Dualidad del electrom

Primeros experimentos sobre la estructura atómica

Tema 2: Estructura atómica (I): Estructura nuclear del átomo
2.1 Primeros modelos atómicos 2.2 Isótopos 2.3 Radiación y materia: propiedades ondulatorias de la radiación 2.4 Radiación y materia: propiedades corpusculares de la radiación 2.5 El modelo de Bohr 2.6 Dualidad onda-corpúsculo 2.7 Principio de incertidumbre de HeisenbergExperimento de Rutherford/Geiger y Marsden

Resultados:
• La mayor parte de las partículas alfa atravesaban la lámina sin desviarse • Una de cada 20000 se desviaba mucho o rebotaba en la misma dirección de la que había llegado Átomos de oro

Radiación alfa

Modelo de Rutherford (1911)
A partir de los hallazgos del experimento de Geiger y Marsden... • Casi el 100% de la masa atómica (protones yneutrones) del átomo se encuentra en el núcleo •El núcleo ocupa un volumen muy pequeño comparado con el volumen ocupado por los electrones • El núcleo concentra la carga positiva (protones). •El conjunto del átomo es eléctricamente neutro

Número atómico y número de masa •Número Atómico, Z = número de protones en el núcleo = número de electrones en el átomo (neutralidad del átomo)
Las propiedadesquímicas de un elemento dependen de Z
Algunos números atómicos (ZH=1, ZC=6, ZO=8, …, Z ≈ 100)

Núcleo 10-14 m

Electrones 10-10 m

•Número de masa, A = número de protones y neutrones en el núcleo
Normalmente se expresa en unidades de la masa de un protón (aprox. 1 u.m.a.)

Número atómico y elementos químicos Un elemento químico viene definido por su número atómico porque éste determina elnúmero de electrones que tienen sus átomos

2.2 Isótopos

El número de electrones determina la estructura electrónica

Representación de un núclido: núcleo específico con un número determinado de protones y neutrones:

A
Z La estructura electrónica determina las propiedades químicas del elemento

X

Símbolo del elemento

Ej:

12 6

Có

258 92

U

1

Determinación de lamasa atómica: espectrometría de masas

•Isótopos = Átomos con el mismo valor de Z y distinta masa atómica, A, es decir, con el mismo número de protones (y electrones) y distinto número de neutrones.
Elemento Símbolo Z
20Ne

A 1 2 3 12 13 16

Abundancia % 99.985 0.015 (radioactivo) 98.90 1.10 99.76

Hidrógeno 1H Deuterio 2H o D Tritio
3H

1 1 1 6 6 8

Espectro de masas de Ne

oTCarbono-12 12C Carbono-13 13C Oxígeno-16 16O

21Ne

22Ne

Los isótopos de un mismo elemento tienen las mismas propiedades químicas

Marcaje isotópico • Determinación del mecanismo de una reacción química/bioquímica
O O

2.3 Relaciones entre longitud de onda λ, frecuencia ν, y periodo T de una onda electromagnética

λ = CT λ×ν=C

ν

=1/T

(C = 3.00 × 108 m s-1)

OH

CH3OHH2SO4, ∆ OH

OCH3

+H2O

OH

Ácido salicílico
O CH318OH H2SO4, ∆ OH

Salicilato de metilo
O

OH

18OCH 3

+H2O

OH

Longitud de onda pequeña Alta frecuencia

Longitud de onda larga Baja frecuencia

El espectro electromagnético

Ondas de Radio Microondas Infrarrojo

Importancia de la interacción entre radiación y materia en Química Avance en el conocimiento histórico dela estructura atómica Técnicas experimentales actuales de determinación de la estructura molecular

Ultravioleta Rayos X Rayos γ ESPECTROSCOPÍA (absorción/emisión de energía) DIFRACCIÓN (NO absorción/emisión de energía)

2

Difracción y técnicas de difracción Para que aparezca patrón de difracción la distancia entre las rendijas ha de ser del orden de la longitud de onda de la radiaciónutilizada

Patrón de difracción de rayos X de la molécula de ADN

Para obtener información de la estructura atómica y molecular en química necesitamos longitudes de onda del orden de los tamaños típicos atómicos y de las distancias de enlace: ~ 1 Å (= 10-10 m)

Difracción de rayos X

Difracción de electrones

Difracción de neutrones

Patrón de difracción de la molécula de ADN (2)...