Modelos atómicos

Electrostática. Teorías atómicas. Átomos. Moléculas. Masa atómica. Carga eléctrica. Electrones. Número atómico. Isótopo. Ion. Partículas subatómicas

  • Enviado por: Norma Monica
  • Idioma: castellano
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CARRERA: TECNICO EN INSTALACIONES Y MANTENIMIENTO ELÉCTRICO

FISICA 3

OBSERVACIONES:

CALIFICACIÓN_____________

1) Escribe 3 teorías atómicas de la antigüedad

a) En 1803, un químico ingles llamado John Dalton desempolvó el concepto de átomo de Democrito; le hizo ciertas modificaciones para adecuarlo al conocimiento científico de su época y lo uso para explicar porque un compuesto siempre contiene la misma proporción de elementos que lo componen. Los elementos debían estar hechos de átomos y el átomo de cada elemento debía tener una masa característica bien definida.

Dalton no convenció a todo el mundo de que la materia estaba hecha de átomos (o moléculas en el caso de los compuestos), sin embargo, propuso que:

  • Los átomos son partículas que no pueden subdividirse.

  • Resisten la aplicación de cualquier tipo de fuerza

  • Difieren en masa y otras propiedades de los de otra sustancia original.

  • b) Por 1814 (y con la misma información de Thompson), el físico japonés Hantaro Nagaoka ideo un modelo en el cual el átomo era como un sistema solar en miniatura, o mas bien una versión minúscula del planeta saturno, con la carga positiva concentrada en el centro y los electrones girando alrededor de el en una especie de anillo. El panque de pasas y el Saturno en miniatura eran modelos completamente distintos y hasta opuestos. En uno la carga positiva esta distribuida por todo el volumen del átomo; en el otro esta concentrada en el centro. En uno los electrones están inmóviles; en el otro giran alrededor de un núcleo. Claramente no había cabida en el mundo para ambos modelos; uno de los dos tendría que morir (o ambos: con la información existente en esa época el átomo podría ser otra cosa distinta). ¿Cómo decidir cual era el bueno?

    ¿Cómo sabemos que opina la naturaleza acerca de nuestras teorías? Pues preguntándole, solo que a ella le preguntamos por medio de experimentos.

    Posteriormente, los trabajos de Max Planck marcan el comienzo de la mecánica quántica, que ha servido de base al concepto moderno de la estructura atómica y molecular.

    c) Arnold Sommeferld, en 1916, propone un modelo atómico con la existencia de orbitas elípticas y circulares, en el segundo y en los niveles mas altos de energía. Definió dos números quánticos. Uno de ellos n, designa los niveles principales de energía y es idéntico a los números usados por Bohr (n=1, 2,3...). El otro numero quántico k, indica el grado en que la orbita elíptica se desvía de una circunferencia. Cuando K= N, la orbita es circular, y cuando K=0, la elipse ha degenerado en una recta.

    2) Explicar que la molécula es la parte más pequeña de una sustancia que conserva sus propiedades físicas y que las moléculas están constituidas por átomos y a su vez por partículas elementales.

    Pensar en átomos nos permite imaginar que otros están dentro de nosotros.

    Una de las propiedades más importantes de los átomos es su capacidad de actuar unos sobre otros a ciertas distancias. Algunos átomos ejercen entre si una fuerza de atracción cuando se acercan, mientras que hay otros que ejercen una fuerza de repulsión. Cuando se produce atracción al acercarse dos o más átomos, estos pueden combinarse para formar una molécula.

    Una vez que se ha formado la molécula, esta se moverá y se comportara como si fuera una partícula unida, bajo diversas condiciones físicas. Mientras que mantiene las propiedades químicas específicas de esa sustancia. Si una molécula se divide en partes aún más pequeñas, éstas tendrán una naturaleza diferente de la sustancia original. Por ejemplo, una muestra de agua puede dividirse en dos partes, y cada una dividirse a su vez en muestras de agua más pequeñas. El proceso de división y subdivisión finaliza al llegar a la molécula simple de agua, que si se divide dará lugar a algo que ya no es agua: hidrógeno y oxígeno. Cada molécula se presenta independientemente de las demás. Si se encuentran dos moléculas, se suele producir un rebote sin que ocurran cambios fundamentales. En caso de encuentros más violentos se producen alteraciones en la composición de las moléculas, y pueden tener lugar transformaciones químicas.

    En general las moléculas pueden contener cualquier número de átomos. Aquellas que tienen un solo átomo se llaman monoatómicas, las que tiene dos biatómicas y las que tienen tres triatómicas.

    3) Describir el modelo atómico de J. J. Thompson

    Un físico británico que se llamaba Joseph John Thompson (aunque sus amigos le decían J.J.) entro a la universidad a la edad madura de 14 años. Allí tomo cursos de física experimental, y a los 28 ya era un catedrático de física del laboratorio de Cavendish de la Universidad de Cambridge, del cual acabaría siendo el director. Siete de sus colaboradores ganaron el premio Nobel (el tampoco se quedo atrás: se lo habían dado en 1906). El propuso de manera hipotética un modelo que permitiera entender todo lo que por entonces se sabía acerca del átomo. Se imagino a los átomos como esferas de carga electrica positiva dentro de las cuales se alojaban los electrones como si fueran las pasas de un panque: el átomo era una esfera de electrificación positiva en la que se encontraban incrustados los electrones, y propuso este modelo en 1909. Sus modelos de estructuras fueron desarrollados matemáticamente a partir de la Ley de Coulomb de las partículas con carga electrica (basándose en una idea original de Lord Kelvin, por cierto), pero no era el único posible.

    4) Describir el modelo atómico de Rutherford

    Rutherford propuso en 1911 otro modelo atómico como resultado del descubrimiento de los rayos alfa, beta y gamma. Indicaba que:

  • La masa del átomo esta concentrada en un núcleo pequeño situado en el centro

  • El diámetro del núcleo es, aproximadamente, 10-4 veces el del átomo.

  • Los átomos están constituidos en su mayor parte por espacio.

  • La masa y la carga positiva del átomo estaban concentradas

  • 5) Describir el modelo atómico de Bohr

    En 1913 Niels Bohr propuso una teoría del átomo de hidrogeno que marco el principio de una nueva época en la historia de la física... Con su teoría Bohr dio una explicación satisfactoria de la serie Balmer del hidrogeno y además dio un modelo para la estructura de los demás átomos.

    Partiendo del átomo que debe ser el mas sencillo de todos, Bohr propuso que el átomo de hidrogeno Z=1, consiste en un núcleo con carga positiva, +e, y un solo electrón de carga, -e, girando alrededor de el en un orbita circular de radio r. Se puede considerar que el núcleo esta en reposo porque es 1840 veces mas pesado que el electrón.

    Para mantener el electrón en su orbita y evitar que se aleje o se acerque del numero siguiendo una espiral, también propuso que la fuerza centrípeta hacia el interior, E, se debe y es igual a la fuerza electrostática E, hacia el núcleo. Tomamos la fuerza centripeta como mv2/ r, y de la ecuación de la ley de Coulomb, la fuerza electrostática como Kee/r2. Igualando las dos,

    M v2/ r = k ee/r2

    En este punto Bohr su segunda hipótesis, la hipótesis quántica supone que el electrón no se puede mover en una orbita estable de cualquier dimensión bajo las condiciones de la ecuación anterior, si no solo en ciertas orbitas definidas y discretas.

  • Los electrones ocupan niveles discretos

  • Esos electrones no irradian energía en forma continúa, como enunciaba la teoría electromagnética de la materia

  • Los electrones puede alcanza niveles de energía mas altos por la absorción de cantidades fijas de energía.

  • Los electrones que caen a niveles mas bajos de energía emiten cantidades fijas de energía

  • El momento angular de un electrón en orbita es un múltiplo entero de h=2 (h=constante de Planck)

  • 6) Escribe el concepto de número de masa atómica de un átomo

    El numero atómico (Z) de un elemento es le numero de protones en el núcleo de cada átomo de un elemento. En un átomo neutro, el número de protones es igual al número de electrones. De tal manera que el número atómico también indica el número de electrones presentes en un átomo.

    Z= Numero atómico = Numero de electrones = Numero de protones

    7) Escribe el concepto de número de masa atómica de un átomo

    El número de masa (A) de un elemento es el número total de neutrones y protones presentes en el núcleo de un átomo de un elemento.

    A = Numero de masa = numero de protones + numero de neutrones = numero atómico +numero de neutrones

    8) Escribe el concepto de isótopo y ejemplifica

    En 1912, Thomson comparo la masa de los átomos de neon con las masas conocidas de otros elementos y descubrió dos parábolas de neon en vez de una.

    El descubrimiento de estas dos clases de átomos de neon, idénticos químicamente pero diferentes en su peso atómico, sugirió la posibilidad de que todos los demás elementos cuyo peso atómico no era un numero entero podría ser también una mezcla de átomos que si tuvieran pesos enteros. A todos los átomos de diferente peso que corresponden al mismo elemento se les dio el nombre de isótopos.

    Los isótopos son átomos de un mismo elemento con igual numero atómico (Z) y diferente numero de masa (A) debido a un diferente numero de neutrones. Por ejemplo, el carbono que existe en forma natural es una mezcla de dos isótopos. En su forma mas abundante, tiene seis Protones y seis neutrones en su núcleo. La otra forma tiene un neutron adicional. Algunos elementos tienen hasta seis formas isotropitas diferentes.

    9) Explica que es un ion y tipos de ion

    Un ion es una partícula cargada eléctricamente, que tienen que tienen un exceso o deficiencia de electrones.

    Hay dos tipos de ion, los positivos y los negativos.

    Un cation es un ion positivo.

    Un anion es un ion negativo.

    10) Definir carga electrica como una propiedad física de los electrones y protones así como su unidad en el Sistema Internacional

    Carga electrica es la característica de cualquier partícula que participa en la interacción electromagnética. La determinación de la carga de una partícula se hace estudiando su trayectoria en el interior de un campo electromagnético conocido. La unidad de carga eléctrica en el Sistema Internacional de unidades es el culombio, C.

    11) Anota los valores de carga y masa de un electrón y de un protón

    Partícula

    Carga electrica

    Masa

    Localización en el átomo

    Electrón

    Protón

    -1.6x10-28

    1.6x10-19

    u.m.a.

    9.1x10-28

    1.67x10-24

    0.00055 giran alrededor del núcleo

    1.00727 en el núcleo

    12) Describe el principio de carga electrica elemental como la propiedad física de las partículas subatómicas

    Existen en la naturaleza dos tipos de cargas eléctricas que por convenio se miden unas con números positivos y las otras con números negativos. Todas las partículas eléctricamente cargadas llevan una carga igual en valor absoluto a una cantidad llamada carga elemental, e. El protón posee una carga +e y el electrón lleva una carga -e. Esta carga elemental equivale a 1,6 · 10-19 C.

    Un átomo eléctricamente neutro tiene el mismo número de protones que de electrones. Todo cuerpo material contiene gran número de átomos y su carga global es nula salvo si ha perdido o captado electrones, en cuyo caso posee carga neta positiva o negativa, respectivamente. Sin embargo, un cuerpo, aunque eléctricamente neutro, puede tener cargas eléctricas positivas en ciertas zonas y cargas positivas en otras.

    13) Escribe el concepto de electrostática

    La electrostática es el estudio de las cargas eléctricas en reposo.

    Aunque los antiguos griegos conocían las propiedades electrostáticas del ámbar, y los chinos ya fabricaban imanes con magnetita en el 2700 a.C., los fenómenos eléctricos y magnéticos no empezaron a comprenderse hasta finales del siglo XVIII, cuando comenzaron a realizarse experimentos en estos campos. En 1785, el físico francés Charles de Coulomb confirmó por primera vez de forma experimental que las cargas eléctricas se atraen o se repelen con una intensidad inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que las separa (ley de Coulomb). Más tarde el matemático francés Siméon Denis Poisson y su colega alemán Carl Friedrich Gauss desarrollaron una potente teoría para calcular el efecto de un número indeterminado de cargas eléctricas estáticas arbitrariamente distribuidas.

    Dos partículas con cargas opuestas se atraen, por lo que tienden a acelerarse una hacia la otra. Si el medio a través del cual se mueven ofrece resistencia, pueden acabar moviéndose con velocidad constante (en lugar de moverse con aceleración constante) a la vez que el medio se calienta y sufre otras alteraciones. La teoría clásica eléctrica supone que los dos polos de una pila se mantienen cargados positiva y negativamente debido a las propiedades internas de la misma. Cuando los polos se conectan mediante un conductor, las partículas cargadas negativamente son repelidas por el polo negativo y atraídas por el positivo, con lo que se mueven hacia él y calientan el conductor, ya que ofrece resistencia a dicho movimiento. Al llegar al polo positivo las partículas son obligadas a desplazarse dentro de la pila hasta el polo negativo, en contra de las fuerzas que se oponen a ello según la ley de Coulomb. Bibliografía

    • Resnick Halliday, Física parte I, editorial CECSA

    • Sergio de Regules Ruiz Funes, en Cuentos Quánticos, ADN y CONACULTA.

    • Carlos Chimal, en La escalera del universo, ADN y CONACULTA.

    • Harvey E. White, Física descriptiva, Reverte ediciones.

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