🔬 MODELOS ATÓMICOS ANTIGUOS Y ACTUAL - SEMANA 2.2 🔬 | Quizlet

🔬 Teoría Atómica de Dalton (1803) ⚛️

1) Átomos = Base de toda materia

"Los átomos son parte constitutiva de toda materia"

Esferas macizas ⚫, indivisibles, indestructibles 🔒, no se crean ni destruyen ❌🔥.

Unidos por fuerzas de atracción 💫.

2) Átomos de MISMO elemento son idénticos 👯‍♂️

(No sabe de los Isotopos)

Misma forma, masa y tamaño 📏⚖️.

Se Difieren entre elementos 🔀.

3) Compuestos químicos

✨Unión de átomos de diferentes elementos 🔗✨.

Relación de masas: números enteros y sencillos 🔢✅.

4) Reacciones químicas ⚗️

Solo hay separación, combinación o reordenamiento de átomos 🔄.

¡Nunca se crean o destruyen átomos! ❌⚡

⚛️Antecedentes De Thomson ⚛️

✅1859: Julius Plucker construye el primer tubo de descarga ⚡🔦.

✅1874: George Stoney propone el "electrón" (electricidad en partículas) 🔋✨, basado en experimentos de Faraday.

✅1869: Sir William Crookes estudia rayos catódicos 📡

✅THOMSON DESCUBRE QUE

1️⃣ Viajan en línea recta 🎯→ son invisibles 👻, pero causan fluorescencia 💚 en el vidrio. (Cat → Anod)

2️⃣ Generan "rayos canales" (+) al chocar con gas residual 🔁⚡.

3️⃣ Se desvían por campos eléctricos/magnéticos 🔌, lo que sugiere carga negativa ➖.

4️⃣ Producen sombras 🌑 al chocar con obstáculos.

Contribución de Thomson:

Descubrió el electrón 🎯🔍 usando tubos de rayos catódicos. (Milikan descubre el valor de la carga)

✅Propuso el modelo del "pudín de pasas" 🍮🍇

✅Átomo como esfera de carga positiva ➕.

✅Electrones incrustados como "pasas" negativas ➖

🔬 Modelo Atómico de Thomson (1897-1904) ⚛️

⚡Rayos catódicos = Electrones ⚡

Se desplazan en línea recta ➡️ desde el cátodo (-) al ánodo (+).

Son desviados por campos eléctricos/magnéticos 🔌 (carga negativa ➖).

¡Son parte de todo átomo! ✅

⚖️Tienen masa ⚖️

Mueven molinetes 🌀 en el tubo (prueba de que son partículas materiales).

🌐Relacion encontrada🌐

Independientes del material del cátodo o gas residual.

RELACION CARGA/MASA constante:

e / m= 1,759×10¹¹ C/kg

(¡Igual para todos los electrones!) 🔁✨

🍮Modelo del "pudín de pasas" 🍮🍇

CONCLUSION

Átomo como una cuasiesfera positiva uniforme ➕⚪.

Electrones incrustados ("pasas" negativas ➖) en la esfera.

Átomo eléctricamente neutro:

Carga positiva total = Carga negativa total de los electrones. ⚖️⚡

🔬 Propiedades de los Rayos Catódicos (RC) / Electrones ⚡

📌 Fig. 6:

Viajan en línea recta 🎯➡️ desde el cátodo (-) al ánodo (+).

📌 Fig. 7:

Proyectan sombras 🌑 (ej: "Cruz de Malta") al chocar con obstáculos.

📌 Fig. 8:

Hacen girar un molinete 🌀 dentro del tubo: ¡tienen masa ⚖️ y momentum!

📌 Fig. 9:

Se desvían por campos eléctricos 🔌: confirmando carga negativa ➖

Luego se descubre que Los rayos catódicos son electrones

⚛️EXPERMIENTO DE RUTHERFORD⚛️

Desviación y difusión (reflexión): Bombardeo de las partículas ALFA contra una lámina de pan de oro (u otras)

🔬 Modelo Atómico de Rutherford (1911) ⚛️

Experimento clave:

-Bombardeo de láminas delgadas de oro (Au) con partículas alpha (α) cargadas positivamente (+).

-Dirigido por Rutherford, realizado por Geiger y Marsden.

📊 Observaciones sorprendentes📊

1) La mayoría de las partículas α atravesaban la lámina sin desviarse 🎯→ ⚠

2) Algunas se desviaban ligeramente (menos de 1°).

3) Muy pocas (1 de cada 8000) rebotaban o se desviaban más de 90° (¡incluso 180°!) 🔄❌.

CONCLUSIONES:

🕳️El átomo es mayormente espacio vacío 🕳️: La mayoría de las partículas α no se desvían porque atraviesan el vacío atómico.

🔴⚛️Existe un núcleo diminuto y denso ⚛️🔴:

Diámetro nuclear: 10⁻¹² a 10⁻¹³ cm.

Tamaño atómico: 10⁻⁸ cm → ¡El átomo es 100,000 veces más grande que el núcleo!

El núcleo concentra toda la carga positiva y casi toda la masa (ej: densidad del protón: 6×1014 g/cm³ 🏋️).

🎇 Modelo planetario 🎇

Electrones girando alrededor del núcleo (como planetas alrededor del Sol). (No definió la trayectoria)

🌈ESPECTROS🌈

⭐ LOS ELEMENTOS SIEMPRE DAN ESPECTROS DISCONTINUOS⭐

🔽 ESPECTRO DE ABSORCIÓN🔽

💡 Proceso💡

Se atraviesa luz blanca 🌈 a un elemento

El elemento traspasa la luz...

Pero se queda con ciertas longitudes de onda específicas 🎯

📊 Resultado:

Espectro con líneas oscuras ⚫

Cada línea = longitud de onda absorbida por el elemento

"Huella digital" del elemento 🔍

🔼 ESPECTRO DE EMISIÓN🔼

⚡Proceso⚡

Se excita un elemento (con voltaje, calor, etc.) 🔥

El elemento emite energía...

En ciertas longitudes de onda específicas 🎯

📊 Resultado:

Espectro oscuro con líneas brillantes 💡

Cada línea = longitud de onda emitida por el elemento

"Huella digital" del elemento 🔍

🔬 Problema del Modelo de Rutherford (1911) según la Física Clásica

✔Al plantear el modelo planetario con la física de ese entonces predecían un comportamiento catastrófico

⚡ Inconsistencias⚡

✔ Rutherford dice que emite energía CONTINUA (por la antigua física de Maxwell), pero su espectro es DISCONTINUO (Incongruencia)

✔ No explica la estabilidad del átomo, si emite energía chocaría y destruiría el núcleo

Al emitir energía, el electrón perdería velocidad y describiría una trayectoria en espiral 🌀 hacia el núcleo

🔬 Max Planck (1900) y la Teoría Cuántica ⚛️

1️⃣ La energía es cuantizada (NO CONTINUA)

✔️ Se emite o absorbe en paquetes discretos llamados "cuantos" ⚛️

✔️ Rompe con la física clásica que consideraba la energía continua 🔄

2️⃣ La energía de un cuanto depende de la frecuencia (f)📌 Fórmula fundamental📌

➡ E = h.f

( h = 6,6252 x10⁻³⁴ J.s ; Constante de Planck )🔬

f = frecuencia de la radiación (en Hz) 📡

📌 Expresada en longitud de onda (λ)📌

E = h.c/λ ​

c = 3×10⁸ m/s (velocidad de la luz) ⚡

λ = longitud de onda (en metros) 📏

📌 Problema que resolvió📌

💲Explicar la distribución de energía en cuerpos incandescentes (como un metal al calentarse) 🔥🔴.

💲La física clásica no podía predecir correctamente la radiación emitida.

🌐 RADIACIONES ELECTROMAGNÉTICAS (REM) 🌐

⚡ Ondas electromagnéticas ⚡

✔️Viajan a la velocidad de la luz C=3×10⁸ m/s💨 (vacío)

✔️Se propagan mediante campos eléctricos y magnéticos ⚡

✔️Campos perpendiculares entre sí ➕

✔️Transportan energía 🔋

✔️NO TIENEN MATERIA

🌈Espectro Electromagnético (EM)🌈

Son las ondas electromagnéticas (REM) emitidas por:

-Sólidos y líquidos incandescentes (ej: un metal al calentarse) 🔥.

-Gases a baja presión en estado excitado (ej: lámparas de neón) 💡

-Cuando los átomos o moléculas reciben energía, sus electrones saltan a niveles superiores y al volver a su estado fundamental, emiten luz en longitudes de onda específicas

🌈 ¡Datos clave!

-Huella digital de los elementos:

-Independencia de la pureza:

Ej: El sodio (Na) siempre emite una línea amarilla característica (589 nm), ya sea en sal común (NaCl) o en metal puro. 💛

🌈 TIPOS Espectro Electromagnético (EM)🌈

1) ☢️Rayos gamma (γ) ☢️:

λ muy corta, f muy alta.

Provenientes de reacciones nucleares.

2) Rayos X :

λ corta, f alta.

Usados en medicina e imágenes.

3) ☀️Ultravioleta (UV) ☀️:

λ menor que la luz visible.

Causa bronceado y daño en la piel.

4) 👁️Espectro visible 👁️:

λ=400 nm (violeta) a 700 nm (rojo).

Colores: violeta, azul, verde, amarillo, naranja, rojo.

5)🔥Infrarrojo (IR) 🔥:

λ mayor que la luz visible.

Emitido por cuerpos calientes (ej: calor).

6) 🍲Microondas 🍲:

λ desde mm hasta cm.

Usadas en comunicaciones y hornos.

7) 📻Ondas de radio 📻:

FM, AM, ondas largas.

λ desde metros hasta kilómetros.

🔬 BASES de la Teoría Atómica de Niels Bohr⚛️

-Combinó física clásica 🍎⚖️ + cuántica ⚛️🔮 (Planck-Einstein).

-Solucionó los problemas de Rutherford (estabilidad atómica ⚡ y espectros discretos 🌈📊).

-Aplicable SOLO al hidrógeno 💧 e iones con 1 electrón (He⁺, Li²⁺, etc.) 🔋✨.

🔬Teoría Atómica de Niels Bohr⚛️

📜 Postulados clave:

El cree saber las posiciones del electrón y características, luego se le contradicen otros científicos

1. Sistema energético cuantizado 🔢

Electrones giran en órbitas circulares 🌀 alrededor del núcleo.

Energía total del electrón: (Cinética + Potencial)

📌 E = -A/n² 📌(Solo para el Átomo de Hidrogeno)

A = 13,6 eV ⚡💥 (energía de ionización del H).

n=1,2,3,... 🔢 (número cuántico principal).

2. Órbitas estacionarias ⚡

Electrones NO emiten energía 📵💡 mientras están en una órbita (nivel).

Cada órbita es un nivel energético discreto 📶🔲 (estado estacionario) (Introduce el ¨nivel¨)

3. Momento angular cuantizado 🌀📏

📌 L=n⋅ℏ 📌

📌 v = 2,2×10⁶ / n 📌en un determinado nivel

📌rₙ = a₀.n²

rₙ: Radio de la órbita para el nivel n

a₀=0.53Å

💡Emisión/Absorción de fotones 💡🔄

Al saltar entre órbitas, el electrón absorbe o emite un fotón ☀️📉 con energía:

ΔE = Rh ( [1/n₁]² - [1/n₂]² )

Esto explica los espectros de líneas 🌈📏

Para saber si emite o absorbe usar ENERGIA IP ESTABILIDAD de lo estudiado

🌈 Ecuación de Rydberg🌈

Muy parecida a la de ΔE, lo unico que cambia es la CONSTANTE

1/λ = ...(eso)xd

🌈LINEAS DEL HIDROGENO🌈

📉 EMISIÓN: Saltos de mayor a menor nivel energético

☢️ SERIE DE LYMAN (UV)

✔️ Saltos: Cualquier nivel → nivel 1 🎯

✔️ Rango: Ultravioleta 🌌

✔️ Energía: MAYOR energía de todas ⚡

🌈 SERIE DE BALMER (VISIBLE-UV)

✔️ Saltos: Cualquier nivel → nivel 2 🎯

✔️ Rango: Visible y ultravioleta 👁️

✔️ Líneas famosas: H-α, H-β, H-γ (hidrógeno)

🔥 SERIE DE PASCHEN (IR)

✔️ Saltos: Cualquier nivel → nivel 3 🎯

✔️ Rango: Infrarrojo cercano 🔥

🌡️ SERIE DE BRACKETT (IR)

✔️ Saltos: Cualquier nivel → nivel 4 🎯

✔️ Rango: Infrarrojo medio 🌡️

🌀 SERIE DE PFUND (IR)

✔️Saltos: Cualquier nivel → nivel 5 🎯

✔️ Rango: Infrarrojo lejano 🌫️

👁️ OJO: DEMOSTRACIÓN MATEMÁTICA

📐 Fórmula de Rydberg en Lyman alcanza el MAYOR VALOR

Ejemplo la primera linea de Balmer es:

nf= 3 ;ni=2 ; su diferencia es 1 (denominada primera linea)

🔮 EFECTO ZEEMAN 🔮

⚡ Experimento:

💨Aplico un campo magnético externo a un gas de baja presión

El gas emite energía (líneas espectrales) 💡

PERO... al aplicar el campo magnético:

La ÚNICA línea original se divide

En MÁS LÍNEAS FINAS 📊

🌟 APORTES PRINCIPALES BOHR

1) ✅ Estabilidad del átomo 🛡️⚛️

Combinó física clásica 🍎 y cuántica ⚛️ (modelo "mecano-cuántico").

Evitó el colapso del electrón hacia el núcleo predicho por la física clásica.

2) ✅ Explica el espectro del hidrógeno 🌈📊

Predijo las líneas espectrales del H y especies hidrogenoides (He⁺, Li²⁺, etc.).

3) ✅ Introduce niveles de energía cuantizados 🔢⚡

Los electrones solo ocupan órbitas con energía definida por el número cuántico n.

4) ✅ Predice el potencial de ionización del H ⚡💥

Valor calculado: 13,6 eV (¡coincide con el experimental!).

⚠️ LIMITACIONES DEL MODELO BOHR

❌ No explica átomos polielectrónicos 🚫👥

Solo funciona para H e iones con un electrón (hidrogenoides).

Fallaba para átomos con múltiples electrones (ej: He, Li).

❌ No explica el efecto Zeeman 🔍

No predice el desdoblamiento de líneas espectrales bajo campos magnéticos externos.

❌ No explica la intensidad de las líneas espectrales 📶

No diferencia entre líneas finas, anchas o gruesas en los espectros

❌ NUNCA hablo de ENLACES

🌊Dualidad Onda-Partícula de Louis de Broglie (1924)🌊

💡 Hipótesis revolucionaria💡

"Toda partícula material puede tener comportamientos ondulatorios" 🌊⚛️. (ASOCIADOS A ELLA)

"Toda onda tiene propiedades corpusculares" 🔍📡.

📐 Ecuación clave📐

E = p.c = hf

p: Momentum lineal (p=m⋅v) 🚀.

c: velocidad de luz en el vacio

🌀 Aplicación al átomo de hidrógeno🌀

Las órbitas estacionarias de Bohr son aquellas donde cabe un número entero de longitudes de onda del electrón:

📐Ecuación clave📐

(ASOCIADOS A ELLA)

λ=2π.a₀.n

Esto explica la cuantización de los niveles de energía 🔢

🔬DIFRACCIÓN DE ELECTRONES🔬

EXPERIMENTO CLAVE

🔫Dispararon un haz de electrones hacia cristales de níquel (Ni) y otros metales.

📺Observaron un patrón de difracción (anillos concéntricos) en la pantalla detectora, similar al de los rayos X.

-Esto demostró que los electrones se comportan como ondas al interactuar con la estructura cristalina

⚡Aplicando la dualidad onda-partícula al modelo atómico de Bohr

📐FÓRMULA CLAVE📐 → λ = 2π.a₀.n

⚖️🔍 Principio de Indeterminación de Heisenberg (1927)

💡 Enunciado clave:

-"Es imposible determinar simultáneamente y con exactitud la posición (x) y el momentum (p) de una partícula cuántica (como el electrón)".

-Cuanto más precisamente se mide una propiedad, más incierta se vuelve la otra.

🔬 ECUACIÓN DE SCHRÖDINGER Y DIRAC 🔬

✅Se CONFIRMA CON LA ECUACION el comportamiento DUEL DEL ELECTRON

🔢 NÚMEROS CUÁNTICOS (Solución de la ecuación)🔢

n → Principal (nivel energético) 💫

ℓ → Angular/orbital (forma) 🌀

mℓ → Magnético (orientación)

📈 FUNCIÓN DE ONDA Y PROBABILIDAD📈

Ψ → Función de onda pura 📊

Ψ² → Probabilidad de encontrar al electrón 🎯

📊 GRÁFICO DE PROBABILIDAD Ψ²📊

EN LA CRESTA:✅ MÁXIMA probabilidad de encontrar el electrón 📈(Zonas de alta densidad electrónica)

⚫ EN EL NODO:❌ MÍNIMA probabilidad de encontrar el electrón 📉(Puntos donde Ψ² = 0)

🔄 CONTRIBUCIÓN DE DIRAC🔄

🔄Reformulación de la ecuación y se agrega a ello el Cuarto número cuántico: spin (ms) 🔄🔵

Valores: +1/2 ↑ o -1/2 ↓

🔬 Modelo Atómico Actual (Mecánica Cuántica) ⚛️✨

Base histórica (1900-1926):

Desarrollado por gigantes de la física:

Planck ⚛️ (cuantización de la energía).

Einstein 🌟 (efecto fotoeléctrico).

Bohr (modelo cuántico del H).

de Broglie 🌊 (dualidad onda-partícula).

Schrödinger 📈 (ecuación de onda).

Heisenberg ⚖️ (principio de incertidumbre).

Born 🎲 (interpretación probabilística).

🎯 ¿Cómo está estructurado el átomo?🎯

Núcleo :

Protones (+) y neutrones (neutros).

Concentra casi toda la masa.

☁️Nube electrónica ☁️:

Electrones (-) en orbitales (regiones de probabilidad).

Gobernada por la mecánica cuántica.