Leyes Masicas y Concepto de Átomo

El concepto científico de átomo surge como una necesidad intelectual para explicar el comportamiento de la materia que se manifiesta en las leyes experimentales de reacciones químicas.

– Ley de Conservación de la Masa

La suma de las masas de los reactivos es igual a la suma de las masas de los productos.

– Ley de las Proporciones Definidas

Cuando dos elementos reaccionan para formar un compuesto, la proporción en que lo hacen está definida por la naturaleza (constante). La única explicación posible a estas leyes es el concepto de átomo, según el cual los elementos están formados por átomos, partículas indivisibles e indestructibles. Los átomos se unen para formar compuestos, y los átomos son los mismos.

Así llegamos al concepto del átomo de Dalton:

• Los átomos de un mismo elemento son todos iguales.
• Lo que ocurre en las reacciones químicas es que los átomos de algunos elementos se unen para formar partículas de compuestos.

Ley de Volúmenes de Gases y Concepto de Molécula

Cuando en una reacción química intervienen gases, la relación entre ellos, medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura, es de números enteros sencillos. La explicación de Avogadro para este comportamiento es:

• Los gases están formados por moléculas, que son agregados de dos o más átomos.
• En volúmenes iguales, aunque sean gases distintos, hay el mismo número de moléculas.

Modificaciones del Modelo Atómico

Dalton consideraba el átomo como una bola maciza, pero nuevas experiencias demostraron que no es así:

• Tubo de rayos catódicos.
• Lámina de oro.

Teoría Cuántica: Hipótesis de Planck

Ha explicado las radiaciones como un fenómeno ondulatorio. Sin embargo, hay dos fenómenos experimentales de las radiaciones que no pueden explicarse por ondas:

• Radiación de un cuerpo negro.
• Efecto fotoeléctrico.

Para explicar estos dos fenómenos surge la teoría cuántica, según la cual las radiaciones se emiten, se transmiten y se absorben por cuantos (paquetes de energía) cuyo valor viene dado por:

E = h * v

Espectros Atómicos de Visión

Un espectro es el análisis de una radiación compleja por descomposición en sus radiaciones elementales. Los espectros son un poderoso método de análisis porque cada tipo de átomo tiene su espectro característico.

Modelo Atómico de Bohr y Seguidores: Número Cuántico

Para estar de acuerdo con la teoría cuántica y para explicar los espectros, Bohr explica su teoría atómica:

• Los electrones giran alrededor del núcleo en órbitas circulares y, mientras están en ellas, no emiten ni absorben energía.
• No es posible cualquier órbita, solo aquellas que cumplen una condición.
• Cuando un electrón salta de un nivel de energía E2 a E1, suelta un rayo de energía:

E = E2 – E1 = h * v = h * C / λ

n = número cuántico principal y nos da el nivel de energía. A partir de la teoría de Bohr se puede calcular su radio y energía, logrando explicar el espectro del hidrógeno.

Precisiones de la Teoría de Bohr

Sommerfeld: cuando se realizan espectros con aparatos de resolución, lo que parecían rayas únicas en realidad se desdoblan. Sommerfeld propuso que en cada nivel hay tantos subniveles como nos indica el número cuántico. Se introduce un número cuántico l desde 0 hasta n-1 (número cuántico secundario).

Efecto Zeeman

Cuando realizamos un espectro dentro de un campo magnético, las rayas de los dobletes, tripletes, etc., vuelven a desdoblarse. Esto se interpreta por las distintas interacciones entre el campo magnético externo y el creado por el electrón, según las distintas orientaciones espaciales que se puede girar. Se introduce un número cuántico magnético m desde +l hasta -l.

Número Cuántico de Spin

Si observamos detenidamente las rayas dentro de un campo magnético, vemos que cada una son dos rayas muy cercanas. Esto se debe al giro del electrón sobre sí mismo, que toma valores de 1/2 y -1/2.

Modelo Atómico Actual: Principio de Incertidumbre de Heisenberg

Es imposible conocer a la vez con absoluta precisión la cantidad de movimiento y la posición de una partícula. No se puede calcular con total exactitud la posición del electrón; solo hablaremos de zonas de mayor probabilidad de encontrarlo.

Aplicación de la Mecánica Ondulatoria de De Broglie

En esta teoría se unifica el modelo ondulatorio y el modelo cuántico de las radiaciones, según la teoría de la relatividad y la teoría cuántica:

Si la masa de la partícula es grande, la longitud de onda será pequeña y viceversa.

Principio de Exclusión de Pauli

• No puede haber dos electrones con los mismos números cuánticos.
• Para obtener la estructura electrónica fundamental, los electrones van entrando sucesivamente en los niveles de menor energía; cuando no lo hacen, el electrón está excitado.
• Los orbitales de menor energía son (n+l); cuando este es el mismo, el de menor energía es el de menor n.

Principio de Hund

Cuando en un subnivel de energía hay varios orbitales, primero se semiocupan todos y después se completan.