Estructura atómica Estructura atómica Química Estructura atómica Primeros modelos atómicos © Oxford University Press España, S. A. Química 2º Bachillerato 2 Estructura atómica Modelo atómico de Thomson • • • La materia es densa, sin oquedades El átomo es una masa de protones en la que están insertos electrones El átomo es neutro: tiene tantos protones como electrones. Modelo del «pudin de pasas» de Thomson. © Oxford University Press España, S. A. Modelo atómico de Rutherford • • El átomo tiene estructura planetaria: El átomo es neutro: tiene tantos protones como electrones. r átomo 104 r núcleo Modelo atómico de Rutherford. Química 2º Bachillerato 3 Estructura atómica Modelo atómico de Bohr Antecedentes © Oxford University Press España, S. A. Química 2º Bachillerato 4 Estructura atómica Teoría fotónica de Planck • • • Los cuerpos emiten energía de forma discontinua (fotones) Energía de la radiación = E. del fotón Intensidad de la radiación = Número de fotones. El efecto fotoeléctrico • • • Radiación emitida por un cuerpo negro . © Oxford University Press España, S. A. Iluminando el cátodo con una luz de energía superior a un umbral, se pueden arrancar electrones. La intensidad de la corriente es proporcional a la intensidad de la luz. La energía de los fotoelectrones es proporcional a la energía de la luz. Einstein explicó el efecto fotoeléctrico. Química 2º Bachillerato 5 Estructura atómica Espectros atómicos • Espectro de absorción complementario del espectro de emisión de un átomo. E. absorción: Líneas negras en fondo de color • E. emisión: Líneas de color en fondo negro Series espectrales en el átomo de H. Grupos de líneas cuyas longitudes de onda se pueden relacionar matemáticamente. Fórmula de Rydberg © Oxford University Press España, S. A. Química 2º Bachillerato 6 Estructura atómica Modelo atómico de Bohr © Oxford University Press España, S. A. Química 2º Bachillerato 7 Estructura atómica Postulados de Bohr 1. Átomo: estructura nuclear. Los electrones giran en órbitas estables. 2. Órbitas permitidas para el electrón: las que cumplen 3. Un electrón puede pasar de una órbita a otra absorbiendo o emitiendo un fotón cuya energía coincida con la diferencia © Oxford University Press España, S. A. Química 2º Bachillerato 8 Estructura atómica Consecuencias de los postulados de Bohr 1. Expresa el radio de la órbita del electrón en función de un número cuántico y una constante cuyo valor depende del número atómico del átomo. 2. Expresa la energía del electrón en una órbita en función de un número cuántico y una constante cuyo valor depende del número atómico del átomo © Oxford University Press España, S. A. Química 2º Bachillerato 9 Estructura atómica Aciertos del modelo de Bohr • Explica que el espectro de emisión es complementario del de absorción: • Justifica la fórmula de Rydberg: Limitaciones del modelo de Bohr • No explica el espectro de los átomos polielectrónicos. 1. 2. 3. Espectro previsto por Bohr Espectro obtenido Espectro en el interior de un campo magnético (efecto Zeeman) Efecto de espín 4. Requiere establecer 4 números cuánticos para explicar los niveles energéticos del electrón en un átomo. © Oxford University Press España, S. A. Química 2º Bachillerato 10 Estructura atómica Modelos mecanocuánticos © Oxford University Press España, S. A. Química 2º Bachillerato 11 Estructura atómica Antecedentes teóricos Dualidad onda‐corpúsculo Principio de incertidumbre Principio de Louis de Broglie: Toda partícula que se mueve lleva asociada una onda cuya longitud de onda es: Principio de Heisenberg: Es imposible conocer simultáneamente con precisión la posición y la cantidad de movimiento de una partícula: Consecuencia: el electrón describe ondas. Para que sean estacionarias: Consecuencia: no hay certeza de que el electrón esté en un lugar del átomo. Solo hay cierta probabilidad de que esté. 2 r n n h mv mvr © Oxford University Press España, S. A. h 2 Química 2º Bachillerato 12 Estructura atómica Ecuación de onda de Schrödinger Órbita: Línea que describe el electrón en su movimiento alrededor del núcleo (Modelo de Bohr) Orbital: Región del espacio en la que hay una probabilidad superior al 90% de encontrar al electrón (Modelo mecánico ondulatorio) © Oxford University Press España, S. A. Química 2º Bachillerato 13 Estructura atómica Números cuánticos En la resolución de la función de onda para un determinado electrón, surgen cuatro números cuánticos cuyo valor determina el nivel energético de ese electrón en el átomo: Densidad de probabilidad de distintos tipos de orbital © Oxford University Press España, S. A. Química 2º Bachillerato 14 Estructura atómica Forma espacial de los orbitales El valor de los números cuánticos n, l y m determina el tamaño, la forma y la orientación de los orbitales: © Oxford University Press España, S. A. Química 2º Bachillerato 15 Estructura atómica Partículas elementales de la materia © Oxford University Press España, S. A. Química 2º Bachillerato 16 Estructura atómica Partículas elementales Dos tipos: 1. Leptones: se observan como partículas independientes. 2. Quarks: no se observan como partículas independientes. Tienen carga de color. Cada partícula tiene su antipartícula Se organizan en tres familias: 1. Familia 1: forman la materia conocida 2. Familia 2: partículas de alta energía. Detectadas en la radiación cósmica o generadas en los aceleradores de partículas 3. Familia 3: partículas de muy alta energía. Se formaron en el big bang. © Oxford University Press España, S. A. Química 2º Bachillerato 17 Estructura atómica Partículas elementales Hadrones: agrupaciones de quarks. La carga de color total debe ser blanca. Dos tipos: 1. Bariones: combinaciones de tres quarks. Ejemplo, el protón 2. Mesones: combinaciones de dos quarks. Ejemplo, el pion © Oxford University Press España, S. A. Química 2º Bachillerato 18 Estructura atómica Interacciones fundamentales entre partículas © Oxford University Press España, S. A. Química 2º Bachillerato 19 Estructura atómica Órdenes de magnitud en la materia © Oxford University Press España, S. A. Química 2º Bachillerato 20
