ESTRUCTURA ATOMICA Y PROPIEDADES PERIODICAS

CAPITULO I

ESTRUCTURA ATOMICA Y PROPIEDADES PERIODICAS.

1.1.- TEORÍA ATÓMICA MODERNA Y CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA.

1.1.1.- Introducción a la teoría atómica moderna.

Actualmente sabemos que el átomo es una partícula Fundamental de la materia que conserva sus propiedades físicas y químicas y que puede participar en reacciones químicas.

También tenemos la información de que el átomo está constituido por partículas subatómicas de las cuales se han descubierto alrededor de unas 30; de estas las más Importantes dentro de nuestro estudio del átomo son tres: el protón, el neutrón y el electrón.

El protón y el neutrón se encuentran en el núcleo del átomo y tienen casi la misma masa. El electrón se encuentra girando alrededor del núcleo en unos espacios que los conocemos como orbitales.

El electrón su masa es insignificante en relación con la masa del electrón y del protón; por lo tanto lo que le da peso del átomo está concentrado en el núcleo.

El protón y el electrón tienen carga eléctrica; siendo la del protón positiva (+) y la del electrón negativa (-). Las cargas de estas dos partículas son iguales y opuestas. El neutrón no tiene carga. Debido a la carga de estas tres partículas concluimos que el átomo es eléctricamente neutro.

La carga eléctrica del electrón es extremadamente pequeña. Es la unidad elemental (u.e). Así la carga de cualquier cuerpo tiene que ser un múltiplo de la carga del electrón (o del protón) 1.6 x 10 -19 Coulombios.

___Carga________________________

Partícula Símbolo Masa relativa u e. C.

Protón p 1.0073 +1 + 1.601864 x 10-19

El tamaño real de un átomo es pequeñísimo tanto que sería imposible tener un átomo en las manos e imposible medirlo. El diámetro del átomo fue calculado experimentalmente por Ernest Rutherford cuando en 1909 apoyado por sus discípulos Hans Geiger y Ernest Marsden llegó a la conclusión de que la mayor parte del átomo era espacio vacío y la masa mayoritaria del átomo estaba concentrada en un núcleo muy pequeño cuyo diámetro era 10,000 veces menor que el diámetro del átomo en si. Estableciendo Rutherford el modelo atómico siguiente: el átomo es como un sistema solar en miniatura formado por un núcleo muy pequeño y con carga positiva el cual contiene la mayor parte de la masa del átomo y los electrones de carga negativa que giran como los planetas a su alrededor.

 El átomo en su mayoría es espacio vacío.

 Está constituido por un núcleo con carga positiva que contengan los neutrones y protones.

 Es como un sistema solar en miniatura siendo el sol el núcleo y los planetas los electrones.

 Es eléctricamente neutro. (No. de protones = No.de neutrones).

Diámetro del átomo: 0.00000001= 10-8 cm = 1 0A (ángstrom)

Diámetro del núcleo: 0.000000000001 cm. = 10 -12 cm = 10 -4 0A (ángstrom).

El número atómico de un átomo es igual al número de protones que se encuentran en su núcleo. Pero como es eléctricamente neutro el número de protones es igual al número de electrones que giran alrededor del núcleo; por lo tanto el número atómico = número de protones = número de electrones = Z. El número atómico se representa con la letra Z.

Los átomos de un mismo elemento todos ellos tienen el mismo número atómico y si tienen el mismo número atómico, tienen también las mismas propiedades químicas.

Existen átomos de un mismo elemento que pueden tener el mismo número atómico; pero diferente masa, debido a que algunos de ellos varían en el número de protones que se encuentran en su núcleo. Teniendo así diferente masa. El número de masa de un átomo se representa con la letra A.

A= Número de Protones + Número de Neutrones

A estos átomos de un mismo elemento que tienen el mismo número atómico, pero diferente masa y mismas propiedades químicas se les conoce como ISOTOPOS.

Por ejemplo el elemento hidrógeno tiene tres tipos de átomos que se llaman protio, deuterio y tritio. Todos ellos tienen un solo protón en su núcleo y un electrón girando alrededor del núcleo. Pero las masas de su núcleo son diferentes ya que el protio no tiene protones, el deuterio tiene un protón el tritio tienen dos protones.

TABLA 1.1.- ISOTOPOS DEL HIIDROGENO

Especies Símbolo Número de protones Número de neutrones Abundancia Natural %

Protio 11H o P 1 0 99.985

Deuterio 21H o D 1 1 0.015

Tritio * 31H o T 1 2 0

El símbolo del elemento hidrógeno es H; el superíndice indica la masa del átomo (suma de protones y neutrones en el núcleo); el subíndice indica el número atómico (el número de protones).

* El tritio es sintético.

CONCEPTOS PREVIOS PARA COMPRENDER LA MECÁNICA CUÁNTICA DEL ÁTOMO.

INTRODUCCIÓN.- Es necesario para nuestra comprensión de la teoría atómica moderna estudiar algunos conceptos que nos explican el comportamiento de los electrones: ¿dónde realmente se encuentran ubicados en el átomo?, ¿cómo es su movimiento?, ¿cómo liberan o absorben energía los átomos por las transiciones electrónicas? Por tal motivo vamos a estudiar: Radiación Electromagnética, Espectro Electromagnético y sus características.

No podemos adentrarnos en la teoría de Cuantización de Bohr sin conocer la teoría de la mecánica quántica establecida por el físico alemán Max Planck en 1900 quien es el iniciador de esta disciplina; la cual ha servido de sustento a la estructura atómica moderna y molecular.

 ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO.

RADIACION.- Es el término empleado para describir la emisión y transmisión de energía a través del espacio en forma de ondas.

RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA.- Es una manifestación de la energía radiante que al moverse o desplazarse en el espacio produce campos eléctricos y magnéticos de oscilación uniforme llamadas ondas. La radiación electromagnética se caracteriza por su longitud de onda ( y su velocidad (c).

Espectro Electromagnético.- Es la identificación y representación de las radiaciones electromagnéticas. Por ejemplo el Espectro electromagnético de la energía solar comprende varias regiones o zonas que van desde los rayos cósmicos hasta las ondas de radio; correspondiendo a cada región un determinado rango de longitudes de onda que viajan a una velocidad de 2.9 979 x 10 10 cm/s (generalmente se redondea a 300,000Km /seg.) y una frecuencia determinada. La luz blanca es una radiación dentro del rango del visible cuyas longitudes de ondas van de 3900°A a 7000°A (Angstroms) Esta radiación es percibida por el ojo humano. Por lo tanto la radiación electromagnética se caracteriza por su longitud de onda y su velocidad.

La frecuencia (de la radiación electromagnética se puede calcular por su longitud de onda y su velocidad.

 c / .

Amplitud de onda es la altura que va desde el inicio de la onda hasta la cresta.

Longitud de onda.- es la distancia que recorre una oscilación completa La longitud de onda se miden en ángstrom, o en nanómetros.

Frecuencia.- es el número de ondas que pasan por un punto en un segundo. Se mide en Hertz o en Watts.

Longitud de onda Frecuencia

A mayor longitud de onda menor frecuencia y menor energía; a menor longitud de onda mayor frecuencia y mayor energía. Por lo tanto la frecuencia de una radiación es directamente proporcional a la energía. En cuanto mayor sea la frecuencia el poder de penetración de la radiación es mayor y más dañino para nosotros.

Los rayos cósmicos, rayos gamma, rayos X y ultravioleta se les llama Radiaciones Ionizantes (provocan ionización de los átomos). Tienen un poder agresivo y dañino para nuestro organismo; cuando nos exponemos frecuentemente y muy cerca a este tipo de radiaciones sin protección. Actúan a nivel genético celular cambiando la información genética de las células produciendo diferentes tipos de alteraciones en el organismo como diferentes tipos cáncer, ceguera parcial o total desequilibrio a nivel cerebral y anormalidades en la formación de un nuevo ser.

Radiaciones No Ionizantes.- Son las de la región del visible, infrarrojo, T. V. ondas de radio y microondas. Estas también son peligrosas pero sus longitudes de ondas son de menor energía por lo tanto son de menor poder de penetración.

La siguiente tabla muestra el espectro electromagnético, con sus longitudes de onda, frecuencias y energías de fotón:

Longitud de onda (m)

Frecuencia (Hz)

Energía (J)

Rayos gamma < 10 pm >30.0 EHz >19.9E-15 J

Rayos X < 10 nm >30.0 PHz >19.9E-18 J

Ultravioleta Extremo < 200 nm >1.5 PHz >993E-21 J

Ultravioleta Cercano < 380 nm >789 THz >523E-21 J

Luz Visible < 780 nm >384

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