MODULO QUÍMICA 6°

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MODELOS ATÓMICOS

DESEMPEÑO: DESCRIBIR EL DESARROLLO DE LOS MODELOS ATOMICOS QUE EXPLICA LA ESTRUCTURA DE LA MATERIA

 

INDICADORES DE DESEMPEÑO: Explica las principales teorías atómicas y compara los modelos atómicos con el modelo actual.

Describe las diferentes concepciones acerca de la estructura atómica y los conceptos que le permiten diferenciar los átomos

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Lectura afectiva “la pequeña historia del átomo” Imaginemos que cogemos una hoja de papel de aluminio y

que

la

troceamos

en

mitades

muchas

veces,

¿podríamos dividirla indefinidamente en trozos más y más pequeños? ¿Seguirían siendo aluminio eses trozos? Los filósofos de la antigua Grecia pensaron mucho sobre esto.

Leucipo (450 a.C.) supuso que después de muchas divisiones llegaríamos a tener una partícula tan pequeña que no se podría dividir más veces. Su discípulo Demócrito, llamó átomos a estas partículas indivisibles (átomo significa indivisible en griego). Pero para otros filósofos, principalmente Aristóteles, la idea de átomos indivisibles les resultaba paradójico y la rechazaron.

Aristóteles pensaba que todas las sustancias estaban formadas por mezclas de cuatro elementos: aire, tierra, agua y fuego. El enorme prestigio de Aristóteles hizo que nadie cuestionase sus ideas, y los átomos fueron olvidados durante más de 2.000 años. LOS FILÓSOFOS GRIEGOS NUNCA EXPERIMENTABAN, YA QUE TRABAJAR CON LAS MANOS ERA COSA DE ARTESANOS; ELLOS SOLO PENSABAN. CREÍAN QUE LA MENTE ERA SUFICIENTE PARA CONOCER LA VERDAD.

EJERCITACION 1. Consulte que es un modelo atómico y nombre cuales han existido 2. Teniendo en cuenta la información y sus consultas sobre los modelos atómicos, identifique las afirmaciones que son verdaderas (V) y cuales son falsas (F). a) La teoría atómica se basa en la suposición de que la materia no es continua, sino que está formada por partículas llamadas átomos. b) La teoría atómica describe una parte de nuestro mundo material, a la cual no es posible acceder por observación directa. c) La teoría atómica permite explicar las propiedades de las diversas sustancias por medio de modelos. d) La teoría atómica se explica por medio de modelos que han ideado los científicos e investigadores a lo largo de la historia de la

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química. e) El modelo atómico ha pasado por diversas concepciones y en su momento explicó la estructura del átomo haciendo uso de todos los datos experimentales de los cuales se disponía. f ) El modelo atómico ha cambiado con el tiempo y ha sido necesario modificarlo para adaptarlo a los nuevos datos y necesidades de las investigaciones. g) Cada modelo se ha apoyado en los anteriores conservando determinados aspectos y modificando otros. h) Los modelos permiten representar aquello que es imposible ver, como por ejemplo, un átomo. i) Un modelo utiliza ideas y conocimiento previo para explicar hechos desconocidos que se presentan en la naturaleza. j) Durante más de 2.400 años, los filósofos y científicos trataron de determinar la composición interna de la materia, debido a que no era posible observarla.

¿COMO HAN EVOLUCIONADO LOS MODELOS ATÓMICOS?

Los filósofos de la antigua Grecia pensaron mucho sobre esto. Leucipo (450 a.C.) supuso que después de muchas divisiones llegaríamos a tener una partícula tan pequeña que no se podría dividir más veces. Su discípulo Demócrito, llamó átomos a estas partículas indivisibles (átomo

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significa indivisible en griego). Pero para otros filósofos, principalmente Aristóteles, la idea de átomos indivisibles les resultaba paradójico y la rechazaron. Aristóteles pensaba que todas las sustancias estaban formadas por mezclas de cuatro elementos: aire, tierra, agua y fuego. El enorme prestigio de Aristóteles hizo que nadie cuestionase sus ideas, y los átomos fueron olvidados durante más de 2.000 años. LOS FILÓSOFOS GRIEGOS NUNCA EXPERIMENTABAN, YA QUE TRABAJAR CON LAS MANOS ERA COSA DE ARTESANOS; ELLOS SOLO PENSABAN. CREÍAN QUE LA MENTE ERA SUFICIENTE PARA CONOCER LA VERDAD UN MODELO ATÓMICO es una representación que describe las partes que tiene un átomo y cómo están dispuestas para formar un todo. Veamos los distintos modelos que han ido surgiendo:

MODELO ATÓMICO DE LOS FILÓSOFOS GRIEGOS Desde la antigüedad inquietaba al ser humano el origen del universo, pero además, el descifrar cómo estaba constituida la materia era uno de los retos.

Las primeras ideas de que la materia es de naturaleza discontinua y que está formada por átomos, se remonta al siglo V a de C., con las ideas de Leucipo y Demócrito.

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JOHN DALTON Y EL RENACIMIENTO DEL DAlTONISMO John Dalton nació el 6 de septiembre de 1766, en Eaglesfield, Cumberland (hoy Cumbria), Inglaterra.

Comenzó a desarrollar su teoría atómica en 1803 y en 1808 publicó su obra Nuevo sistema de filosofía química, en el cual listaba las masas atómicas de varios elementos conocidos en relación con la masa del hidrógeno.

Dalton se imaginó a los átomos como esferas compactas y utilizó pictogramas para representarlos, pero además consideró que se combinaban en la relación más simple, HO, NH, CO, etc.

MODELO ATÓMICO DE JOHN DALTON, PUBLICADA ENTRE LOS AÑOS 1.808 Y 1.810 John Dalton (1766-1844). Químico y físico británico. Creó una importante teoría atómica de la materia. En 1803 formuló la ley que lleva su nombre y que resume las leyes cuantitativas de la química (ley de la conservación de la masa, realizada por Lavoisier; ley de las proporciones definidas, realizada por Louis Proust; ley de las proporciones múltiples, realizada por él mismo). Su teoría se puede resumir en: * Los elementos químicos están formados por partículas muy pequeñas e indivisibles llamadas átomos. * Todos los átomos de un elemento químico dado son idénticos en su masa y demás propiedades. * Los átomos de diferentes elementos químicos son distintos, en particular sus masas son diferentes. * Los átomos son indestructibles y retienen su identidad en los cambios químicos. * Los compuestos se forman cuando átomos de diferentes elementos se combinan entre sí, en una relación de números enteros sencilla, formando entidades definidas (hoy llamadas moléculas).

MODELO ATÓMICO DE J. J. THOMSON, PUBLICADA ENTRE LOS AÑOS 1.898 Y 1.904 Joseph Thomson (1.856-1.940) partiendo de las informaciones que se tenían hasta ese momento presentó algunas hipótesis en 1898 y 1.904, intentando Justificar dos hechos:

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* La materia es eléctricamente neutra, lo que hace pensar que, además de electrones, debe de haber partículas con cargas positivas. * Los electrones pueden extraerse de los átomos, pero no así las cargas positivas.

Propuso entonces un modelo para el átomo en el que la mayoría de la masa aparecía asociada con la carga positiva (dada la poca masa del electrón en comparación con la de los átomos) y suponiendo que había un cierto número de electrones distribuidos uniformemente dentro de esa masa de carga positiva (como una especie de pastel o calabaza en la que los electrones estuviesen incrustados como si fueran trocitos de fruta o pepitas).

Fue un primer modelo realmente atómico, referido a la constitución de los átomos, pero muy limitado y pronto fue sustituido por otros.

Thomson, sir Joseph John (1856-1940). Físico británico. Según el modelo de Thomson el átomo consistía en una esfera uniforme de materia cargada positivamente en la que se hallaban incrustados los electrones de un modo parecido a como lo están las semillas en una sandía. Este sencillo modelo explicaba el hecho de que la materia fuese eléctricamente neutra, pues en los átomos de Thomson la carga positiva era neutralizada por la negativa. Además los electrones podrían ser arrancados de la esfera si la energía en juego era suficientemente importante como sucedía en los tubos de descarga.

MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD, PUBLICADA EN EL 1.911 Los resultados de sus experimentos llevaron a Ernest Rutherford en 1911, a concluir que los átomos poseen un núcleo positivo muy pequeño, alrededor del cual se mueven los electrones. Su modelo se conoce como el modelo del sistema planetario.

En el modelo de Rutherford, los electrones se movían alrededor del núcleo como los planetas alrededor del sol.

Lord Rutherford propuso en el 1.911 este modelo de átomo: 1. El átomo está constituido por una zona central, a la que se le llama núcleo, en la que se encuentra concentrada toda la carga positiva y casi toda la masa del núcleo.

2. Hay otra zona exterior del átomo, la corteza, en la que se encuentra toda la carga negativa y cuya masa es muy pequeña en comparación con la del átomo. La corteza está formada por los electrones que tenga el átomo

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3. Los electrones se están moviendo a gran velocidad en torno al núcleo.

4. El tamaño del núcleo es muy pequeño en comparación con el del átomo (unas 100.000 veces menor)

MODELO ATÓMICO DE BOHR, PROPUESTO EN 1.913 Niels Bohr (1885-1962 fue un físico danés que aplicó por primera vez la hipótesis cuántica a la estructura atómica, a la vez que buscó una explicación a los espectros discontinuos de la luz emitida por los elementos gaseosos. Todo ello llevó a formular un nuevo modelo de la estructura electrónica de los átomos que superaba las dificultades del átomo de Rutherford.

La gran diferencia entre este y el anterior modelo es que en el de Rutherford los electrones giran describiendo órbitas que pueden estar a una distancia cualquiera del núcleo, mientras que en el modelo de Bohr sólo se pueden encontrar girando en determinados niveles Este modelo implicaba los siguientes postulados: 1. El electrón tenía ciertos estados definidos estacionarios de movimiento (niveles de energía) que le eran permitidos; cada uno de estos estados estacionarios tenía una energía fija y definida.

2. Cuando un electrón estaba en uno de estos estados no irradiaba pero cuando cambiaba de estado absorbía o desprendía energía.

3. En cualquiera de estos estados, el electrón se movía siguiendo una órbita circular alrededor del núcleo.

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MODELO ATÓMICO ACTUAL “MECANO- CUANTICO” Quienes sentaron las bases del nuevo modelo mecano -cuántico fueron tres científicos: a) En 1924, Louis de Broglie, postuló que los electrones tenían un comportamiento dual de onda y partícula. Cualquier partícula que tiene masa y que se mueve a cierta velocidad, también se comporta como onda. b) En 1927, Werner Heisenberg, sugiere que es imposible conocer con exactitud la posición, el momento y la energía de un electrón. A esto se le llama "principio de incertidumbre" c) En 1927, Erwin Schrödinger, establece una ecuación matemática que al ser resuelta permite obtener una función de onda llamada orbital. Esta describe probabilisticamente el comportamiento de un electrón en el átomo. Esta función es llamada densidad electrónica e indica la probabilidad de encontrar un electrón cerca del núcleo. La probabilidad es mayor mientras más cercana al núcleo y menor si nos alejamos del núcleo. Con esta teoría de Schrödinger queda establecido que los electrones no giran en orbitas alrededor del núcleo como el modelo de Bohr, sino en volúmenes alrededor del núcleo como una “nube de electrones”.

ACTIVIDAD  Elabore una línea del tiempo en su cuaderno en la que identifique los aportes y avances científicos que llevaron a la formulación del modelo atómico mecánico cuántico actual.  Suponga que usted es un científico que quiere proponer un nuevo modelo atómico.

Mencione al menos tres conocimientos y/o descubrimientos necesarios para que usted pueda formular su propuesta.

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La composición del átomo no es nada sencilla; en los próximos años se lograrán descubrir los secretos de este microcosmos. Desde los tiempos de Demócrito, hace 24 siglos, se lanzó la teoría de que el último constitutivo de la materia era el átomo.

En el átomo distinguimos dos partes: el núcleo y la corteza. El núcleo es la parte central del átomo y contiene partículas con carga positiva, los protones, y partículas que no poseen carga eléctrica, es decir son neutras, los neutrones.

La masa de un protón es aproximadamente igual a la de un neutrón. Todos los átomos de un elemento químico tienen en el núcleo el mismo número de protones. Este número, que caracteriza a cada elemento y lo distingue de los demás, es el número atómico y se representa con la letra Z. La corteza es la parte exterior del átomo. En ella se encuentran los electrones, con carga negativa. Éstos, ordenados en distintos niveles, giran alrededor del núcleo. La masa de un electrón es unas 2000 veces menor que la de un protón.

Los átomos son eléctricamente neutros, debido a que tienen igual número de protones que de electrones. Así, el número atómico también coincide con el número de electrones.

NÚMERO ATÓMICO, NÚMERO DE NEUTRONES Y NÚMERO DE MASA

NÚMERO ATÓMICO Los átomos de diferentes elementos presentan diferentes números de protones. El número atómico ―que se identifica con la letra

Z, por el término alemán zahl― indica la cantidad de

protones que se encuentran presentes en el núcleo de un átomo.

El número atómico define la configuración electrónica del átomo y permite el ordenamiento de los distintos elementos químicos en la tabla periódica, que comienza con el hidrógeno(Z=1) y sigue con el helio, el litio, el berilio, el boro, el carbono y el nitrógeno.

El número atómico fue propuesto por Henry Moseley en 1913, y determina el número de protones presentes en el núcleo de un átomo. Nos indica también, el número de orden o posición de un elemento en la tabla periódica. De manera general el número atómico se representa por la letra “Z”.

Los átomos que tienen el mismo valor de Z pertenecen al mismo elemento.

“El número de protones es igual al número de electrones”

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N°. Atómico (Z) = N°. De protones = N°. de electrones

Z = p+ = e -

De manera convencional el número atómico se escribe en la parte inferior izquierda del símbolo químico del elemento, por ejemplo: 1H

11Na

20Ca

Está dado por el número de protones. Si tenemos en cuenta un átomo de diferencia de otro por el número de protones, tenemos que habrá tantos átomos como conjunto de protones existan: El átomo número 1 es el H porque tiene 1 protón; el número 79 es el Au (oro) porque posee 79 protones.

EJERCITACION: Determine el elemento químico que conforma cada uno de los materiales que se relacionan en la Tabla. Con base en esta información, consulte la tabla periódica para completarla.

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NÚMERO DE MASA O NUMERO MÁSICO Número másico o conocido también como número de masa en lo que es el campo de la química es utilizado para representar el número de los protones y el número de los neutrones.

El número de masa es un número entero que corresponde a la suma de protones y neutrones y convencionalmente se representa con la letra A. Se escribe generalmente en la parte superior izquierda del símbolo químico del elemento.

1H

23Na

40Ca

El peso del átomo está dado por la masa del núcleo, suma de protones y neutrones. La masa de los electrones se considera mínima y no se tiene en cuenta. Si hay varios isótopos suele tomarse como peso atómico el isótopo que se halle más frecuentemente en la Naturaleza.

N°. de masa (A) = N°. de protones (p+) + N°. de neutrones (n0)

ISÓTOPOS Los *isótopos* son átomos que tienen el mismo número atómico, pero diferente masa atómica.

Es decir, contienen el mismo número de protones pero diferente en el número de neutrones.

La suma del número de protones y el número de neutrones de un átomo recibe el nombre de número másico y se representa con la letra A. Aunque todos los átomos de un mismo elemento se caracterizan por tener el mismo número atómico, pueden tener distinto número de neutrones.

Llamamos isótopos a las formas atómicas de un mismo elemento que se diferencian en su número másico.

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Para representar un isótopo, hay que indicar el número másico (A) propio del isótopo y el número atómico (Z), colocados como índice y subíndice, esta representación se le denomina núclido.

Cada elemento químico se caracteriza por el número de protones de su núcleo, que se denomina número atómico (Z). Así, el hidrógeno ( 1H) tiene un protón, el carbono ( 6C) tiene 6 protones y el oxígeno ( 8O) tiene 8 protones en el núcleo.

El número de neutrones del núcleo puede variar. Casi siempre hay tantos o más neutrones que protones. La masa atómica (A) se obtiene sumando el número de protones y de neutrones de un núcleo determinado.

Un núclido es la representación del núcleo atómico de un elemento utilizando el símbolo químico de éste (el cual se representa con la letra “X”), el número atómico (Z); el número de masa (A) ,de la forma siguiente: Utilizando los valores de A y Z del átomo de cloro, se puede obtener el número de electrones y neutrones que posee. A=35 Z = 17

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EL ATOMO Y LA MATERIA 1. Siga los pasos del siguiente procedimiento: a) Coloque una hoja de papel blanca tamaño carta sobre el pupitre (una por grupo), marque una 7 en el centro. b) Tome un puñado de clips o semillas (lentejas) u objetos muy pequeños, y calcule unos 25 cm de altura por encima de la 7. Deje caer los objetos sobre la hoja. c) Marque con el lápiz el lugar donde cayeron. d) Repita este procedimiento varias veces, hasta que tenga aproximadamente 30 marcas en el papel. e) Finalmente, dibuje un círculo alrededor de las marcas de la 7. Suponga que la hoja representa el átomo.

2 Responda en su cuaderno: a) ¿Qué representan las marcas en el papel? b) ¿Dónde cayeron la mayoría de los objetos? c) ¿Qué representa la equis (7)? d) ¿Qué representa el círculo en la hoja de papel? e) ¿Cómo se relaciona esta actividad con la teoría atómica actual y el principio de incertidumbre?

3 Tome un trozo de papel y divídalo cuantas veces pueda. a) ¿Cuál es el trozo más pequeño que podría hacer? b) ¿Qué relación tiene esta actividad con el tema de materia y átomo?

Los elementos químicos y la alimentación Los elementos químicos y la alimentación  La Tabla presenta algunos minerales fundamentales para los seres humanos. Complete la información consultando la tabla periódica de elementos químicos.

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 Busque las palabras desconocidas consultando el diccionario y elabore un glosario en su cuaderno.

PRUEBA SABER PREGUNTA DE SELECCIÓN MULTIPLE CON UNICA RESPUESTA (TIPO I) 1. Los electrones y protones son partículas cargadas eléctricamente, respetivamente estos poseen carga: A. Positiva, neutra B. Neutra, negativa.

C. Negativa, positiva.

D. Negativa, Negativa

2. El átomo no es indivisible ya que al aplicar un fuerte voltaje a los átomos de un elemento en estado gaseoso, éstos emiten partículas con carga negativa; este enunciado trata: A. Modelo atómico de Thomson.

B. Teoría atómica de Dalton.

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C. Modelo atómico de Bohr.

D. Modelo atómico de Rutherford.

RESPONDA LAS PREGUNTAS 3, 4 Y 5 DE ACUERDO CON LA SIGUIENTE INFORMACIÓN Se tiene un elemento “X” con las siguientes características:

3. El numero atómico (Z) es igual al número de protones que hay en el núcleo de un átomo y es igual a la carga positiva que hay en el núcleo. El número atómico es característico del elemento. ¿Cuál elemento de la tabla periódica, cumple con la información anterior?: A. B. C. D.

Bromo Mercurio Cloro Radio

4. De acuerdo con la información el número de neutrones es: A. B. C. D.

45 80 35 40

5. El numero atómico (Z) es igual al número de electrones que hay en los orbitales de un átomo y es igual a la carga negativa. El número atómico es característico del elemento. De acuerdo con la información ¿cuál es el número atómico?

A. B. C. D.

35 45 80 40

6. Los isótopos oxígeno-16, oxígeno-17 y oxígeno-18, se diferencian en: A. el número de protones.

B. el Número atómico.

C. el número de neutrones.

D. el número de electrones.

7. Un átomo tiene 12 protones, 13 neutrones y 12 electrones. ¿Cuál es su número atómico?

A. 13 B. 24 C. 12 D. 25

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8. Al bombardear los átomos de una lámina delgada con partículas cargadas positivamente, algunas rebotan en un pequeño núcleo situado en el centro del átomo; modelo o teoría llamada: A. Teoría atómica de Dalton.

B. Modelo atómico de Rutherford.

C. Modelo atómico de Thomson.

D. Modelo atómico de Bohr.

9. Los átomos de un mismo elemento químico tienen todos en su núcleo el mismo número de: A. electrones B. protones.

C. neutrones D. cuantos 10. Un átomo de volframio (W) tiene 74 protones y 108 neutrones. ¿Cuál es su masa atómica adecuada?

A. 74 B. 108 C. 182 D. 174