QUÍMICA - TEMA 1 ESTRUCTURA ATÓMICA DESARROLLO DEL TEMA I. TEORÍAS Y MODELOS ATÓMICOS A. Teoría atómica de Dalton (18
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QUÍMICA - TEMA 1
ESTRUCTURA ATÓMICA DESARROLLO DEL TEMA
I.
TEORÍAS Y MODELOS ATÓMICOS A. Teoría atómica de Dalton (1808) Su modelo atómico se basa en los postulados que se presentan a continuación: 1. Todos los elementos químicos están constituidos por átomos los cuales son partículas invisibles e indivisibles. 2. Los átomos de un mismo elemento presentan igual tamaño, masa y otras propiedades. 3. Los átomos diferentes poseen propiedades diferentes. 4. En una reacción química los átomos se reordenan sin destruirse, lo cual ocurre en proporciones numéricas simples. Ejemplo:
•
(–) y el ánodo (+), cuando se aplica un alto voltaje (10000 voltios), la placa con carga negativa (cátodo) emite un rayo invisible (rayo catódico) el cual se dirige a la placa con carga positiva (ánodo). En 1897 Joseph Thomson utiliza un tubo de rayos catódicos en el cual instala un campo eléctrico mediante placas cargadas y observó que los rayos se desviaban hacia la placa positiva con lo cual concluyó que el rayo catódico es una corriente de partículas con cargas negativas, a dichas partículas las llamo electrones, como había sugerido anteriormente Stoney.
+
C
O
CO
Ejemplo: C
O
CO 2
B. Identificación del electrón •
Los rayos catódicos fueron descubiertos por Julius Plücker (1859) y fueron estudiados con más detalle por Willian Crookes (1886). El tubo de rayos catódicos consiste en un tubo de vidrio sellado que contiene gas a presiones muy bajas, este tubo posee dos placas, el cátodo
SAN MARCOS INTRODUCTORIO REPASO 2015- I
++++ Cátodo (-)
Ánodo (+)
Ranura en el ánodo
Rayos Catódicos desviados
Experimento de Thomson
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QUÍMICA
TEMA 1
ESTRUCTURA ATÓMICA
Exigimos más! C. Modelo atómico de Thomson (1904)
Primer postulado
Thomson, partiendo de su descubrimiento, plantea
Los electrones giran alrededor del núcleo en estado
que el átomo es una esfera de masa compacta y
de equilibrio debido a que las fuerzas que actúan
de carga positiva distribuida homogéneamente en
sobre él se anulan entre sí.
la cual se encuentran incrustados los electrones Segundo postulado
de carga negativa de tal manera que neutraliza la
Los electrones solo pueden girar en ciertas regiones
carga positiva de la esfera.
llamadas niveles de energía.
A este modelo se le conoció como el modelo del budín con pasas.
Tercer postulado Cuando un electrón gira en un nivel u órbita permitida no emite ni absorbe energía. Cuarto postulado El electrón emite energía cuando se acerca al núcleo y absorbe energía cuando se aleja de él.
D. Modelo atómico de Rutherford (1911) Después de realizar el experimento del pan de oro, Rutherford descubre el núcleo atómico con lo cual plantea su modelo atómico, que considera al átomo como un sistema planetario en miniatura cuya parte central posee un núcleo diminuto y positivo alrededor del cual giran los electrones en órbitas circulares y concéntricas.
E. Modelo atómico de Niels Bohr Nota: Reconoce a los cationes por su carga positiva y a los aniones por su carga negativa.
Niels Bohr no descarta totalmente el modelo de Rutherford, estando su modelo basado en los siguientes postulados: SAN MARCOS INTRODUCTORIO REPASO 2015- I
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TEMA 1
ESTRUCTURA ATÓMICA
Exigimos más! F. Modelo atómico de Bohr–Sommerfield (1913)
Nota: Al número de masa también se le llama número de nucleones. Al número atómico también se le llama carga nuclear.
Arnold Sommerfield formuló la existencia de los subniveles de energía, sostuvo también que los electrones aparte de seguir órbitas circulares también seguían órbitas elípticas.
G. Modelo atómico actual Según el modelo atómico actual el átomo presenta dos partes: el núcleo y la zona extranuclear. 1. Núcleo Parte central del átomo, contiene a los protones y neutrones. Es muy pequeña en comparación al átomo. DA 10000DN
Donde:
DA Diámetro del átomo DN Diámetro del núcleo
Concentra el 99,99% de la masa total. 2. Zona extranuclear Parte externa del átomo que envuelve al núcleo y contiene los electrones. 3. Clasificación de partículas
QUARK
Zona extranuclear
-
+
DA DN
+ + +
Son las mínimas expresiones de materia hasta ahora encontradas.
+ +
-
+
Núcleo atómico
QUARK SIGNIFICADO SÍMBOLO SPIN CARGA Up Down Charm Strange Top Bottom
Nota: Jhon Dalton poseía un deficiente manejo del lenguaje y su único pasatiempo era jugar a los bolos los jueves por la tarde. Probablemente la visión de esas bolas de madera le dio la idea de la teoría atómica.
SAN MARCOS INTRODUCTORIO REPASO 2015- I
Hoy conocemos 6 tipos de Quark.
3
Arriba Abajo Encanto Extraño Cima Profundo
QUÍMICA
u d c s t b
1/2 1/2 1/2 1/2 1/2 1/2
+2/3 -1/3 +2/3 -1/3 +2/3 -1/3
TEMA 1
ESTRUCTURA ATÓMICA
Exigimos más! 4. Partículas subatómicas fundamentales Como puedes notar el átomo posee una gran variedad de partículas (200) de las cuales 3 son las más importantes (p+,n°,e– ) y por eso se llaman partículas fundamentales. Características de las partículas subatómicas fundamentales PARTÍCULA
PROTÓN
NEUTRÓN
ELECTRÓN
Símbolo
P+
n°
e-
g
1,672 x 10-24
1,675 x 10-24
9,1095 x 10-28
Uma
1,0073
1,0087
0,00055
Absoluta
+1,6022 x 10-19 C
0
-1,6022 x 10-19 C
Relativa
+1
0
-1
T Chadwick (1932)
J. Thomson (1897)
Masa
Carga E. Rutherford (1919) Nota: masa neutrón > masa protón > masa electrón Descubridor
Ejemplo:
Estructura del Protón
d
u
Se tiene: A = 39 #P+ =19 #e– = 19
39
K 19
qp = + 1 (carga del protón)
u
+ 2/3
Si:
qp = + 2 + 2 – 1 = + 1 3 3 3
– 1/3
Z = 19
N = 20
Observación: 1. En todo átomo neutro se cumple:
+ 2/3
#P+ = #e– = Z
Un protón está formado por 2 Quarks Up y un Quark Down 2. Cuando un átomo no es neutro se le llama ión. Estructura del Neutrón +2/3
qn = + 2 – 1 – 1 = 0 3 3 3
u
Ejemplos:
qn = 0
d – 1/3
d
(carga del neutrón)
Se tiene:
Si: 27
– 1/3
Un neutrón está formado por 2 Quarks Down y un Quark Up.
13
+3
Al
A = 27 Z = 13
#P+
N = 14
Si:
5. Representación de un núclido Se llama núclido a un átomo con un número de p+ y n° definido.
37 17
= 13 #e– = 13 – 3 = 10
Se tiene: –
Cl
A = 37 #P+ = 17 #e– = 17 + 1 = 18 Z = 17
N = 20
A E Z Nota: Se llama número atómico al número de protones. Se llama número de masa al número de partículas fundamentales en el núcleo.
Donde: A = Número de masa Z = Número atómico N = Número de neutrones (#n°) Z = # P+
A = Z +N
N= A – Z
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ESTRUCTURA ATÓMICA
Exigimos más! C. Isótonos
II. CLASIFICACIÓN DE NÚCLIDOS A. Isótopos (Hílidos)
Poseen igual "N", tienen propiedades físicas y
Poseen igual "Z" y pertenecen al mismo elemento
químicas diferentes.
químico. Los isótopos poseen propiedades químicas
Ejemplo:
iguales y propiedades físicas diferentes.
23
Ejemplo: Isótopos del hidrógeno. 11 1
2
1
1
H
Abundancia
3
H
1
12
N = 12
Mg
N = 12
H
Protio 99,985%
Deuterio 0,015%
H2O
D2O
T2O
Agua común
Agua pesada
Agua super pesada
Forma
24
Na
Tritio 10–15 %
III. ESPECIES ISOELECTRÓNICAS Son aquellas especies químicas que poseen igual cantidad de electrones. Ejemplo: –3
B. Isóbaros
7
Poseen igual "A", tienen propiedades físicas y
+1
N
Na
11
#e– = 7 + 3 = 10
químicas diferentes.
#e– = 11 – 1 = 10
Ejemplo: 40
Nota:
40
Ca
Ar
20
18
A = 40
A = 40
#e– = Z – (Carga del ión)
PROBLEMAS RESUELTOS
Problema 1 En un átomo "J" que tiene una carga iónica tetranegativa se cumple: A3 – 3AZN = 189 además tiene 5 nucleones neutros, entonces su número de masa es:
Problema 2
Problema 3
Los números de electrones de 3 isóbaros eléctricamente neutros, suman 242. Además, los neutrones suman 262. Calcular el número de masa.
Un átomo "J" posee 42 electrones. De-
A) D)
7 10
B) E)
5 9
C)
8
Resolución: Dada la expresión: A3 – 3AZN = 189 Para el átomo:
ZJ
4–
tiene: 3a+5 a+2 J
San Marcos
San Marcos Nivel fácil
termine su número de masa, si se
Nivel intermedio
A)
124
B)
168
D)
86
E)
120
C)
San Marcos
81
Nivel difícil
A)
20
B)
80
D)
125
E)
131
C)
120
Resolución: Sean los isóbaros: A E Z1
; z5
Resolución:
A J Z2
A L Z3
(N = 5)
Z1 + Z2 + Z3 = 242
Por tratarse de una expresión cúbica, probamos para z = 4 A = 9
N1 + N2 + N3 = 262
(9)3 – (3)(9)(4)(5) = 189
A1 + A 2 + A 3 = 504 3A = 504
Respuesta: E) 9 SAN MARCOS INTRODUCTORIO REPASO 2015- I
3a+5 e – = 42 a+2 J ; N
a + 2 = 42 a = 40
Luego: A = 3a + 5 A = 3(40) + 5 ; A = 125
A = 168
Luego: A = 9
Por dato:
Respuesta: D) 125
Respuesta: B) 168 5
QUÍMICA
TEMA 1
ESTRUCTURA ATÓMICA
Exigimos más!
problemas de clase
NIVEL I 1.
2.
3.
4.
5.
Señale estrictamente el orden creciente de las masas del protón, electrón y neutrón. A ) protón < electrón < neutrón B) electrón< neutrón < protón C) electrón < protón < neutrón D) neutrón < protón < electrón E) protón < neutrón < electrón Los ____ poseen carga positiva, los _____ poseen carga negativa y los _____ son neutrones. El conjunto de palabras que completan correctamente el texto es: A ) neutrones-protones-electrones B) electrones-protones-neutrones C) protones-electrones-neutrones D) electrones-neutrones-protones E) neutrones-electrones-protones ¿Qué datos suministra los núme15 ros del símbolo: X? 7 A ) 15 = número atómico;7 = número de neutrones B) 15 = número de masa; 7 = número atómico C) 15 = número de electrones; 7 = número de masa D) 15 = número de neutrones; 7 = número atómico E) 15 = número de carga; 7 = número de neutrones Define a un elemento químico: A ) Carga unitaria B) Número atómico C) Número de masa D) Peso atómico E) Carga elemental Si en un átomo existen 150 nu cleones y el número de neutrones es el doble que el de protones, ¿cuánto vale "z"? A ) 10 B) 20 C) 30 D) 40 E) 50
NIVEL II 6.
7.
En un átomo existen 60 protones y 80 neutrones. ¿Cuál es el número de nucleones? A ) 120 B) 130 C) 140 D) 150 E) 180 En
el
siguiente
es quema
2x +2
9.
En un átomo, la diferencia de los cuadrados del número de masa y número atómico es igual a la suma del número másico y número atómico. Hallar la cantidad de neutrones. A) 0 B) 1 C) 2 D) 3 E) 4 El núcleo de un átomo de número atómico 35 y número de masa 80 contiene: A ) 14 neutrones B) 35 protones y 45 neutrones C) 45 neutrones y 35 electrones D) 35 electrones E) 45 protones y 35 neutrones
10. Con respecto a
40 20
C a2+
A ) Posee 40 electrones B) Posee 20 neutrones y 40 electrones C) Po see 20 protones y 20 neutrones D) Posee 22 neutrones E) Posee 24 electrones
11. Con respecto a
3m+9 2m – 2 X
presenta
31 neutrones. Hallar su número de nucleones.
SAN MARCOS INTRODUCTORIO REPASO 2015- I
6
B) 59
D) 79
E) 89
C) 69
12. En cierto átomo el número de neutrones es el doble del número de protones. Si la suma del número de masa y de neutrones es 50. Calcular el número de neutrones que posee.
x – 2E ,existen 14 neutrónes. indicar el número de masa. A ) 10 B) 20 C) 22 D) 40 E) 50
8.
A ) 49
A ) 10
B) 40
D) 50
E) 30
C) 20
NIVEL III 13.
El anión A2– es isoelectrónico con 19K
+
, e isótono con
35 17 C
; en-
tonces determine el número de nucleones fundamentales para A2+ . A ) 31
B) 32
D) 34
E) 35
C) 33
14. Para 2 isótopos de un elemento se cu mple qu e la su ma de neutrones es 38 y la suma del número de masa es 72. Determine la carga nuclear que corresponde a dicho elemento. A ) 15
B) 16
D) 18
E) 20
C) 17
15. Cierto anión trivalente posee 36 partículas en la zona extranuclear y a su vez es isótono con el Se – 79 (Z = 34), entonces determine el número de masa de un átomo "A", el cual es isóbaro con dicho anión. A ) 76
B) 78
D) 82
E) 84
QUÍMICA
C) 80
TEMA 1