QUIMICA 10 " EL ATOMO COMO CONSTITUYENTE BÁSICO DE LA MATERIA"
- Maria E Quiñones H
- 6 abr 2020
- 6 Min. de lectura
1. Observa el siguiente video y complementa la informacion que necesitas para esta leccion visitando el siguiente vinculo, desrraollando las actividades propuestas alli
MODELO ESTANDAR
2 . Actividad lee atentamente y desrrolla el ejercicio 1 propuesto en la guia
A continuación abordaremos el Modelo Estándar el cual continúa teniendo vigencia en la actualidad y cuyo conocimiento forma parte de la cultura general de una persona, por lo cual nos interesa familiarizarnos con sus planteamientos desde temprana edad. En 1905, Albert Einstein, inició dos caminos revolucionarios para la ciencia cuando publicó la teoría especial de la relatividad y aportó una nueva forma de ver la radiación electromagnética desde el punto de vista de la teoría cuántica. Una partícula elemental es aquella que no está formada por otras partículas y que por tanto no se puede dividir. Para saber si una partícula es elemental hay que intentar romperla, se han creado muchos equipos para provocar colisiones como el ciclotrón, el sincrotrón y acelerador lineal, para acelerar partículas que van a chocar.
Estos equipos han permitido descubrir más de 100 partículas subatómicas, las cuales se han clasificado en leptones (electrón, muon, mesón tau y tres tipos de neutrinos), son partículas ligeras y hadrones o partículas pesadas, se conocen más de 100 hadrones, incluyendo al protón y al neutrón, los hadrones están formados por quarks, se plantea la existencia de seis quarks,
La búsqueda de partículas elementales continúa, con la idea de encontrar cuál es la parte más pequeña de la materia. Entre 1960 a 1975, varios de los más eminentes físicos fueron elaborando un modelo que permitiera explicar la constitución de la materia y sus leyes, se conoció como cromodinámica cuántica (QDC) y condujo al modelo estándar
Se consideran 6 quarks y 6 leptones, como se observa cada partícula tiene su símbolo y valor de carga. Un protón está formado por tres quark (uud), su carga total es +1; un neutrón también está formado por tres quarks (ddu), su carga es cero. El modelo estándar es una teoría que ha sido considerada la mejor de todas para explicar la naturaleza de la materia, la cual identifica las partículas básicas especificando cómo interactúan.
El modelo estándar plantea que en la naturaleza existen dos tipos de partículas:
Las que están asociadas a la materia reciben el nombre de fermiones (quarks, leptones y bariones) en honor a Enrico Fermi, los fermiones poseen spin fraccionario y no pueden ocupar el mismo estado cuántico al mismo tiempo, esta característica define la estabilidad de la materia y sus propiedades macroscópicas. Las que están asociadas a las interacciones se llaman bosones, en honor a Satyendranath Bose, los bosones poseen spin entero, varios bosones pueden ocupar un mismo estado cuántico, son las partículas que conforman los campos de fuerza y son las portadoras de las interacciones
El modelo estándar establece que todo cuanto conocemos está formado por dos tipos de partículas y sus correspondientes antipartículas: los quarks y los leptones, que interactúan entre sí por medio de tres tipos de fuerza (electromagnética, nuclear fuerte y electrodébil). Estas fuerzas o interacciones son transmitidas por partículas especializadas llamadas bosones. De acuerdo con el modelo, los tres tipos de interacciones (electromagnética, nuclear fuerte y electrodébil) al nivel fundamental son las tres formas de manifestarse de una fuerza única. La otra gran fuerza de la naturaleza es la gravedad, la cual actúa por igual sobre la masa que sobre la energía, queda fuera del modelo estándar y es explicada por la teoría de la relatividad. Algunos de los mejores científicos están buscando la Teoría de la Gran unificación (TGU).
Según el modelo estándar los seis quarks y sus correspondientes antiquarks no se presentan de forma individual, sino formando agrupaciones llamadas hadrones. La materia ordinaria está formada por solo dos tipos de quarks: quark u (up o arriba) y quark d (down o abajo), que se agrupan formando tripletes o bariones.
Los otros cuatro tipos de quarks solo se presentarían como constituyentes de partículas supermásicas, en condiciones energéticas muy elevadas que se alcanzan únicamente en estrellas de neutrones o quásares o en formas de materia no observadas. El quark t (top o cima), se descubrió en el acelerador Tevatrón del Fermilab en 1995. Algo parecido ocurre con los transmisores de fuerza o bosones, sólo el fotón puede ser observado fácilmente. Para detectar los bosones Z, W, g, se requieren enormes energías, utilizando los aceleradores de partículas se han ido detectando los distintos tipos de quarks y los bosones.
Los leptones son partículas inmunes a la fuerza fuerte; de los leptones, sólo el electrón es fácilmente detectable. Los neutrinos carecen de carga y de masa, son muy escurridizos, atraviesan la materia ordinaria como si no existiese, no obstante se han detectado los demás leptones. Nos surge el interrogante ¿Si es tan difícil detectar estas partículas, entonces cuáles se encuentran en la materia ordinaria que nos rodea? El mundo que nos rodea está constituido por quarks u y d, electrones, fotones y neutrinos electrónicos. Los quarks u y d forman los protones y los neutrones, los quarks constituyen menos del 0,1% del núcleo atómico y el núcleo atómico ocupa menos de la cienmilésima parte del átomo, la mayor parte del átomo es espacio vacío. El resto de las partículas sólo existirían a energías que se dan en algunas estrellas muy másicas y en explosiones procedentes de los confines del universo, pudiendo llegar a nosotros como parte de la radiación cósmica.
MODELO MECÁNICO CUÁNTICO DEL ÁTOMO
En la tabla se observa que el primer nivel de energía solo posee un subnivel s, el segundo nivel de energía posee subniveles s y p, el tercer nivel de energía posee subniveles s, p y d, el cuarto nivel de energía posee subniveles s, p, d y f. El subnivel s, tiene orbital s, con simetría esférica.
Cada subnivel p contiene 3 orbitales p, formados por dos lóbulos idénticos con la misma energía pero que se proyectan con distinta orientación en el espacio, px, py, pz. El subnivel d contiene cinco orbitales y el subnivel d tiene 7 orbitales con formas más complejas que los orbitales.
Primer número cuántico, n. Niveles principales de energía. Es fundamental para determinar la energía del electrón. El número cuántico n sólo puede tomar valores enteros positivos, 1, 2, 3, El valor de n corresponde al nivel de energía principal. Si n= 1 el electrón está en el nivel 1 y así sucesivamente.
Segundo número cuántico, l. Subniveles (s, p, d, f) Cada uno de los niveles principales de energía incluye uno o más subniveles. Los subniveles se denotan por el número cuántico l, la forma de la nube electrónica viene determinada por l, el cual toma valores desde 0 hasta (n-1): los subniveles son, s (sharp); p (principal); d (diffuse); f (fundamental).
Tercer número cuántico, m. Orbitales Cada subnivel contiene uno o más orbitales, designados por el tercer número cuántico m. Este número cuántico indica cómo está orientada la nube electrónica que rodea al núcleo. El valor de m está relacionado con el de l, toma valores desde –l hasta +l pasando por cero.
Cuarto número cuántico, ms, spin del electrón El número cuántico ms, este número está asociado al giro del electrón alrededor de sí mismo. Un electrón posee propiedades magnéticas, que son como las de una partícula cargada girando alrededor de su eje, hay dos posibilidades de giro, en dirección de las agujas del reloj o en sentido inverso, puede tomar dos valores +1/2 o -1/2 Principio de exclusión de Wolfang Pauli: En 1925, dijo que en un átomo no pueden existir dos electrones con los cuatro números cuánticos idénticos.
El número cuántico magnético m define el número de orbitales por cada subnivel, como se aprecia en la tabla , al totalizar los distintos subniveles que conforman un mismo nivel de energía obtenemos el número de orbitales por nivel de energía, podemos apreciar que el número de orbitales por nivel de energía es igual a n2.
Vemos que el número cuántico spin ms se deriva de aplicar el principio de exclusión de Pauli, entendido como que en cada orbital sólo pueden ir dos electrones con spin contrario, entendemos el porqué de la fórmula para determinar la población máxima de electrones por nivel de energía que estableció Bohr como 2n2, siendo 2 el número de electrones máximo que se pueden encontrar en un orbital atómico pero teniendo spin contrario y n2 el número de orbitales máximo por nivel de energía.
Los subniveles se van llenando en orden ascendente, según el menor valor de n + l. Así por ejemplo observamos que se llena primero 4s2 que 3d10, porque para la notación 4s2 , n = 4 y l = 0, la suma n + l = 4 + 0 = 4; para la notación 3d10, n = 3 y l = 2, siendo n + l = 3 + 2 = 5, por eso se llena primero 4s2 que 3d10.
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