es la suma de las masas atómicas.

Ejemplo:Ejemplo: Calcula la masa molecular del carbonato de Calcula 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 qué des de masa atómica y en unidades S.I. ¿En qué unidades se expresa la masa molecular relativa?unidades se expresa la masa molecular relativa? M Matat(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 kg kg

31Ejercicio:Ejercicio: ¿ Cuántas moléculas de Cl 2 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 · 10 23 2 3 moléculas Clmoléculas Cl 22

2 át. Cl1,017·1023 moléc. Cl2 · = 2,034·102,034·10 2 3 2 3 át. Clát. Cl moléc. Cl2