Teoría Cuantíca y Estructura Atómica

Teoría Cuantíca y Estructura Atómica

Antecedentes del átomo

¿Qué es el átomo?

Es la unidad más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades y que no es posible dividir mediante procesos químicos. Con el desarrollo de la física nuclear en el siglo XX se comprobó que el átomo puede subdividirse en partículas más pequeñas.

Leucipo formuló las primeras doctrinas atomistas, que serían desarrolladas por Demócrito, Epicuro y Lucrecio.

460-370 a. de C. Demócrito desarrolló la teoría de que el universo está formado por espacio vacío y un número (casi) infinito de partículas invisibles, que se diferencian unas de otras en su forma, posición, y disposición. Toda la materia está hecha de partículas indivisibles llamadas átomos.

1804 Dalton publica su teoría atómica: materia formada por partículas indivisibles.

El átomo y sus partículas subatómicas

¿Que son las partículas subatómicas?

Es una partícula más pequeña que el átomo, y se le denomina partícula a un cuerpo dotado de masa, y del que se hace abstracción del tamaño y de la forma, puede ser elemental o compuesta.

Electrón

El electrón (Del griego ελεκτρον, ámbar), comúnmente representado por el símbolo: e−, es una partícula subatómica o partícula elemental de tipo fermiónico. En un átomo los electrones rodean el núcleo, compuesto únicamente de protones y neutrones.

La existencia del electrón fue postulada por G. Johnstone Stoney, como una unidad de carga en el campo de la electroquímica. El electrón fue descubierto por Joseph John Thomson en 1897 en el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, mientras estudiaba el comportamiento de los rayos catódicos. En un átomo los electrones rodean el núcleo, los electrones tienen una masa pequeña respecto al protón, y su movimiento genera corriente eléctrica Estas partículas desempeñan un papel primordial en la química ya que definen las atracciones con otros átomos.

Protón

Eugen Goldstein (1850-1931), al estudiar los rayos catódicos, observó en 1886, que empleando un tubo de rayos catódicos modificado, con el cátodo perforado, pasaban unos rayos catódicos y podían ser estudiados en su avance hacia una pantalla, situada detrás del cátodo, y en la cual producían una fluorescencia característica. Los denominó rayos canales. Estas partículas positivas sufrían desviaciones hacia la placa negativa de un campo eléctrico externo al que podían ser sometidos. A estos rayos J.J. Thomson les dio, en 1907, el nombre de rayos positivos. Los rayos canales o positivos están pues constituidos por iones positivos y dependen del gas encerrado en el tubo. Si el gas es hidrógeno, la relación carga/masa es la mayor de todas las encontradas para los rayos positivos, lo cual sugirió que el ion positivo del átomo de hidrógeno era otra partícula subatómica: el protón, denominado asé por Ernest Rutherford en 1914. La masa del protón es 1836 veces mayor que la del electrón, siendo su carga igual pero de signo contrario. Imagen 12.

Es una partícula subatómica con una carga eléctrica elemental positiva algunas teorías predicen que el protón puede desintegrarse

• El protón y el neutrón, en conjunto, se conocen como nucleones, ya que conforman el núcleo de los átomos. Límite inferior en su vida media de unos 1035 años.

Neutrón

La existencia de las partículas subatómicas denominadas neutrones ya había sido predicha y aceptada con anterioridad, pero el hecho de que no tuvieran carga eléctrica hacía bastante difícil su detección efectiva.

• Es una partícula sin carga eléctrica. Fuera del núcleo atómico es inestable y tiene una vida media de unos 15 minutos El neutrones necesario para la estabilidad de casi todos los núcleos atómicos la única excepción es el hidrógeno.

Rayos Catódicos y Rayos anódicos

Rayos catódicos

Los rayos catódicos, son corrientes de electrones que se pueden apreciar en tubos al vacío de cristal con electrodos (un cátodo, el negativo, y un ánodo, el positivo), aplicando un voltaje. Al cubrir la capa interna del tubo de vacío correspondiente al ánodo con algún material fosforescente, esta brilla El nombre de estos rayos fue propuesto por Eugen Goldstein Fue un físico alemán, pero solo J.J. Thompson, un físico británico, fue quien determinó que estos rayos estaban compuestos de una partícula cargada negativamente, la que se nombró como "electrón".

Aplicaciones

Las principales aplicaciones de este descubrimiento o fenómeno, las ves en los tubos de rayos catódicos primeramente desarrollados por Ferdinand Braun en 1897, lo que llevó a la creación de pantallas fluorescentes capaces de desplegar imágenes, y asea de TV (Imagen 16) o monitores Imagen 17 (los primeros monitores eran CRT, nombre para este tubo de rayos), radares u osciloscopios. producto del impacto de los electrones

Rayos anódicos

El físico E. Goldstein(Imagen 18) para estudiar el fenómeno del tubo de descarga uso un cátodo perforado e introdujo H2 gas enrarecido. Esto produjo una radiación que se reflejaba detrás del cátodo lo indicaba que procedían del ánodo. A estas radiaciones las llamó rayos canales o rayos anódicos.

Experimento de E. Goldstein

Este experimento demostró la existencia de los rayos canales, y que tienen una naturaleza positiva ya que salen del ánodo.

ü Si se introduce en un campo magnético un ánodo, todo ello dentro de un tubo hermético donde se introduce un gas enrarecido, la luz de los rayos catódicos se dirigía hacia la placa negativa del campo magnético, por lo que se comprobó que se comportaban como una corriente eléctrica de carga positiva.

ü Las partículas de los rayos anódicos debían de ser otras partículas constituyentes fundamentales de toda la materia, y esa partícula distinta del electrón coincidía con el núcleo del H2 que era el gas que se encontraba dentro del tubo de descarga, esa partícula es el protón.

ü Protón

ü Carga positiva

ü Masa 1840 veces mayor que la del electrón, su masa es de 1 u.m.a

BASE EXPERIMENTAL DE LA TEORÍA CUANTICA

Número Atómico.− Número de electrones que es igual a su número de protones del elemento.

Número de Masa.− Es la suma de protones y neutrones que contiene el núcleo.

Isótopo.− Es el elemento que tiene igual número atómico que otro con distinto número de neutrones

...