MODELO MECANO MODELO MECANO CUCUÁÁNTICONTICO

Primer APrimer Añño Medioo Mediomonica.ibanez@lbvm.clmonica.ibanez@lbvm.cl

Los Los áátomos y su historiatomos y su historia

Obj. De hoy:Obj. De hoy:1. Recordar los modelos anteriores a 1. Recordar los modelos anteriores a la teorla teoríía Cua Cuáántica.ntica.2. Identificar las part2. Identificar las partíículas culas subatsubatóómicasmicas

Modelos atModelos atóómicosmicosDemDemóócritocrito,500 a,500 añños a.C. propuso que la os a.C. propuso que la materia no podmateria no podíía dividirse infinitamente, a dividirse infinitamente, debdebíía existir una parta existir una partíícula pequecula pequeñña que a que fuese la esencia de la materia, le puso de fuese la esencia de la materia, le puso de nombre nombre “á“átomotomo””..John DaltonJohn Dalton, (1803),, (1803), inglingléés, propone s, propone que la materia es discontinua, formada que la materia es discontinua, formada por la unipor la unióón de n de áátomos. Dice que:tomos. Dice que:

�� los elementos qulos elementos quíímicos estmicos estáán formados n formados por partpor partíículas muy pequeculas muy pequeññas e indivisibles as e indivisibles llamadas llamadas áátomos. tomos.

�� Todos los Todos los áátomos de un mismo elemento tomos de un mismo elemento son iguales entre sson iguales entre síí..

�� Postula que un Postula que un elementoelemento estestáá formado por formado por áátomos iguales y que un tomos iguales y que un compuestocompuesto esta esta formado por formado por áátomos diferentes.tomos diferentes.

El modelo atEl modelo atóómico de Thomsonmico de Thomson(1897)(1897)J. J. Thomson, despuJ. J. Thomson, despuéés de descubrir la s de descubrir la existencia de los electrones, intuyexistencia de los electrones, intuyóó la existencia de la existencia de carga positiva en el carga positiva en el áátomo, dada que los tomo, dada que los áátomos eran neutros. Propuso un modelo de tomos eran neutros. Propuso un modelo de áátomo que consisttomo que consistíía en una esfera maciza a en una esfera maciza cargada positivamente, en la que secargada positivamente, en la que sehallaban incrustados los electrones, hallaban incrustados los electrones, con carga negativa, como si fuera con carga negativa, como si fuera ««un pastel de pasasun pastel de pasas»»..

Este primer modelo atEste primer modelo atóómico fue mico fue aceptado por la comunidad cientaceptado por la comunidad cientíífica.fica.

CaracterCaracteríísticas de las partsticas de las partíículas culas subatsubatóómicas. micas.

cargacarga

electrelectróónn

neutrneutróónn

protprotóónn

UbicaciUbicacióónnCarga Carga (signo)(signo)

Masa (g)Masa (g)SSíímm--bolobolo

PartPartíícucu--lala

CaracterCaracteríísticas de las partsticas de las partíículas culas subatsubatóómicas. micas.

--1,61,6··1010--19 19 coulombcoulomb

1,61,6··1010--19 19

coulombcoulomb

1,61,6··1010--19 19

coulombcoulomb

cargacarga

Nube Nube electrelectróónicanica

negativnegativaa

9,1109,110··1010--2828g g eeelectrelectróónn

nnúúcleocleoSin Sin cargacarga

1,6751,675··1010--2424g g nnneutrneutróónn

nnúúcleocleopositivapositiva1,6731,673··1010--2424g g ppprotprotóónn

UbicaciUbicacióónnCarga Carga (signo)(signo)

Masa (g)Masa (g)SSíímm--bolobolo

PartPartíícucu--lala

la masa del electrla masa del electróón es 1840 < masa del protn es 1840 < masa del protóón.n.

Modelo de RutherfordModelo de Rutherford,,19111911RealizRealizóó una experiencia que lo una experiencia que lo llevllevóó a concluir que el a concluir que el áátomo esttomo estááconstituido por un nconstituido por un núúcleo que cleo que contiene a casi toda la masa y que los contiene a casi toda la masa y que los elecelec--tronestrones negativos girarnegativos giraríían alrededor an alrededor en en óórbirbi--tas eltas elíípticas o circulares. pticas o circulares. ““Si el nSi el núúcleo fuese del tamacleo fuese del tamañño de o de mi pumi puñño, o,

el el áátomo sertomo seríía del tamaa del tamañño de una o de una cancha cancha

de fde fúútboltbol””. .

Predijo que debPredijo que debíían existir neutrones.an existir neutrones.

Las partLas partíículas de los elementos.culas de los elementos.

Obj. de hoy: Determinar el Obj. de hoy: Determinar el nnúúmero de mero de partpartíículas que culas que poseen los poseen los áátomos.tomos.

¿sabías que cada átomo es diferente a otro, por la cantidad de partícu-las subatómicas que

posee?

En la Tabla PeriEn la Tabla Perióódica hay mucha dica hay mucha informaciinformacióón sobre los elementos, n sobre los elementos, por ejemplo, cada elemento de la por ejemplo, cada elemento de la Tabla periTabla perióódica posee un Ndica posee un Núúmero mero atatóómico y un Nmico y un Núúmero mmero máásico que sico que lo identifica. lo identifica.

InformaciInformacióón destacable sobre los n destacable sobre los áátomos:tomos:

El NEl Núúmero mero atatóómico, mico, ZZ, indica , indica

el nel núúmero de mero de protones que hay protones que hay

en el nen el núúcleocleo

Si el Si el áátomo es tomo es neutro, tendrneutro, tendráá

la misma la misma cantidad de cantidad de electrones.electrones.

A, es el nº másico e indica el nº de protones más neutrones

que hay en el átomo

Actividad: SeActividad: Seññale cuale cuáántas partntas partíículas culas subatsubatóómicas poseen los siguientes micas poseen los siguientes áátomos :tomos :

1H2

1H1

7N14

5B11

20Ca40

82Pb207

6C14

6C12

11Na23

electronesneutronesprotonesNombreAZÁtomo

ISOISO: conceptos iguales: conceptos iguales

IsIsóótopostopos: : áátomos de un tomos de un mismis--momo elemento, con elemento, con diferente cantidad de diferente cantidad de neutrones. neutrones. (igual Z, diferente A)(igual Z, diferente A)IsIsóóbarosbaros:: áátomos de tomos de diferendiferen--te elemento, con te elemento, con igual igual nnúúmeme--ro mro máásico sico (diferente Z, = A)(diferente Z, = A)IsIsóótonostonos:: áátomos tomos diferentes, con diferente diferentes, con diferente nnúúmero mmero máásico, pero con sico, pero con igual cantidad de igual cantidad de neutrones neutrones

6C125B11isó-

tonos

7N146C14isó-

baros

6C14

1H26C12

1H1isótopos

AsignaciAsignacióón de trabajo:n de trabajo:1.1.-- Redactar sobre las investigaciones de los Redactar sobre las investigaciones de los siguientes cientsiguientes cientííficos:ficos:

Max Max PlanckPlanck, Albert Einstein,, Albert Einstein,Niels Bohr, Werner Niels Bohr, Werner HeissenbergHeissenberg, , Louis de Broglie, Louis de Broglie, ErwinErwin SchrodingerSchrodinger2.2.--Investigar cuales recibieron el Premio Investigar cuales recibieron el Premio NNóóbel por su aporte a las Ciencias y en bel por su aporte a las Ciencias y en que aque añño.o.

3.3.-- Exponer al curso y elaborar un trExponer al curso y elaborar un trííptico ptico de uno de ellos, para exponer en el Diario de uno de ellos, para exponer en el Diario Mural.Mural.

Hacia la mecHacia la mecáánica cunica cuáánticantica

Obj. de hoy:Obj. de hoy:

Exponer al curso las Exponer al curso las investigaciones realizadas, investigaciones realizadas, para introducirnos a la teorpara introducirnos a la teoríía a de la Mecde la Mecáánica Cunica Cuáántica.ntica.

Nacimiento de la FNacimiento de la Fíísica cusica cuáántica:ntica:Objetivo de hoy: Identificar los Objetivo de hoy: Identificar los factores que permitieron llegar a factores que permitieron llegar a estudios cuestudios cuáánticos.nticos.

La FLa Fíísica es una rama de las ciencias sica es una rama de las ciencias que estudia el comportamiento de los que estudia el comportamiento de los cuerpos, sin embargo, la Fcuerpos, sin embargo, la Fíísica clsica cláásica sica no permite explicar el no permite explicar el comportamiento de partcomportamiento de partíículas tan culas tan pequepequeññas como los as como los áátomos.tomos.

Hay tres fenHay tres fenóómenos cientmenos cientííficos que tiene ficos que tiene que ver con las radiaciones que puede que ver con las radiaciones que puede producir un cuerpo y que no pudieron ser producir un cuerpo y que no pudieron ser explicados por la Fexplicados por la Fíísica Clsica Cláásica hasta los sica hasta los aañños 1900. os 1900.

Estudios de los cientEstudios de los cientííficos de la ficos de la éépoca, poca, permitieron entender estos fenpermitieron entender estos fenóómenos, pero menos, pero desde otra perspectiva, formulan sus desde otra perspectiva, formulan sus hiphipóótesis y teortesis y teoríías en base a la recias en base a la reciéén n descubierta cuantificacidescubierta cuantificacióón de la energn de la energíía. a.

Vemos estos tres fenVemos estos tres fenóómenos:menos:

Max Max PlanckPlanck ( 1900), radiaci( 1900), radiacióón de cuerpo n de cuerpo oscuro.oscuro.Los quemadores de una estufa, es un Los quemadores de una estufa, es un cuerpo que no emite radiacicuerpo que no emite radiacióón si estn si estááapagada (cuerpo oscuro), si estapagada (cuerpo oscuro), si estáácaliente, emite una radiacicaliente, emite una radiacióón roja n roja intensa. Los conceptos de longitud de intensa. Los conceptos de longitud de onda no permitonda no permitíían explicar esta an explicar esta radiaciradiacióón. No cuadraba la fn. No cuadraba la fíísica clsica cláásica.sica.PlanckPlanck pudo explicarla con la hippudo explicarla con la hipóótesis:tesis:La energLa energíía puede liberarse (o ser a puede liberarse (o ser absorbida) por los absorbida) por los áátomos en unidades tomos en unidades pequepequeññas, llamadas as, llamadas ““cuantoscuantos”” de de energenergíía.a.

Un cuanto es la mUn cuanto es la míínima energnima energíía que a que se puede emitir en forma de radiacise puede emitir en forma de radiacióón n electromagnelectromagnéética. Si la luz del sol es tica. Si la luz del sol es una radiaciuna radiacióón electromagnn electromagnéética, tica, éésta sta llega a la tierra en forma de cuantos llega a la tierra en forma de cuantos de energde energíía. a.

¿¿leamos lo que dice Raymond Chang leamos lo que dice Raymond Chang sobre la analogsobre la analogíía de la e. cua de la e. cuáántica?. ntica?. PPáágg 2323

Albert Einstein, Efecto fotoelAlbert Einstein, Efecto fotoelééctrico:ctrico:

Una superficie Una superficie metmetáálica que recibe lica que recibe energenergíía puede emitir a puede emitir electrones, lo que electrones, lo que genera corriente genera corriente elelééctrica. ctrica.

La Física clásica no puede explicar este comportamiento de los electrones.

En 1905, Einstein permite explicar el En 1905, Einstein permite explicar el efecto fotoelefecto fotoelééctrico dice que la luz, ctrico dice que la luz, ademademáás de ser una onda, es un rayo s de ser una onda, es un rayo de partde partíículas, a la cual denominculas, a la cual denominóó

fotonesfotones, , los cuales emiten energlos cuales emiten energíía.a.

La energLa energíía se puede medir, de a se puede medir, de acuerdo a la facuerdo a la fóórmula:rmula:

E = h vE = h v

Los espectros atLos espectros atóómicosmicosLa fLa fíísica clsica cláásica no podsica no podíía, tampoco, a, tampoco, explicar el comportamiento de los explicar el comportamiento de los espectros atespectros atóómicos.micos.

Cuando un haz de luz atraviesa un Cuando un haz de luz atraviesa un medio diferente, se dispersa en sus medio diferente, se dispersa en sus componentes de diferentes longitudes componentes de diferentes longitudes de ondas. de ondas.

Si mediante energSi mediante energíía cala calóórica se excita a un rica se excita a un elemento en estado gaseosos, sus elemento en estado gaseosos, sus áátomos tomos

emiten energemiten energíía en ciertas longitudes de onda. a en ciertas longitudes de onda. Si recibe radiaciSi recibe radiacióón electromagnn electromagnéética, absorben tica, absorben

ciertas longitudes de onda.ciertas longitudes de onda.

Uno es el inverso del otro.Uno es el inverso del otro.

Porque ocurre eso?Porque ocurre eso?

Algo tiene un elemento gaseoso que Algo tiene un elemento gaseoso que permite absorber solo algunas permite absorber solo algunas longitudes de ondas. longitudes de ondas. ¿¿ququéé tiene?tiene?

ElectronesElectrones

y y ééstos se excitan con la energstos se excitan con la energíía a radiada y origina estas frecuencias radiada y origina estas frecuencias caractercaracteríísticas. sticas. Observemos la Observemos la pagpag 27:27:

Modelo CuModelo Cuáántico:ntico:radiaciradiacióón den de

cuerpo oscurocuerpo oscuro

Efecto fotoelEfecto fotoelééctricoctrico

Espectro atEspectro atóómicomico

Los Los áátomos poseen parttomos poseen partíículas que emiten o culas que emiten o absorben cuantos de energabsorben cuantos de energíía y la radiacia y la radiacióón n

es una emisies una emisióón de fotonesn de fotones

Prueba 22 de mayoPrueba 22 de mayo

Contenidos:Contenidos:

Nombres y sNombres y síímbolos elementos. (Z 1 mbolos elementos. (Z 1 al 30)al 30)

CaracterCaracteríísticas de las part. sticas de las part. SubatSubatóómicas.micas.

Modelos de Modelos de DemDemóócritocrito, , Thomson,RutherfordThomson,Rutherford..

NNúúmero Atmero Atóómico y Mmico y Máásicosico

IsIsóótopos, istopos, isóóbaros, baros, isisóótonostonos..

GuGuíía Nacimiento de la Fa Nacimiento de la Fíísica Clsica Cláásica.sica.

Modelo de Bohr (1913)Modelo de Bohr (1913)Con Con éél, nace la Qul, nace la Quíímica mica CuCuáántinti--ca. Mantiene las conclusiones de ca. Mantiene las conclusiones de Rutherford, pero sus investigaciones si Rutherford, pero sus investigaciones si expliexpli--caroncaron el comportamiento de los electrones:el comportamiento de los electrones:Dice que los electrones giran en orbitas o Dice que los electrones giran en orbitas o estados estacionariosestados estacionarios y que no emiten ni y que no emiten ni absorben energabsorben energíía. a. Cuando un electrCuando un electróón es excitado, salta de un n es excitado, salta de un nivel de energnivel de energíía a otro liberando a a otro liberando ““un cuantoun cuanto””de energde energíía a

TEORTEORÍÍA CUA CUÁÁNTICA NTICA La teorLa teoríía ma máás actual es la Teors actual es la Teoríía a

CUCUÁÁNTICA, que se basa en la TeorNTICA, que se basa en la Teoríía a de de MaxMax PlanckPlanck y la investigaciy la investigacióón de n de NielsNiels BohrBohr y que finalmente es y que finalmente es completamente validada por el completamente validada por el trabajo conjunto de Louis de Broglie, trabajo conjunto de Louis de Broglie, WernerWerner HeissenbergHeissenbergy y ErwinErwin SchrodingerSchrodinger, qui, quiéén n desarrolla una ecuacidesarrolla una ecuacióón diferencial n diferencial que permite explicar el que permite explicar el comportamiento de los electrones: comportamiento de los electrones:

El El áátomo posee un ntomo posee un núúcleo con cleo con protones(+) y neutrones (sin carga); protones(+) y neutrones (sin carga); los electrones (los electrones (--) giran en niveles ) giran en niveles energenergéé--ticos, en una gran nube ticos, en una gran nube electrelectróónica.nica.Dentro de los niveles, existen Dentro de los niveles, existen orbitales donde se mueven los orbitales donde se mueven los electrones, de acuerdo a un electrones, de acuerdo a un concepto de probabilidad. concepto de probabilidad. Se describe a travSe describe a travéés de los ns de los núúmeros meros cucuáánticos.nticos.

NNÚÚMEROS CUMEROS CUÁÁNTICOS:NTICOS:

Obj. de hoy:Obj. de hoy:Identificar los nIdentificar los núúmeros cumeros cuáánticos y nticos y los valores que pueden tomar para los valores que pueden tomar para caracterizar nivel, posicicaracterizar nivel, posicióón, n, orientaciorientacióón y giro de los electrones n y giro de los electrones en su constante movimiento en su constante movimiento alrededor del nalrededor del núúcleo de los cleo de los áátomos. tomos.

De acuerdo a la TeorDe acuerdo a la Teoríía Cua Cuáántica, ntica, los electrones se pueden caracterizan los electrones se pueden caracterizan y representar a travy representar a travéés de una s de una relacirelacióón matemn matemáática, llamada tica, llamada ecuaciecuacióón diferencial, que entrega 4 n diferencial, que entrega 4 resultados, llamados nresultados, llamados núúmeros meros cucuáánticos:nticos:NNúúmero cumero cuáántico principalntico principal (n), (n), representa el nivel energrepresenta el nivel energéético en tico en donde se mueve el electrdonde se mueve el electróón. Toma n. Toma valores enteros y sencillos. valores enteros y sencillos. n = (1,2,3,4,. . . . . .)n = (1,2,3,4,. . . . . .)

NNúúmero cumero cuáántico secundario o azimutalntico secundario o azimutal (l)(l)

indica la regiindica la regióón u orbital donde se mueve. n u orbital donde se mueve. Depende del nDepende del nºº cucuáántico principal. Para cada ntico principal. Para cada valor de n, l toma los valores desde valor de n, l toma los valores desde 0,1,2,3,0,1,2,3,……(n(n--1) 1)

caben 14 eel orbital se denomina f”

Cuando l = 3

caben 10 eel orbital se denomina “d”

Cuando l = 2

caben 6 eel orbital se denomina “p

Cuando l =1

caben 2 eel orbital se denomina “s”

Cuando l = 0

NNúúmero cumero cuáántico magnntico magnééticotico:: (m) indica (m) indica la orientacila orientacióón espacial de los orbitales, n espacial de los orbitales, depende del secundario. depende del secundario. Para cada valor de l, m toma valores Para cada valor de l, m toma valores desde desde -- l, l, ……--3, 3, --2, 2, --1, 0, 1, 2, 3,1, 0, 1, 2, 3,……+ l + l NNúúmero cumero cuáántico de ntico de spinspin: ( s) indica el : ( s) indica el giro giro del electrdel electróón, para cada valor de m, s toma n, para cada valor de m, s toma los valores +1/2, los valores +1/2, --1/21/2

NNúúmeros cumeros cuáánticosnticos

NNººelectroneelectroness

NNººelectroneelectrones total s total nivelnivel

NNººcucuáántico ntico de de spinspin

NNººcucuáántico ntico magnmagnééticticoo

NNººcucuáántico ntico secundarisecundarioo

NNººcucuáántico ntico principalprincipal