Los electrones en los átomos


evoluc_modelo_atomico

En esta imagen aparecen resumidos los modelos atómicos más importantes de la historia


Los griegos en el siglo IV a.C afirmaron que la materia estaba constituida por átomos.

Siglos más tarde Daltón en 1805  recogió la idea griega del átomo y publicó un modelo atómico a base de 4 postulados que estaba expresado mediante unas leyes:

  • Conservación de la materia.
  • Proporciones definidas.
  • Proporciones múltiples.
  • Proporciones recíprocas.
  • Etc.

En esencia venia a decir lo siguiente:

  • La materia está constituida por átomos que son esferas mazizas indestructibles.
  • Los átomos de un mismo elemento son iguales en masa y propiedades.
  • Los atomos de distintos elementos son diferentes en masa y propiedades.
  • Cuando átomos de distintos elementos reaccionan entre si lo hacen en proporciones muy sencillas dando lugar a átomos de otros elementos.

Ya por la época era conocida la relación entre la materia y las cargas eléctricas , cosa que el modelo de Daltón no podía explicar y esto da lugar al modelo atómico de Thomson en dicho modelo se habla de la existencia del electrón. Este es la primera partícula subátomica que se identificó. Su existencia se hizo evidente a partir de experiencias sobre la condutividad eléctrica de los gases. Los gases no son buenos conductores de electricidad, pero si se les aplica un voltaje de 15 000 V y se disminuye su presión a un valor inferior a 0,001 bar, se vuelven conductores a la vez que emiten luz.

Los rayos catódicos:

http://www.geocities.ws/edug2406/aparato_thomson.jpg

En esta imagen aparece el dispositivo que Thomson uso para su experimento. El “tubo de rayos catódicos”. Con este experimento descubrió la existencia del electrón.

Experimento realizado por Thomson.

Lo que hizo fue disminuir aún más la presión y observó que si se prodicía electricidad, pero se dejaba de emitir luz.

Cuando se llega a la presión de 0,0001 bar se produce un fenómeno : la emisión de una radiación invisible se pone de manifiesto al activar una sustancia fluorescente en el electrodo negativo, esta radiación viaja en línea recta y se le denomina “rayos catódicos”.

La naturaleza de esta radiación fue motivo de investigación entre los científicos, todos salvo Thomson y alguno más pensaban que esta radiación se trataba de ondas, Thomson y alguno más pensaban que se trataba de partículas.

Los rayos catódicos eran partículas que deberían desviarse por acción de un campo eléctrico . Para comprobarlo thomson construyó el siguiente tubo de rayos catódicos:

tubo de rayos catódicos Thomson

El descubrimiento del electrón:

El experimento de Thomson, los rayos catódicos se desviaban en la dirección correspondiente a las partículas negativas. A partir de la desviación de los rayos, Thomson pudo calcular la relación entre la carga eléctrica y la masa de estas partículas.

Se denomina carga elemental a la mínima carga del electrón que se ha encontrado en la naturaleza.

Puesto que los electrones procedían del metal que formaba el cátodo y no dependían del tipo de metal que se utlizara, se dedujo que eran partículas constitutivas de los átomos que forman cualquier metal o sustancia. De esta manera, la idea de que los átomos eran indivisibles tubo que ser descartada.

El modelo atómico de Thomson:

Puesto que la materia es neutra, los átomos también tienen que serlo. Si los electrones son partículas constititivas de los átomos y están cargadas negativamente, entonces es necesario que el resto de la estructura interna de los átomos tenga carga positiva.

La estrutura de un átomo se debe imaginar cómo están distribuidos la carga positiva y los electrones. Propuso un modelo que consideraba el átomo como una esfera con la masa y la carga positiva distribuidas uniformemente, y los en ella como si fueran las pasas de un pudin.


Modelo de Thompson (1)

Esta imagen representa lo que era el átomo para Thomson. La esfera grande naranja y positiva es lo que sería el átomo y las esferas pequeñas, azules/verdes y negativas son lo que sería para Thomson los electrones incrustados en el átomo.


Modelo atómico de Rutherford:

EXPERIMENTO DE RUTHERFORD:

Lo preparó junto con Hans Geiger y Ernest Marsden, era con el objetivo de poner a prueba el modelo atómico de Thomson. El experimento consistía en lanzar sobre una lámina de oro delgada un haz de partículas alfa, He^+2, procedentes de una muestra de radio.

El resultado fue que prácticamente todo el haz de partículas alfa atravesaba la lámina de oro sin desviarse, tal como se esperaba que ocurriera. Sin embargo, algunas partículas alfa se desviaban considerablemente y unas pocas retrocedían y rebotaban.

EXPERIMENTO DE RUTHERFORD

experimento de rutherford

La imagen superior representa el experimento de Rutherford. Que se explica superiormente.

Cuando Geiger y Marsden comunicaron los resultados a Rutherford este llego a la conclusión de que las partículas alfa habian chocado con un núcleo masivo (con una masa muy superior a la de las partículas alfa) y con carga positiva. El hecho de que fuesen pocas las particulas alfa que se desviaban fuertemente indicaba que ese núcleo debía de tener unas dimensiones muy pequeñas con respecto al tamaño del átomo; es decir que prácticamente la totalidad del átomo estaba vacío.

Su modelo atómico es llamado también modelo atómico nuclear y viene a decir lo siguiente:

  • La materia está constituida por átomos que son vacios.
  • Los átomos tienen un núcleo muy pequeño y positivo.
  • Muy alejados del núcleo se encuentran los electrones formando una corteza de carga negativa de igual valor que la positiva del núcleo. El tamaño del núcleo es 10^4 veces menor que el tamaño del átomo.
  • Si los electrones estuvieran en reposo, la fuerza de atracción electrostática entre el núcleo positivo y los electrones negativos daría lugar a que estos cayeran sobre el núcleo, colapsando así el átomo.
  • El átomo sería como un sistema solar en miniatura. Los electrones se movían alrededor del núcleo describiendo órbitas de esta manera la atracción electrostática proporcionaba la fuerza centrípeta necesaria para describir dichas órbitas circulares.

Esta imagen representa lo que era para Ernest Rutherford el átomo, el círculo positivo rojo que se encuentra en el centro sería el núcleo y la esfera azul un electrón cargado negativamente muy alejado del núcleo , en la corteza del átomo y girando al rededor del núcleo.

Los modelos ondulatorio y corpuscular de la luz:

La espectrospia atómica es la parte de la ciencia que habla sobre la estrutura electrónica de los átomos, estudia la forma en que la luz y los átomos interaccionan. Hay dos modelos que lo estudian: el modelo ondulatorio y el modelo corpuscular.

-Modelo ondulatorio de la luz:

Considera a la luz como una onda o radiación electromagnética, cuando una de estas se propaga, se produce la vibración de dos perturbaciones, una eléctrica y otra magnética.

Las ondas electromagnéticas se propagan tanto por medios materiales como en el vacío. Se describen tres magnitudes:

  • Longitud de onda (λ): Distancia entre dos puntos consecutivos en el espacio en el mismo estado de vibración. Se mide en metros.

http://www.cienciaonline.com/wp-content/uploads/2007/12/longitud-de-onda.gif

http://www.areatecnologia.com/images/grafica%20de%20la%20onda.gif

En esta imagen se ilustra la función que describe a una onda. Aparecen también ilustrados el concepto de longitud de onda y el de amplitud de onda. A modo de curiosidad aparecen otros conceptos que son el concepto de cresta y el concepto de valle. Una cresta es un máximo en la función de onda y un valle un mínimo en la función de onda.

  • Frecuencia (ν): Cantidad de vibraciones por segundo que experimenta la perturbación. Se mide en hertzios (Hz).
http://cnho.files.wordpress.com/2010/09/frecuencia.jpg?w=393&h=318

En esta imagen se representa la frecuencia de una onda en función del número de nodos que se encuentren en la misma.

  • Velocidad de propagación (c): Es la distancia recorrida por una onda en un segundo: c = λν. En el vacio es de 3,00 · 10^8 m/s.

La luz es la parte visible del denominado espectro electromagnético, que incluye además ondas de radio, microondas, inflarrojo, ultravioleta, rayos X y rayos gamma.

http://descubrirlaquimica.files.wordpress.com/2010/12/2d982-espectro_total.gif?w=616&h=277

En la imagen se representa el espectro electromagnético con sus distintas regiones y algunas curiosidades sobre las mismas.

Modelo corpuscular de la luz:

Cuando la luz interacciona con la materia en determinadas condiciones, parace comportarse más como una partícula que como una onda. En 1900 Plank postuló que la energía radiante se emite y se absorve en forma de “paquetes de energía”, que denominó quanta, con una energía:

E = hν

E = c/λ

ν = c/λ

La constante de Planck tiene un valor de h = 6,626 · 10^-34 J · s. En 1905 Albert Einstein concibió la luz y cualquier otra radiación electromagnética como un haz de “partículas” de energía, que denominó fotones, cuya energía E es proporcional a la frecuencia de la luz.

Los espectros atómicos:

Los espectros atómicos de los elementos permiten su identificación, de la misma manera que las huellas digitales permiten identificar a los humanos.

Se denomina dispersión cromática de la luz a cuando en un rayo de luz blanca, esta se separa en un haz más amplio de diferentes colores haciendola pasar a través de un prisma. Esto es debido a que el rayo de luz blanca está formada por diferentes radiaciones, el prisma lo que hace es separar esas radiaciones y por eso vemos diferentes colores. Esto es denominado espectro continuo de la luz blanca.

http://www.fisicanet.com.ar/quimica/estructura_atomica/ap1/espectros_emision02.gif

Espectro continuo de la luz blanca.

-Espectros de emisión y absorción:

espectro de emisión y absorción

En esta imagen se observan los espectros de emisión y de absorción de un mismo elemento. Si los superponemos se obtiene el espectro continuo de la luz blanca.

Espectro de emisión es cuando se encierra un elemento gaseoso en un tubo transparente y se calienta a una temperatura bien alta, se hace pasar a trabés de una rendija y luego a través de un prisma y se separan los diferentes colores, pero a diferencia de lo que ocurre con la luz blanca ahora se obtiene un espectro de rayas de color separadas entre sí, se denomina espectro de emisión discontinuo o de rayas.

Espectro de absorción es cuando mediante un espectroscopio se hace que la luz blanca atraviese un gas, se obtiene un espectro continuo con unas rayas negras, estas coinciden con el espectro de emisión de ese gas.

Modelo atómico de Böhr:

Los electrones se disponen alrededor del núcleo según niveles de energía creciente.

Sólo servía para explicar el átomo de hidrógeno.

Sus principales aspectos son:

  • El electrón de un átomo solo puede moverse en determinadas órbitas alrededor del núcleo. En cada órbita, el electrón tiene una determinada energía y, por tanto, solo son posibles determinados valores o niveles de energía permitidos para el electrón.
  • El nivel de energía más bajo corresponde a la órbita más próxima al núcleo. A medida que las órbitas electrónicas se alejan del núcleo sus energías crecen. Eñ modelo permite calcular teóricamente el valor de estos niveles de energía en función del número cuántico principal.

Explica el espectro del átomo de hidrógeno del siguiente modo:

  • El electrón ha de absorver energía para pasar de un nivel energético inferior a uno superior; sin embargo, cuando pasa de un nivel superior a otro inferior, emite energía en forma de radiación.
  • La energía del fotón emitido o absorbido es igual a la diferencia de energía ΔE, entre los niveles.
  • La frecuencia de la radiación emitida o absorvida viene dada por la ecuación: ν = ΔE/h.

Interpretación del espectro de hidrógeno:

Problemas:

Muy poco tiempo después el principio de indeterminación de Heisenberg obligó a desechar este modelo publicandose el modelo de orbitales según el cual los electrónes no describen trayactorias definidas sinó que ocupan unas zonas de probabilidad de encontrarlos a las que llamamos orbitales.

Resumiendo lo anterior podemos decir que la materia está constituida por átomos y que estos a su vez en núcleo y corteza.

La corteza está constituida por electrones mientras que el núcleo se comprobó que lo constituían protones(partícula unas 2000 veces mayor que el electrón de caga positiva) y neutrones, de masa semejante a la del protón y sin carga eléctrica.

Se llama número másico y se signa mediante la letra A el número de protones + el de neutrones de un átomo.

Número atómico signado mediante Z es el número de protones del núcleo de un átomo que siendo neutro coincide con el número de electrones.

Cuando cambia el número de electrones de un átomo se convierte en un ión que se llama catión si es positivo y anión si es negativo, si cambia el número de protones se convierte en un átomo de otro elemento.

Si cambia el número de neutrones se convierte en un isótopo, es decir, átomo del mismo elemento pero de diferente masa atómica por tener distinto número de neutrones.

Pléyade es el conjunto de isótopos estables de un elemento; así la pleyade del hidrógeno la constituyen el protio, el deuterio y el tritio de masas atómica 1,2 y 3 respectivamente.

Para representar un átomo cualquiera se coloca su símbolo químico en la parte inferior izquierda, su número atómico Z y en la superior izquierda su masa atómica A.

http://descubrirlaquimica.files.wordpress.com/2010/12/27213-numerodemasa.gif?w=450

Y se representan al lado los protones, electrones y neutrones.

La corteza electrónica no es simple sinó que está constituida por una seria de niveles de energía y cada uno de ellos con diferentes cantidades de electrónes así el primero puede contener 2 el segundo 8 el tercero 18 y el cuarto 32 etc formando al conjunto una especie de nube negativa alrededor del núcleo.

Si quieres ampliar tu información sobre partículas subatómicas haz click aquí.

A continuación os muestro un artículo que yo misma he elaborado sobre este tema a un nivel más avanzado:

(los electrones en los átomos)

Descubrirlaquimica. Estudiante de química en la USC.

Última actualización: 14/04/2014

Deja un comentario

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s


%d personas les gusta esto: