teoria atomica (quimica)
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República Bolivariana de Venezuela
U.E.I “Antonio José de Sucre”
Inscrito en el .!.!.E Ba"o el n# $%$&'
!etare(iranda
Química
Docente: Estudiantes:
Gladys Marín #18 Estremor Francis
#20 Ure Ronald
#21 Varas Ga!riel
#2" e$era Ga!riel
#2% Varas Ec&lys
eoría
't(
mica
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)ntroducci(n
Cada sustancia del universo, las piedras, el mar, nosotros mismos, los planetas yhasta las estrellas más lejanas, están enteramente formada por pequeñas partículasllamadas átomos.
Son tan pequeñas que no son posible fotografiarlas. Para hacernos una idea de sutamaño, un punto de esta línea puede contener dos mil millones de átomos.
stas pequeñas partículas son estudiadas por la química, ciencia que surgi! enla edad media y que estudia la materia.
Pero si nos adentramos en la materia nos damos cuenta de que está formada porátomos. Para comprender estos átomos a lo largo de la historia diferentes científicoshan enunciado una serie de teorías que nos ayudan a comprender la complejidad deestas partículas. stas teorías significan el asentamiento de la química moderna.
Como ya hemos dicho antes la química surgi! en la edad media, lo que quieredecir que ya se conocía el átomo pero no del todo, así durante el renacimiento estaciencia evoluciona.
"ctualmente su objetivo es cooperar a la interpretaci!n de la composici!n, propiedades, estructura y transformaciones del universo, pero para hacer todo estohemos de empe#ar de lo más simple y eso son los átomos, que hoy conocemos gracias aesas teorías enunciadas a lo largo de la historia
l descubrimiento de la radiactividad, hace poco más de un siglo, fue el origende un desarrollo científico e$traordinario en el campo de la física y la química, y en
particular en el conocimiento del átomo y la materia. "nteriormente a estedescubrimiento y durante mucho tiempo, se dio escasa o ninguna importancia alconocimiento de la materia, a la forma en que está constituida y a sus componentes.
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Modelos 't(micos
El modelo de Dalton
%ohn &alton '()**+(--. /uímico y físico británico. Cre! una importante teoría at!mica de lamateria. n (01 formul! la ley que lleva sunombre y que resume las leyes cuantitativas dela química 'ley de la conservaci!n de lamasa, reali#ada por 2avoisier3 ley de las
proporciones definidas, reali#ada por 2ouisProust3 ley de las proporciones m4ltiples,reali#ada por 5l mismo. Su teoría se puede
resumir en6
2os elementos químicos están formados por partículasmuy pequeñas e indivisibles llamadas átomos.
7odos los átomos de un elemento químico dado son id5nticos en su masa ydemás propiedades.
2os átomos de diferentes elementos químicos son distintos, en particular susmasas son diferentes.
2os átomos son indestructibles y retienen su identidad en los cambios químicos.
2os compuestos se forman cuando átomos de diferentes elementos se combinanentre sí, en una relaci!n de n4meros enteros sencilla, formando entidadesdefinidas 'hoy llamadas mol5culas.
&alton, además de esta teoría cre! la ley de las proporciones m4ltiples. Cuando loselementos se combinan en más de una proporci!n, y aunque los resultados de estascombinaciones son compuestos diferentes, e$iste una relaci!n entre esas proporciones.
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" mediados del siglo 898, unos años despu5s de que &alton enunciara se teoría, sedesencaden! una serie de acontecimientos que fueron introduciendo modificacionesal modelo at!mico inicial.
El modelo de *omsom+
7homson, sir %oseph %ohn '(:*+(;-0. <ísico británico. Seg4n el modelo de7homson el átomo consistía en una esfera uniforme de materia cargada positivamenteen la que se hallaban incrustados los electrones de un modo parecido a como lo están lassemillas en una sandía. ste sencillo modelo e$plicaba el hecho de que la materia fueseel5ctricamente neutra, pues en los átomos de 7homson la carga positiva era neutrali#ada
por la negativa. "demás los electrones podrían ser arrancados de la esfera si la energía
en juego era suficientemente importante como sucedía en los tubos de descarga.
%. %. 7homson demostr! en (;) que estos rayos se desviaban tambi5n enun campo el5ctrico y eran atraídos por el polo positivo, lo que probaba que eran cargasel5ctricas negativas. Calcul! tambi5n la relaci!n entre la carga y la masa de estas
partículas.
Para este cálculo reali#! un e$perimento6 hi#o pasar un ha# de rayos cat!dicos por un campo el5ctrico y uno magn5tico.
Cada uno de estos campos, actuando aisladamente, desviaba el ha# de rayos ensentidos opuestos. Si se dejaba fijo el campo el5ctrico, el campo magn5tico podía
variarse hasta conseguir que el ha# de rayossiguiera la trayectoria hori#ontal original) eneste momento las fuer#as el5ctricas ymagn5ticas eran iguales y, por ser de sentidocontrario se anulaban.
l segundo pasoconsistía en eliminar el campomagn5tico y medir la
desviaci!n sufrida por el ha#debido al campo el5ctrico.=esulta que los rayos cat!dicostienen una relaci!n carga amasa más de (.000 vecessuperior a la de cualquier ion.
sta constataci!n llev! a 7homson asuponer que las partículas que forman los rayos cat!dicos no eran átomos cargados sinofragmentos de átomos, es decir, partículas subat!micas a las que llam! electrones.
2as placas se colocan dentro de un tubo de vidrio cerrado, al que se le e$traeel aire, y se introduce un gas a presi!n reducida.
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El modelo de Rut*er,ord .
Sir rnest =utherford '()(+(;1), famoso hombre de ciencia ingl5s que obtuvoel premio >obel de química en (;(;, reali#! en (;(( una e$periencia que supuso en
paso adelante muy importante en el conocimiento del átomo.
2a e$periencia de =utherford consisti! en bombardear con partículas alfa unafinísima lámina de oro. 2as partículas alfa atravesaban la lámina de oro y eran recogidassobre una pantalla de sulfuro de cinc.
2a importancia del e$perimento estuvo en que mientras la mayoría de partículasatravesaban la lámina sin desviarse o siendo desviadas solamente en pequeños ángulos,
unas cuantas partículas eran dispersadas a ángulos grandes hasta (0?.
l hecho de que s!lo unas pocas radiaciones sufriesen desviaciones hi#o suponer que las cargas positivas que las desviaban estaban concentradas dentro de los átomosocupando un espacio muy pequeño en comparaci!n a todo el tamaño at!mico3 esta partedel átomo con electricidad positiva fue llamado n4cleo.
=utherford poseía informaci!n sobre el tamaño, masa y carga del n4cleo, perono tenía informaci!n alguna acerca de la distribuci!n o posici!n de los electrones.
n el modelo de =utherford, los electrones se movíanalrededor del n4cleo como los planetas alrededor delsol. 2os electrones no caían en el n4cleo, ya que
la fuer#a de atracci!n electrostática eracontrarrestada por la tendencia del electr!n acontinuar movi5ndose en línea recta. stemodelo fue satisfactorio hasta que se observ!que estaba en contradicci!n con unainformaci!n ya conocida en aquelmomento6 de acuerdo con las leyes delelectromagnetismo, un electr!n o todo objeto
el5ctricamente cargado que es acelerado ocuya direcci!n lineal es modificada, emite oabsorbe radiaci!n electromagn5tica.
l electr!n del átomo de =urherford modificaba sudirecci!n lineal continuamente, ya que seguía una
trayectoria circular. Por lo tanto, debería emitirradiaci!n electromagn5tica y esta radiaci!n causaría la disminuci!n de la energía delelectr!n, que en consecuencia debería describir una trayectoria en espiral hasta caer enel n4cleo. l modelo de =utherford fue sustituido por el de @ohr unos años más tarde.
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El modelo de -o*r
n el año (;(1 >iels @ohr 'Premio >obelde <ísica (;AA propuso un modelo at!mico,
basado en la teoría cuántica de PlancB parae$plicar c!mo los electrones pueden tener !rbitasestables alrededor del n4cleo. ste modelo
planetario es un modelo funcional que norepresenta el átomo 'objeto físico en sí, sino quee$plica su funcionamiento por medio deecuaciones. &ebido a su simplicidad, el modelode @ohr es todavía utili#ado frecuentemente comouna simplificaci!n de la estructura de la materia.Cuenta con : postulados fundamentales6
l electr!n se puede mover solo endeterminadas orbitas caracteri#adas por su
radio Cuando el electr!n se encuentra en dichas !rbitas, el sistema no absorbe ni emite
energía ' orbitas estacionarias "l suministrarle al átomo energía e$terna, el electr!n puede pasar o e$citarse a
un nivel de energía superior, correspondiente a una !rbita de mayor radio &urante la caída del electr!n de un nivel de mayor energía 'más alejado del
n4cleo a uno de menor energía 'más cerca del n4cleo se libera o emite energía. "l pasar el electr!n de un nivel a otro se absorbe o se libera un cuanto de energía
cuyo valor está relacionado con la frecuencia absorbida o emitida
ste modelo dice que los electrones giran a grandes velocidades alrededor deln4cleo at!mico. n ese caso, los electrones se disponen en diversas !rbitas circulares,las cuales determinan diferentes niveles de energía.
Para @ohr, la ra#!n por la cual los electrones que circulan en los átomos nosatisfacen las leyes de la electrodinámica clásica, es porque obedecen a las leyes dela mecánica cuántica. Sin duda, giran en torno del n4cleo at!mico, pero circulan4nicamente sobre !rbitas tales que sus impulsos resultan determinados por m4ltiplosenteros de la constante de PlancB. 2os electrones no radian durante todo el tiempo enque describen sus !rbitas3 solamente cuando el electr!n salta de una !rbita a otra, máscercana del n4cleo, lan#a un cuanto de lu#, un fot!n. mitidos por los átomosde gases incandescentes, son los fotones los que engendran las rayas espectrales, y @ohr tuvo el portentoso acierto de poder e$plicar las rayas del hidr!geno. n efecto, laslongitudes de onda de estas líneas espectrales se vuelven calculables a partir del modelode átomo cuanti#ado por @ohr, que interpreta tambi5n el origen de los espectroselementales embrionados por los rayos 8.
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@ohr, gracias a la cuanti#aci!n de su átomo, logr! el gran 5$ito de e$plicar las líneasespectrales del hidr!geno.
El modelo de .ommer,eld
l modelo at!mico deSommerfeld es un modeloat!mico hecho por el físicoalemán "rnoldSommerfeld '(*+(;:( que
básicamente es unagenerali#aci!n relativistadel modelo at!mico de
@ohr '(;(1.
l modelo at!micode @ohr funcionaba muy bien parael átomo de hidr!geno, sin
embargo, en los espectrosreali#ados para átomos de otros
elementos se observaba que electrones de un mismo nivel energ5tico tenían distintaenergía, mostrando que e$istía un error en el modelo. Su conclusi!n fue que dentro deun mismo nivel energ5tico e$istían subniveles, es decir, energías ligeramente diferentes."demás desde el punto de vista te!rico, Sommerfeld había encontrado que en ciertosátomos las velocidades de los electrones alcan#aban una fracci!n apreciable dela velocidad de la lu#. Sommerfeld estudi! la cuesti!n para electrones relativistas.
n (;(*, Sommerfeld perfeccion! el modelo at!mico de @ohr intentando paliar losdos principales defectos de 5ste. Para eso introdujo dos modificaciones básicas6 Drbitascasi+elípticas para los electrones y velocidades relativistas. n el modelo de @ohr loselectrones s!lo giraban en !rbitas circulares. 2a e$centricidad de la !rbita dio lugar a unnuevo n4mero cuántico6 el n4mero cuántico a#imutal, que determina la forma de los
orbitales, se lo representa con la letra l y toma valores que van desde 0 hasta n+(. 2as!rbitas son6
l E 0 se denominarían posteriormente orbitaless o sharp l E ( se denominarían p o principal. l E A se denominarían d o diffuse. l E 1 se denominarían f o fundamental.
Para hacer coincidir las frecuencias calculadas con las e$perimentales, Sommerfeld postul! que el n4cleo del átomo no permanece inm!vil, sino que tanto el n4cleo como el
electr!n se mueven alrededor del centro de masas del sistema, que estará situado muy
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pr!$imo al n4cleo al tener este una masa varios miles de veces superior a la masa delelectr!n.
Para e$plicar el desdoblamiento de las líneas espectrales, observando al emplearespectroscopios de mejor calidad, Sommerfeld supone que las !rbitas del electr!n
pueden ser circulares y elípticas. 9ntroduce el n4mero cuántico secundario o a#imutal,en la actualidad llamado l, que tiene los valores 0, (, A,F'n+(, e indica el momentoangular del electr!n en la !rbita en unidades de Gfrac HhIHAGpiI, determinando lossubniveles de energía en cada nivel cuántico y la e$centricidad de la !rbita.
/a Radioactiidad
2a radiactividad o radioactividad es un fen!meno físico por el cual los n4cleos dealgunos elementos químicos, llamados radiactivos, emiten radiaciones que tienen la
propiedad de impresionar placas radiográficas, ioni#ar gases, producir fluorescencia,
atravesar cuerpos opacos a la lu# ordinaria, entre otros. &ebido a esa capacidad, se les
suele denominar radiaciones ioni#antes 'en contraste con las no ioni#antes. 2as
radiaciones emitidas pueden ser electromagn5ticas, en forma de rayos 8 o rayos
gamma, o bien corpusculares, como pueden ser n4cleos de helio, electrones o
positrones, protones u otras. n resumen, es un fen!meno que ocurre en los n4cleos de
ciertos elementos, inestables, que son capaces de transformarse, o decaer,
espontáneamente, en n4cleos at!micos de otros elementos más estables.
2a radiactividad ioni#a el medio que atraviesa. Jna e$cepci!n lo constituye
el neutr!n, que posee carga neutra 'igual carga positiva como negativa, pero ioni#a
la materia en forma indirecta. n las desintegraciones radiactivas se tienen varios tipos
de radiaci!n6 alfa, beta, gamma y neutrones.
2a radiactividad es una propiedad de los is!topos que son inestables, es decir, que
se mantienen en un estado e$citado en sus capas electr!nicas o nucleares, con lo que,
para alcan#ar su estado fundamental, deben perder energía. 2o hacen en emisiones
electromagn5ticas o en emisiones de partículas con una determinada energía cin5tica. sto se produce variando la energía de sus electrones 'emitiendo rayos 8 o de
sus nucleones 'rayo gamma o variando el is!topo 'al emitir desde el
n4cleo electrones, positrones, neutrones, protones o partículas más pesadas, y en varios
pasos sucesivos, con lo que un is!topo pesado puede terminar convirti5ndose en uno
mucho más ligero, como el uranio que, con el transcurrir de los siglos, acaba
convirti5ndose en plomo.
2a radiactividad se aprovecha para la obtenci!n de energía nuclear , se usa en
medicina 'radioterapia y radiodiagn!stico y en aplicaciones industriales 'medidas deespesores y densidades, entre otras.
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2a radiactividad puede ser6
>atural6 manifestada por los is!topos que se encuentran en la naturale#a.
"rtificial o inducida6 manifestada por los radiois!topos producidos en
transformaciones artificiales.
lases y comonentes de la radiaci(n
Se comprob! que la radiaci!n puede ser de tres clases diferentes, conocidas
como partículas, desintegraciones y radiaci!n6
!art*cula al+a6 Son flujos de partículas cargadas positivamente compuestas por
dos neutrones y dos protones 'n4cleos dehelio. Son desviadas por campos
el5ctricos y magn5ticos. Son poco penetrantes, aunque muy ioni#antes. Son
muy energ5ticas. <ueron descubiertas por =utherford, quien hi#o pasar
partículas alfa a trav5s de un fino cristal y las atrap! en un tubo de descarga.
ste tipo de radiaci!n la emiten n4cleos de elementos pesados situados al final
de la tabla peri!dica '" K(00. stos n4cleos tienen muchos protones y la
repulsi!n el5ctrica es muy fuerte, por lo que tienden a obtener >
apro$imadamente igual a L, y para ello se emite una partícula alfa. n el
proceso se desprende mucha energía, que se convierte en la energía cin5tica dela partícula alfa, por lo que estas partículas salen con velocidades muy altas.
,esinte-racin beta6 Son flujos de electrones 'beta negativas
o positrones 'beta positivas resultantes de la desintegraci!n de los neutrones o
protones del n4cleo cuando 5ste se encuentra en un estado e$citado. s desviada
por campos magn5ticos. s más penetrante, aunque su poder de ioni#aci!n no es
tan elevado como el de las partículas alfa. Por lo tanto, cuando un átomo
e$pulsa una partícula beta, su n4mero at!mico aumenta o disminuye una unidad
'debido al prot!n ganado o perdido. $isten tres tipos de radiaci!n beta6
la radiaci!n beta+, que consiste en la emisi!n espontánea de electrones por parte
de los n4cleos3 la radiaci!n betaM, en la que un prot!n del n4cleo se desintegra y
da lugar a un neutr!n, a un positr!n o partícula @etaM y un neutrino, y por
4ltimo la captura electr!nica que se da en n4cleos con e$ceso de protones, en la
cual el n4cleo captura un electr!n de la corte#a electr!nica, que se unirá a un
prot!n del n4cleo para dar un neutr!n.
Radiacin -a//a6 Se trata de ondas electromagn5ticas. s el tipo más penetrante de radiaci!n. "l ser ondas electromagn5ticas de longitud de onda
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corta, tienen mayor penetraci!n y se necesitan capas muy gruesas
de plomou hormig!n para detenerlas. n este tipo de radiaci!n el n4cleo no
pierde su identidad, sino que se desprende de la energía que le sobra para pasar
a otro estado de energía más baja emitiendo los rayos gamma, o sea fotones
muy energ5ticos. ste tipo de emisi!n acompaña a las radiaciones alfa y beta.
Por ser tan penetrante y tan energ5tica, 5ste es el tipo más peligroso de
radiaci!n.
2as leyes de desintegraci!n radiactiva, descritas por <redericB Soddy y Nasimir <ajans,
son6
Cuando un átomo radiactivo emite una partícula alfa, la masa del átomo '"
resultante disminuye en - unidades y el n4mero at!mico 'L en A.
Cuando un átomo radiactivo emite una partícula beta, el n4mero at!mico 'Laumenta o disminuye en una unidad y la masa at!mica '" se mantiene
constante.
Cuando un n4cleo e$citado emite radiaci!n gamma, no varía ni su masa ni su
n4mero at!mico6 s!lo pierde una cantidad de energía hO 'donde h es
la constante de PlancB y O es la frecuencia de la radiaci!n emitida.
2as dos primeras leyes indican que, cuando un átomo emite una radiaci!n alfa o
beta, se transforma en otro átomo de un elemento diferente. ste nuevo elemento puede
ser radiactivo y transformarse en otro, y así sucesivamente, con lo que se generan lasllamadas series radiactivas.
ausa de la radiactiidad
n general son radiactivas las sustancias que no presentan un balance correcto
entre protones o neutrones, tal como muestra el gráfico que encabe#a este artículo.
Cuando el n4mero de neutrones es e$cesivo o demasiado pequeño respecto al n4mero
de protones, se hace más difícil que la fuer#a nuclear fuerte debida al efecto delintercambio de piones pueda mantenerlos unidos. ventualmente, el desequilibrio se
corrige mediante la liberaci!n del e$ceso de neutrones o protones, en forma
de partículas que son realmente n4cleos de helio, y partículas Q, que pueden
ser electrones o positrones. stas emisiones llevan a dos tipos de radiactividad, ya
mencionados6
=adiaci!n ", que aligera los n4cleos at!micos en - unidades másicas, y cambia
el n4mero at!mico en dos unidades.
=adiaci!n @, que no cambia la masa del n4cleo, ya que implica la conversi!n deun prot!n en un neutr!n o viceversa, y cambia el n4mero at!mico en una sola
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unidad 'positiva o negativa, seg4n si la partícula emitida es un electr!n o un
positr!n. 2a radiaci!n R, por su parte, se debe a que el n4cleo pasa de un estado e$citado
de mayor energía a otro de menor energía, que puede seguir siendo inestable y
dar lugar a la emisi!n de más radiaci!n de tipo ", @ o R. 2a radiaci!n R es, portanto, un tipo de radiaci!n electromagn5tica muy penetrante, ya que tiene una
alta energía por fot!n emitido.
onclusi(n
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2a teoría at!mica de &alton fue la base para todos los modelos que e$istieronhasta el más actual. 7odos ayudaron encierto modo para llegar a una respuestaque tal ve# a4n no está concluida. Pero
nos ayuda a ir descubriendo yentendiendo que todo lo que vemos,sentimos y tocamos está formado porciertas partículas que gracias a todos losmodelos at!micos hemos llegado acomprender.
7odo este descubrimiento ha pasado por muchas etapas que con el tiempo se hanido estudiando y avan#ando siemprecon la idea de poder entenderlo y llegar
a una respuesta.
n si la radioactividad es una propiedad muy importante para la humanidad pero a lave# muy peligrosa.
2o importante es que la sociedad se tome precauciones para tratar de controlar almá$imo esta energía, ya que esta energía controlada puede ser de mucha utilidad y estoayuda a mejorar la vida del ombre. "plicando esta energía en fines prácticos y
pacíficos lo ayudan a no solo vivir mejor si no que tambi5n a curar y prevenir enfermedades mortales.
2a radiactividad potencialmente es una propiedad que resulta muy importante y muy4til para la humanidad, pero a su ve# es muy peligrosa. 2o importante de esto es tratarde controlar al má$imo esa energía tomando todas la medidas necesarias de prevenci!ny control porque esa energía bien controlada puede ser de muchísima utilidad y puedeayudar a mejorar la vida del hombre aplicando toda esa energía en fines pacíficos que loayudan no solo a vivir mejor sino que tambi5n a curar y a prevenir enfermedades.
3ndice
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)ntroducci(n
Modelos 't(micos
Modelo de Dalton
Modelo de *omsom
Modelo de Rut*er,ord+
Modelo de -o*r Modelo de .ommer,eld
Radioactiidad
lases y comonentes de la radiaci(n
ausa de la radiactiidad
onclusi(n