Z una nueva partícula : El Neutrón. Isótopos




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títuloZ una nueva partícula : El Neutrón. Isótopos
fecha de publicación24.10.2015
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QUIMICA 2º BACHILLERATO

TEMA1
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
1.- Descubrimiento de la estructura atómica

  • Experimento de Rutherford para determinar la estructura atómica :







  1. El átomo consta de una parte central cargada positivamente ,muy pequeña llamada NÚCLEO. En él se encuentran los PROTONES

b) Alrededor del núcleo se encuentra otra zona mucho mayor llamada
CORTEZA dónde se encuentran los ELECTRONES cargados
negativamente.



  • El número de protones en el núcleo se denomina NÚMERO ATÓMICO

y se representa por la letra Z
2.- Una nueva partícula : El Neutrón. Isótopos

  • Descubrimiento del NEUTRÓN (J. Chadwick en 1932)

  • Concepto de NÚMERO MÁSICO : A = nº de protones + nº de neutrones

  • ISÓTOPOS: Átomos con el mismo nº de protones en su núcleo pero distinto nº de neutrones .


3.- Espectros atómicos

Espectros de absorción y espectros de emisión (Leer y ver figuras en el libro)
4.- Modelo atómico de Bohr (importante)

N. Bohr en 1913 propuso un modelo atómico para explicar las características de los espectros de los átomos. Se basaba en las siguientes hipótesis:

a) Los electrones giran en torno al núcleo en órbitas circulares.

b) En estas órbitas, los electrones se mueven sin perder energía

c) Sólo están permitidas aquellas órbitas cuya energía tome valores dados
por la siguiente ecuación :


E = -

Siendo RH una constante de valor 2,180x10-18 J y n un número entero con valores desde n = 1 en adelante ( n= 1,2,3,4,....)

  1. Un electrón puede saltar de una órbita a otra , absorbiendo o emitiendo la energía

De esta forma explicaba los espectros atómicos.

Ver los ejercicios resueltos que se refieren al modelo atómico de Bohr del libro (imp.)
5.- Explicación del espectro del átomo de hidrógeno
(Ver en el libro de texto)

Importante ejercicios resueltos y propuestos que se refieren a este apartado
6.- Mecánica Cuántica

El modelo de Bohr daba una explicación teórica satisfactoria del espectro del átomo de hidrógeno. Pero cuando se quiso aplicar a otros elementos los resultados predichos por el modelo no concordaban con los obtenidos experimentalmente.
Se comprendió que era necesaria una nueva teoría a la que se denominó Mecánica Cuántica y que fue desarrollada Bohr, Heisenberg, Dirac y otros eminentes físicos.

Esta nueva teoría se fundamentaba en dos hipótesis :

  • La dualidad onda-corpúsculo

  • El principio de incertidumbre


Es importante comprender el concepto de orbital ( ver libro de texto)
7.- Orbitales y números cuánticos (muy importante)

  • Subniveles de energía : En átomos polielectrónicos (Z>1) los niveles de energía se dividen en “subniveles”. Para cada nivel de energía hay tantos subniveles como indique su número n ( número cuántico principal). Los distintos subniveles se diferencian por medio de un parámetro, l , llamado número cuántico secundario

  • Número de orbitales en un subnivel: Un subnivel a su vez admite orbitales.

Un subnivel caracterizado por un número cuántico secundario l, admite 2l +1 orbitales.

  • Los números cuánticos son : n, l, ml que caracterizan a un orbital.

En cambio los números cuánticos, n, l, ml, ms caracterizan a un electrón en un orbital.

Importante , resolver cuestiones y ejercicios sobre este apartado.
8.- Los orbitales: forma y energía

  • La forma de los orbitales: Ver las formas de los orbitales s, p, d en el libro de texto.

  • Energía de los orbitales: muy importante el DIAGRAMA DE MÖLLER

por su aplicación en el cálculo de las distribuciones electrónicas


9.- Configuraciones electrónicas ( muy importante)

Reglas para ocupar los orbitales:

    • Principio del Aufbau

    • Principio de exclusión de Pauli

    • Regla de Hund




Páginas Web que pueden ayudar al estudio del tema 1 :
http://www.educaplus.org/index.php?option=com_content&task=view&id=77&Itemid=33

Se trata de un constructor de átomos e iones
http://www.educaplus.org/index.php?option=com_content&task=view&id=157&Itemid=1

Bonita página web, muy didáctica, para trabajar con el nº atómico , nº másico y con la carga del átomo de un elemento
http://www.colegioheidelberg.com/deps/fisicaquimica/applets/ea/act7constructoratomos.swf

Página web en la que se construyen de forma sencilla los átomos de algunos elementos (H, He, Li,...) conociendo su nº atómico así como el nº de neutrones en su núcleo.
http://www.educaplus.org/index.php?option=com_content&task=view&id=14&Itemid=33

En esta animación se presenta el modelo de Bohr para el átomo de hidrógeno. En concreto, se visualizan los saltos de su único electrón a órbitas permitidas superiores, cuando absorbe un fotón de energía determinada
http://www.puc.cl/sw_educ/qda1106/CAP2/2C/2C2/

Página web en la que se describen los orbitales atómicos : denominación, forma, características, etc...
http://www.colegioheidelberg.com/deps/fisicaquimica/applets/espectroselementos/espectros.htm#up
Página Web en la que se describen los espectros atómicos de emisión y
de absorción de algunos elementos. Se explica también cómo se producen.
http://www.colegioheidelberg.com/deps/fisicaquimica/animaciones2006/1ElectronSpin.swf

Animación para “visualizar” el spín del electrón
http://www.colegioheidelberg.com/deps/fisicaquimica/applets/SistemaPeriod/Sistemaper2/sisperfp.htm

Interesante página web en la que se construyen las distribuciones electrónicas de los distintos elementos al ir recorriendo la T.P.

EJERCICIOS DE AUTOEVALUACION

TEMA 1 : ESTRUCTURA DE LA MATERIA




Ejercicio nº 1 :

Un láser emite una radiación cuya longitud de onda vale  = 7800 Å

  1. Calcular la frecuencia de esta radiación

  2. Calcular la energía de un fotón de la misma frecuencia anterior

Datos: 1 Å = 10-10 m ; c = 3x108 m/s ; h = 6,63x10-34 J.s
Ejercicio nº 2:

Dado el elemento de nº atómico Z = 19

  1. Escribir su configuración electrónica

  2. Indicar los posibles valores que pueden tomar los números cuánticos de su electrón más externo.


Ejercicio nº 3 :

Contestar razonando la respuesta a las siguientes cuestiones :

  1. ¿Cuántos orbitales hay en el segundo nivel de energía?

  2. La energía de estos subniveles ¿aumenta o disminuye con el nº cuántico secundario l ?

  3. ¿En qué se parecen y en qué se diferencian los orbitales p ?

  4. ¿Por qué el subnivel de energía 2p puede alojar más electrones que el subnivel 2s ?


Ejercicio nº 4 :

Razonar cuáles de los siguientes conjuntos de números cuánticos son posibles?

  1. n = 2 ; l = 1 ; ml = 1

  2. n = 1 ; l = 0 ; ml = -1

  3. n = 4 ; l = 2 ; ml = -2

  4. n = 3 ; l = 3 ; ml = 0

Para cada una de las combinaciones posibles, escribir la designación habitual de los subniveles correspondientes a los números cuánticos dados.


Ejercicio nº 5 :
Un electrón efectúa un salto entre los niveles energéticos que se muestran en la figura:
Energía

en eV

-0,85
-1,51 

-3,40

-13,6
Calcular la frecuencia y la longitud de onda de la radiación electromagnética desprendida.

Datos : h = 6,63x10-34 J.s ; 1 eV = 1,6x10-19 J ; c = 3x108 m/s
Ejercicio nº 6 :

Dadas las siguientes configuraciones electrónicas de los elementos:

A : 1s2 2s2 2p2 ; B : 1s2 2s2 2p1 3s1

Razonar si las siguientes afirmaciones son VERDADERAS o FALSAS



  1. La configuración dada para B no es posible

  2. Las dos configuraciones representan al mismo elemento químico


RESPUESTAS A LOS EJERCICIOS DE AUTOEVALUACIÓN
TEMA 1: ESTRUCTURA DE LA MATERIA

Ejercicio nº 1 :


  1. Aplicando la expresión :


 (frecuencia) =




 = 3,85 x10 –10 s -1 (Hz)


  1. Aplicando la ecuación :


E = h. 


E = 6,67x10-34 x 3,85x 1014 = 2,55x10-19 J

Ejercicio nº 2:


  1. El nº atómico es Z = 19 , la distribución electrónica será :



1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1

b) n = 4 ; l = 0 (tipo s) ; ml = 0 ; ms = + ½ ( o – ½)

Eligiendo : ms = + ½ :

Los cuatro números cuánticos serán: ( 4, 0 ,0, +1/2)

Ejercicio nº 3 :


  1. El nivel energético n = 2 posee 4 ORBITALES: 2s (1 orbital) y 2p (3 orbitales)




  1. Aumenta. La energía de los subniveles 2p ( l =1) es mayor que la energía de los subniveles 2s (l = 0)




  1. Se parecen en que tienen la misma forma geométrica y la misma energía y se diferencian en su orientación en el espacio. (ver figuras en el libro)



  2. Es debido a que el subnivel 2p tiene 3 orbitales (3 x 2 = 6 electrones), en cambio el subnivel 2s tiene únicamente 1 orbital (1 x 2 = 2 electrones)


Ejercicio nº 4 :
a) POSIBLE (2, 1, 1)
b) NO ES POSIBLE
c) POSIBLE (4, 2, -2)


  1. NO ES POSIBLE


Ejercicio nº 5 :
Aplicando la expresión : E = h. 

Para calcular E debemos convertir la energía en eV a Julios (J)

1 eV = 1,6x10-19 J
E = (13,6 – 1,51) eV x 1,6x10-19 (J/eV) = 1.934x10-18 J

Por consiguiente :

1.934x10-18 = h. = 6,63x10-34 . 
 = 2,917x1015 s-1

La longitud de onda  se calcula a partir de :
 = 1,028 x10-7 m

Ejercicio nº 6 :


  1. FALSA : Sí es posible, porque ha habido un “salto de un electrón desde el subnivel 2p al 3s y esto es posible si al átomo se le comunica energía.
    Se dice que el átomo se encuentra “excitado”.



  2. VERDADERA : pues el nº de electrones es el mismo en ambas (Z = 6)

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