Reseña histórica de la teoría atómica: modelos atómicos de Dalton, Thompson, Rutherford, Bohr. Modelo mecano-cuentico. Radiación electromagnética. Números




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Ejemplos de isótopos radiactivos artificiales:

Plutonio 239Pu y 241Pu; Curio 242Cm y 244Cm; Americio 241Am; Cesio 134Cs, 135Cs y 137Cs; Yodo 129I, 131I y 133I; Antimonio 125Sb; Rutenio 106Ru; Estroncio 90Sr; Criptón 85Kr y 89Kr; Selenio 75Se; Cobalto 60Co; Cloro 36Cl
CLASES DE RADIACIÓN

Se comprobó que la radiación puede ser de tres clases diferentes:

  1. Radiación alfa: son flujos de partículas cargadas positivamente compuestas por dos neutrones y dos protones (núcleos de Helio). Son desviadas por campos eléctricos y magnéticos. Son poco penetrantes aunque muy ionizantes. Y son muy energéticos.

  2. Radiación beta: son flujos de electrones (beta negativas) o positrones (beta positivas) resultantes de la desintegración de los neutrones o protones del núcleo cuando este se encuentra en un estado excitado. Es desviada por campos magnéticos. Es más penetrante aunque su poder de ionización no es tan elevado como el de las partículas alfa. Por lo tanto cuando un átomo expulsa una partícula beta aumenta o disminuye su número atómico una unidad (debido al protón ganado o perdido).

  3. Radiación gamma: son ondas electromagnéticas. Es el tipo más penetrante de radiación. Al ser ondas electromagnéticas de longitud de onda corta, tienen mayor penetración y se necesitan capas muy gruesas de plomo u hormigón para detenerlos.


Las leyes de desintegración radiactiva, descritas por Soddy y Fajans, son:

  1. Cuando un átomo radiactivo emite una partícula alfa, la masa del átomo (A) resultante disminuye en 4 unidades y el número atómico (Z) en 2.

  2. Cuando un átomo radiactivo emite una partícula beta, el número atómico (Z) aumenta o disminuye en una unidad y la masa atómica (A) se mantiene constante.

  3. Cuando un núcleo excitado emite radiación gamma no varía ni su masa ni su número atómico, solo pierde una cantidad de energía (donde "h" es la constante de Planck y "nu" es la frecuencia de la radiación emitida).


Las dos primeras leyes indican que cuando un átomo emite una radiación alfa o beta se transforma en otro átomo de un elemento diferente. Este nuevo elemento puede ser radiactivo, transformándose en otro, y así sucesivamente, dando lugar a las llamadas series radiactivas.
USOS DE LA RADIACTIVIDAD

  1. El trazado isotópico en biología y en medicina.- El trazado isotópico ha permitido estudiar así, sin perturbarlo, el funcionamiento de todo lo que tiene vida, de la célula al organismo entero.

  2. Las radiaciones y la radioterapia.- Las radiaciones ionizantes pueden destruir preferentemente las células tumorales y constituyen una terapéutica eficaz contra el cáncer, la radioterapia, que fue una de las primeras aplicaciones del descubrimiento de la radioactividad.

  3. La esterilización.- La irradiación es un medio privilegiado para destruir en frío los microorganismos: hongos, bacterias, virus... Por esta razón, existen numerosas aplicaciones para la esterilización de los objetos, especialmente para el material médico-quirúrgico.

  4. La protección de las obras de arte.- El tratamiento mediante rayos gamma permite eliminar los hongos, larvas, insectos o bacterias alojados en el interior de los objetos a fin de protegerlos de la degradación.

  5. Los detectores de fugas y los indicadores de nivel.- La introducción de un radioelemento en un circuito permite seguir los desplazamientos de un fluido, detectar fugas en las presas o canalizaciones subterráneas.

  6. La alimentación de energía de los satélites.- Las baterías eléctricas funcionan gracias a pequeñas fuentes radioactivas con plutonio 239, cobalto 60 o estroncio 90. Estas baterías se montan en los satélites para su alimentación energética.

  7. La producción de electricidad.- Las reacciones en cadena de fisión del uranio se utilizan en las centrales nucleares que, en Francia, producen más del 75% de la electricidad.


Ejemplo.

¿Qué reacción ocurre cuando es bombardeado con partículas alfa para dar origen a ?

Rta.

La reacción que ocurre es:


EJERCICIOS

  1. Dalton, ¿propone una teoría o un modelo atómico?

  2. Respecto a las reacciones químicas, ¿qué dice Dalton?

  3. Según Dalton, ¿Cómo son los átomos del mismo elemento y como son los átomos de elementos diferentes?

  4. a) La relación q/m de los rayos catódicos, ¿depende del gas que haya encerrado en el tubo? b) ¿Y la de los rayos canales (anódicos)? Justifica las respuestas.

  5. Describe el experimento que realizo Thompson para descubrir el electrón.

  6. ¿Cómo se descubrió los rayos catódicos, canales y X? Explíquelo.

  7. ¿A qué se debía que algunas partículas alfa rebotaban al impactar con la delgada lámina de oro en el experimento de Rutherford?

  8. ¿Cuál es la principal limitación del modelo atómico de Rutherford?

  9. ¿Por qué la mayoría de partículas alfa atravesaban la lamina delgada de oro? Explique.

  10. ¿Qué explicación dio Bohr a la emisión de energía radiante por parte de los átomos?

  11. ¿Cómo subsanó el modelo de Bohr las limitaciones del modelo de Rutherford?

  12. Calcula la longitud de onda, la frecuencia y el número de ondas de una radiación cuyos cuantos tienen una energía de 3,0.10-3 erg. ¿A qué zona del espectro electromagnético pertenece esta radiación?

  13. Si cada átomo de un mol de átomos emite un fotón con una longitud de onda de 4,15.103Ǻ, ¿cuánta energía se pierde? Expresa la respuesta en kJ/mol.

  14. Calcula la energía de un fotón de una lámpara de vapor de mercurio cuya longitud de onda es de 546 nm.

  15. La capa de ozono absorbe la radiaciones ultravioleta, capaces de producir alteraciones en las células de la piel, cuya longitud de onda está comprendida entre 200 y 300 nm. Calcular la energía de un mol de fotones de luz ultravioleta de longitud de onda 250 nm.

  16. La lámpara de mercurio emite una luz verdosa, este color procede de la radiación cuya longitud de onda está comprendida entre 434,8 nm y 546,1 nm. Calcular la energía del fotón en cada una de estas radiaciones.

Datos: h = 6,63.10 -34 J.s; c = 3,0.10 8 m/s

  1. Una lámpara de sodio emite luz amarilla de 550 nm de longitud de onda. ¿Cuántos fotones emite cada segundo si su potencia es de 100 watts?

  2. Explique la dualidad onda corpúsculo. Hipótesis de De Broglie

  3. ¿Cuál es la longitud de onda asociada a un electrón que se mueve a una velocidad de 4,7.10 5 m/s?

Datos: h = 6,63.10 -34 J.s; me = 9,1.10 -28 g

  1. ¿Cuál es la longitud de onda asociada a un electrón que se mueve con una velocidad de 10 6 Km/s? ¿A qué zona del espectro corresponde?.

  2. Calcula la longitud de onda de De Broglie asociada a cada partícula:

a) Una persona de 70 kg que se mueve con 2 m/s de velocidad.

b) Un electrón que se mueve a 1.000 m/s.

  1. ¿Cuál es la longitud de onda de De Broglie asociada a un virus de 10-18 g de masa que se mueve por la sangre con una velocidad de 0,2 m/s?

  2. Calcula: a) La energía de un fotón cuya longitud de onda es de 5500 Å. b) La energía de un mol de fotones.

  3. Hallar la longitud de onda de De Broglie en los siguientes casos: 

a)  un neutrón que se mueve a una velocidad de 20 km/s;

b) un electrón acelerado mediante una diferencia de potencial de 104 V.

Datos: m neutrón = 1,67.10 –27 Kg;  me = 9,1·10 -31 Kg;  qe = 1,6.10 -19 C; : h = 6,63.10 -34 J.s

  1. ¿Cuál es la frecuencia de la luz de longitud de onda 434 nm?

  2. La longitud de onda de una radiación cuya frecuencia sea 1 Hz será mayor que la correspondiente a una radiación cuya frecuencia es 1 s-1

  3. ¿A cuál de los siguientes valores de frecuencia le correspondería el valor más bajo de la longitud de onda?

a) 0,1 Hz; b) 1,0 Hz; c) 20 s -1; d) 30 Hz

  1. La frecuencia correspondiente a una radiación cuya longitud de onda es de 500 nm será mayor que la frecuencia correspondiente a una radiación cuya longitud de onda sea 250 nm.

  2. ¿Cuál de los siguientes valores representa la longitud de onda mayor?

a) 6,3.10 -5 cm; b) 735 nm; c) 3,5.10 -6 m

  1. ¿Cuál de los siguientes valores representa la longitud de onda menor?

a) 7,2.10 -5 cm; b) 118 nm; c) 8,5.10 -7 m

  1. La frecuencia correspondiente a una radiación de longitud de onda 3,64.10-7 m es 8,24.1015 Hz

  2. La frecuencia de una radiación de longitud de onda 1,2.10-7 m es 2,5.1015 Hz

  3. ¿Por qué los espectros atómicos no son continuos?

  4. ¿Es correcto afirmar que el espectro solar solamente contiene siete colores? Razone su respuesta.

  5. ¿En que se basa el análisis espectroscópico de los elementos químicos?

  6. ¿Qué es un orbital? Explica las diferencias entre órbita en el átomo de Bohr y orbital en la Mecánica cuántica.

  7. Indica razonadamente, ¿Cuáles de las siguientes combinaciones de números cuánticos son correctas y el nombre de los orbitales que, en su caso, representan?

a) 4, 4, -1, ½; b) 3, 2, 1, ½; c) 3, -2, 1, - ½; d) 2, 1, -1, - ½

  1. Escriba los valores de los números cuánticos que definen los orbitales del subnivel 2p. Razone las analogías y diferencias que presentan los citados orbitales en su energía, tamaño, forma y orientación espacial.

  2. Utilizando la regla de n + l, ordena de menor a mayor energía los subniveles 3p, 3d, 4s, 4p, 4d, 4f, 5s

  3. Escribe los valores de los cuatro números cuánticos para los electrones del berilio.

  4. El grupo de valores 3, 0, 3, correspondientes a los números cuánticos n, l y m, respectivamente, ¿es o no permitido? ¿Y el 3,2,–2? Justifica tu respuesta.

  5. Justifica si es posible o no que existan electrones con los siguientes números cuánticos: a) (3, –1, 1, –½); b) (3, 2, 0, ½); c) (2, 1, 2, ½); d) (1, 1, 0, –½).

  6. Justifica si es posible o no que existan electrones con los siguientes números cuánticos: a) (2, –1, 1, ½); b) (3, 1, 2, ½); c) (2, 1, –1, ½); d) (1, 1, 0, –2).

  7. Los principios de Hund y de Pauli regulan las configuraciones electrónicas; expresa estos principios y aplícalos al átomo de oxígeno (Z = 8) y al ion O -2.

  8. Escribe la configuración electrónica fundamental de un átomo que tiene 27 electrones.

  9. Para nitrógeno (7N):

a) Escribe la configuración electrónica; b) Escribe los números cuánticos del último electrón.

  1. ¿Cuántos electrones caben en los orbitales del nivel n = 3? Dibuja la solución en forma de diagrama.

  2. Escribe la configuración electrónica del estado fundamental de los átomos e iones siguientes: N3-, Mg2+, Cl-, K+ y Fe. ¿Cuáles de ellos son isoelectrónicos? ¿Hay algún caso en el que existan electrones desapareados?

  3. Razone si las configuraciones electrónicas siguientes representan la fundamental, una excitada o una imposible para el átomo o el catión propuesto: a) Li = 1s2 2p1; b) C + = 1s2 2s1 2p1 2d1; c) He = 1p1; d) O + = 1s2 2s2 2p3; e) H = 1s2.

  4. Los números cuánticos de cuatro electrones de cierto átomo son: a) 4,0, 0, + ½; b) 3, 1, 1, + ½; c) 3, 2, -2, - ½; d) 4, 1, 1, - ½.

Identifique los correspondientes orbitales de cada electrón, ordénelos según su energía creciente y enuncie el principio de Pauli.

  1. El calcio tiene número atómico 20 y masa atómica 40. a) Explica el significado de esos dos datos; b) ¿En qué deben parecerse dos elementos para que den lugar a sustancias de comportamiento parecido: en su masa atómica, en su número atómico, o en su configuración electrónica? Explica tu respuesta.

  2. ¿En qué se parecen y en qué se diferencian: a) Los orbitales 1s y 2s de un átomo. b) Los orbitales 2px y 2py de un átomo?

  3. ¿Cuáles son las formas más comunes de radiación en las reacciones nucleares?

  4. ¿Cuál es la representación simbólica del positrón?

  5. Complete la siguiente reacción:

, ¿cuál es la partícula emitida?

  1. En la siguiente reacción, la especie química generada cual sería su número de masa y su masa atómica?


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