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B2Q U01.3 Modelo atómico de Rutherford - Contenido educativo

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Subido el 25 de julio de 2021 por Raúl C.

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Hola a todos, soy Raúl Corraliza, profesor de química de segundo de bachillerato en el IES Arquitecto Pedro Gumiel de Alcalá de Hinares, 00:00:15
y os doy la bienvenida a esta serie de videoclases de la Unidad 1 dedicada al estudio de la estructura atómica. 00:00:24
En la videoclase de hoy estudiaremos el modelo atómico de Rutherford. 00:00:31
En esta videoclase vamos a hablar del modelo atómico de Rutherford, 00:00:40
que es el que aparece justo a continuación del modelo atómico de Thomson que estudiamos en la videoclase anterior. 00:00:51
En su momento, cuando hablamos del modelo atómico de Thomson, discutimos que pese a que es capaz de justificar adecuadamente los experimentos de los rayos catódicos, 00:00:57
no son capaces de explicar los rayos canales que aparecen como complemento de los rayos catódicos, ni el experimento de Rutherford. 00:01:09
Así que igual que hemos hecho anteriormente en los otros modelos, antes de hablar de los postulados del modelo atómico de Rutherford, 00:01:18
vamos a justificarlos describiendo los rayos canales ahora en primer lugar y posteriormente el experimento de Rutherford. 00:01:24
Cuando decía que los rayos canales complementan los estudios de los rayos catódicos, tal es así que se producen en el mismo lugar, en un tubo de crux. 00:01:32
Y lo que ocurre es que se propagan en sentido contrario a los rayos catódicos. 00:01:42
Así que si los electrones, los rayos catódicos, se movían de cátodo a ánodo, en este caso, en los rayos canales, lo que vamos a observar es una radiación que se mueve en sentido contrario, 00:01:46
o sea, desde el ánodo hacia el cátodo. Tal es así que en algunas ocasiones, en lugar de rayos canales, se les llama rayos anódicos. 00:01:58
Bueno, aquí en esta imagen tenemos un tubo de crux, igual que el que habíamos descrito anteriormente, pero ligeramente diferente. 00:02:06
Aquí en este lado lo que tenemos es la conexión del cátodo, que en realidad no está aquí, sino que sería una rejilla metálica que encontramos aquí, en mitad del tubo. 00:02:14
Y el ánodo aparece aquí, en la parte inferior del dibujo, de la imagen. 00:02:25
Igualmente que ocurría en el caso de los rayos catódicos. 00:02:31
Cuando conectamos el ánodo y el cátodo a una enorme diferencia de potencial y apagamos la luz para poder ver qué es lo que ocurre, 00:02:34
lo que se observa es una radiación como la que tenemos aquí. 00:02:42
En este caso es una radiación de un color violeta. 00:02:46
Pero no siempre va a ser violeta porque una de las características de esta radiación es que ya no es universal. 00:02:50
En el caso de los rayos catódicos la radiación era siempre verdosa, 00:02:57
que aparecía en la parte posterior del vidrio, y aquí ya no. 00:03:01
Aquí la radiación aparece justo a continuación del cátodo y tiene propiedades diferenciadas. 00:03:05
diferenciadas, dependiendo de cuál fuera el gas que había originariamente dentro del tubo de crux 00:03:09
justo antes de que se hiciera el vacío parcial que comentábamos en la video clase anterior. 00:03:14
Igual que pasaba con los rayos catódicos, hay efectos térmicos, químicos, luminosos, 00:03:22
hay efectos mecánicos, así que los rayos canales están formados por partículas con masa. 00:03:28
también son partículas cargadas porque cuando se hace actuar un campo eléctrico, un campo magnético 00:03:34
estas partículas se desvían pero en sentido contrario a los electrones 00:03:39
a las partículas que formaban los rayos catódicos 00:03:43
así que aquí estas partículas tienen que estar cargadas positivamente 00:03:46
en lugar de negativamente como pasaba con los electrones 00:03:50
los electrones eran universales, siempre tenían misma masa, misma carga 00:03:53
independientemente del gas que hubiera dentro del tubo, ahora ya no 00:03:58
Y, por ejemplo, la carga no va a ser siempre la misma. Es positiva, pero va a ser un múltiplo entero, 1, 2, 3, 4, 5 veces, con signo positivo, por supuesto, la carga del electrón. 00:04:01
En la actualidad sabemos que lo que estamos observando aquí son los cationes de las partículas gaseosas que contenían el tubo. 00:04:13
Así que lo que está ocurriendo en realidad, el experimento de rayos catódicos y rayos canales, lo que hacen es ver dos partes de un mismo fenómeno. 00:04:21
Primero, los átomos se rompen, los electrones, parte de los electrones que se encuentran en el átomo se separan, los electrones se mueven en un sentido y forman la radiación de los rayos catódicos y los cationes que se obtienen cuando se han eliminado sus electrones que han desaparecido se mueven en sentido contrario formando la radiación que forman los rayos catódicos. 00:04:30
Esto no es compatible con lo que habíamos visto en su momento hablando del modelo atómico de Thomson 00:04:52
porque recordad que la carga positiva estaba conformada en forma de una nube gaseosa 00:04:57
y aquí lo que tenemos es que la carga positiva está formando partículas 00:05:04
Así que algo tenemos que hacer con el modelo atómico de Thomson para poder introducir estas partículas con carga positiva 00:05:08
Por otro lado, vamos a hablar del experimento de Rutherford 00:05:16
Rutherford quiere testar el modelo atómico de Thomson y hace lo siguiente. 00:05:22
Toma una capa muy fina, muy fina, muy fina, muy fina, muy fina de oro, pan de oro muy fino, muy fino, muy fino, y lo sitúa aquí en el centro del experimento. 00:05:27
Sobre este pan de oro lo que hace es incidir partículas alfa provenientes de una fuente radioactiva que en este caso tenemos representado radio. 00:05:37
Dentro de un contenedor de plomo hay un agujero muy finito y lo que tenemos es un haz continuo de partículas alfa. 00:05:46
Son partículas con carga positiva y muy masivas, ¿de acuerdo? En comparación con los electrones, sobre todo. 00:05:54
¿Qué es lo que ocurre? Bueno, pues si el modelo atómico de Thomson es correcto y lo que tenemos es que los átomos están formados por una nube gaseosa con carga positiva 00:06:01
y los electrones flotando de forma homogénea dentro de ellos, 00:06:11
bueno, pues estas partículas alfa lo que van a hacer es, cuando alcancen los átomos de oro, 00:06:16
es atravesar esa nube gaseosa positiva y lo que esperamos obtener es una mancha en este detector 00:06:20
en línea recta con respecto al haz inicial de partículas alfa casi sin desviación. 00:06:28
Y bueno, pues alguna partícula por aquí desfistada, por aquí o para allá, 00:06:35
que se ha acercado mucho o que ha chocado, mira tú qué suerte, contra uno de los electrones 00:06:39
y entonces, bueno, pues dos partículas que chocan, producen una interacción y aparece una pequeña desviación. 00:06:43
¿Qué es lo que ocurre? Pues que esto que esperaríamos observar si el experimento de Thomson fuera correcto 00:06:50
no es lo que observamos. Lo que observamos es algo parecido a esto que tenemos aquí representado. 00:06:56
Sí, hay una mancha muy grande, el detector tiene una lectura muy grande justo enfrente de las de partículas alfa. 00:07:03
Sí, aparecen algunas partículas despistadas que se han desviado con respecto a esta trayectoria en línea recta, 00:07:11
pero, y esta es la parte llamativa, hay partículas alfa que se detectan con un ángulo de deflacción separado con respecto a esta línea recta muy grande. 00:07:16
No sólo eso, sino que incluso hay partículas alfa que aparecen rebotando, por así decirlo, en sentido contrario, hacia la fuente de radio. 00:07:26
Y esto no se puede explicar con el modelo atómico de Rutherford, donde el átomo está formado en esencia por una nube gaseosa, 00:07:37
que puede hacer que una partícula alfa con carga positiva muy masiva retroceda hacia atrás, cuando lo que hace es supuestamente entrar en una nube con carga positiva. 00:07:44
Rutherford lo que hace es concluir que la idea de que toda la carga positiva está conformada como una nube gaseosa no puede ser correcta 00:07:53
Lo que hace Rutherford es concluir que toda esa carga positiva que debe existir en realidad está comprimida en el centro del átomo formando una partícula 00:08:07
De tal forma que lo que tenemos es un núcleo con toda la carga positiva en el centro y los electrones alrededor de él. 00:08:19
El hecho de que el núcleo aparezca como una partícula con carga positiva permite explicar tanto la deflacción de las partículas como el hecho de que vuelvan para atrás. 00:08:28
porque si una partícula alfa se aproxima mucho, mucho, mucho al núcleo donde está concentrada la carga positiva, 00:08:39
es normal que la fuerza electrostática de repulsión entre cargas del mismo signo haga que la partícula alfa, cuando se aproxima al núcleo, se desvíe. 00:08:47
En el caso en el que las partículas alfa choquen contra el núcleo, no contra los electrones que son mucho más pequeños, 00:08:56
pero si contra el núcleo, donde podríamos tener una masa similar a la de las partículas alfa, incluso mayor, 00:09:03
bueno, parece razonable que esas partículas alfa que choquen contra el núcleo, 00:09:10
si da la casualidad de que lo hacen en un ángulo con una separación hacia el centro muy pequeña, 00:09:15
bueno, pues venga, vuelvan para atrás. 00:09:20
Así, Rutherford lo que hace es modificar la estructura del átomo de Thomson introduciendo estas ideas. 00:09:24
Y entonces manteniendo el planteamiento de Thomson de la existencia de electrones lo que hace es descomponer el átomo como un núcleo con toda la carga positiva, con un radio muy pequeño donde está concentrada casi toda la masa del átomo y luego los electrones formando la corteza. 00:09:32
es una nube orbitando alrededor del núcleo, no era capaz de dar una forma concreta, decía 00:09:53
que eran órbitas complejas de difícil definición, de forma indefinida. En la actualidad sabemos 00:10:00
que el núcleo está formado por protones, que son partículas primas de los electrones 00:10:07
en el sentido en el que tienen la misma carga pero de signo positivo, aunque desde luego 00:10:14
son mucho más masivos. Para que os hagáis una idea, hay una diferencia de unos 4 o 5 órdenes de 00:10:18
magnitud entre el tamaño del átomo, lo que sería el diámetro o el radio, es lo mismo, a lo que sería 00:10:26
el núcleo. Las medidas actuales, bueno, pues si los átomos tienen un tamaño del orden de un 00:10:33
Armstrong, 10 a la menos 10 metros, bueno, pues el radio del núcleo atómico es del orden del 00:10:40
centómetro, 10 a la menos 15 metros. Ya veis, cinco órdenes de magnitud de diferencia. 00:10:46
Nuevamente, ¿el modelo de Rutherford es perfecto? ¿Va a permitir llegar hasta el final y explicar 00:10:52
todos los fenómenos naturales donde aparezcan los átomos? Bueno, pues no. Nuevamente, ¿sigues 00:10:58
en explicar las regularidades que observamos en la distribución de los elementos en la 00:11:04
tabla periódica? Y además tiene otros problemas. Por ejemplo, no es capaz de justificar el 00:11:08
hecho de que los protones estén todos ahí empaquetados, próximos, pegaditos, dentro del núcleo. Los 00:11:13
protones tienen todos carga positiva y de acuerdo con la teoría electrostática deberían repelerse. 00:11:19
El núcleo sólo con cargas positivas no es estable. Así que Rutherford lo que propuso es que debe haber 00:11:23
conviviendo junto con los protones otras partículas sin carga, que él llamó neutrones, que hagan que 00:11:29
el núcleo sea estable. Lo que proponía era que la fuerza de interacción gravitatoria, la fuerza 00:11:36
de atracción entre partículas con masa, bueno, pues era capaz de compensar la fuerza de repulsión 00:11:42
entre los protones. Bueno, más adelante se supo que esto era insuficiente. De hecho, cuando estudiamos 00:11:46
la fuerza electrostática en comparación con la fuerza gravitatoria del año pasado, vimos que había 00:11:53
una gran diferencia en el orden de magnitud, en la intensidad de ambas fuerzas. Y, bueno, pues el estudio 00:11:58
de la estabilidad nuclear lleva a postular y descubrir lo que en la actualidad se conoce como 00:12:03
la fuerza nuclear fuerte, otra de las interacciones fundamentales de naturaleza. Por otra parte, 00:12:08
entre las insuficiencias, el modelo de un electrón orbitando alrededor de un núcleo con carga positiva 00:12:14
no es estable desde el punto de vista de la teoría de la electrodinámica de la época, puesto que una 00:12:21
partícula cargada que está girando en una órbita cerrada debe perder energía y lo que debería 00:12:26
ocurrir es que los electrones giran alrededor del núcleo antes o después, como podéis ver, en un 00:12:32
tiempo muy corto, del orden de 10 a menos 10 segundos, debería colapsar sobre el núcleo. 00:12:37
De tal forma que no deberíamos ver los electrones orbitando alrededor del núcleo. La teoría 00:12:42
electrodinámica de la época, del momento, no lo permite justificar algo. Este modelo 00:12:47
tiene algún pequeño defecto y en concreto esto es uno de ellos. Y por otra parte, no 00:12:52
explica la existencia de los espectros de emisión y absorción, la radiación del cuerpo 00:12:57
negro, el efecto fotoeléctrico, otros experimentos que se estaban realizando en esta época con 00:13:01
resultados que no son posibles de explicar con el modelo atómico de Rutherford y que estudiaremos 00:13:06
más adelante en el modelo atómico de Bohr. Antes de estudiar el siguiente modelo atómico, el modelo 00:13:12
atómico de Bohr, ahora que ya tenemos los elementos constitutivos de los átomos, electrones, protones 00:13:21
y neutrones, vamos a pararnos un momento a repasar la nomenclatura atómica que ya hemos estudiado 00:13:28
anteriormente y que vamos a utilizar no solamente en esta unidad sino también en lo que queda de 00:13:33
curso para representar los átomos de un elemento químico. Vamos a utilizar en el centro el símbolo, 00:13:39
en este caso en el ejemplo que tenemos aquí sería esa x mayúscula, y rodeándolo una serie de números. 00:13:46
A la izquierda hay como subíndice lo que tenemos es el número atómico, z, es el número de protones 00:13:52
en el núcleo y es característico de cada elemento químico porque elementos átomos del mismo elemento 00:13:59
lo que van a tener es el mismo número de protones en el núcleo. Mismo número de protones pero no 00:14:05
necesariamente el mismo número de neutrones. Así que necesitamos un nuevo número más, el número 00:14:11
másico A que se coloca justo encima del número atómico en el lado izquierdo del símbolo como 00:14:16
un superíndice, que lo que representa es el número total de protones y neutrones dentro del núcleo. 00:14:21
arriba a la derecha lo que vamos a tener como superíndice es el número de carga 00:14:26
lo que representa es el balance del número de electrones en exceso o en defecto 00:14:32
con respecto a lo que tendríamos en el átomo eléctricamente neutro 00:14:36
o sea, con respecto al número de protones en el núcleo 00:14:41
si lo que tenemos como número de carga es un número positivo 00:14:44
lo que tenemos es un defecto de electrones 00:14:47
tenemos más protones que electrones en la corteza 00:14:49
y el átomo se denominaría cation 00:14:51
Si lo que tuviéramos es un número negativo, tendríamos un átomo con un exceso de electrones en la corteza en comparación con el número de protones y al átomo se le denominaría anión. 00:14:54
Se denominan átomos isótopos, átomos con el mismo número atómico, mismo número de protones en el núcleo, o sea, de la misma especie atómica, pero con distinta masa, con distinto número másico y eso quiere decir que tiene un distinto número de neutrones en el núcleo. 00:15:06
Antes de continuar hablando de isótopos, se denominan átomos isoelectrónicos, 00:15:23
átomos que pueden tener una distinta composición en el núcleo, distinto número de protones, distinto número de neutrones, 00:15:28
pero que tienen el mismo número de electrones en la corteza. 00:15:35
Esto va a ser especialmente relevante cuando pasemos a la siguiente unidad, cuando hablemos de la tabla periódica de los elementos. 00:15:38
El hecho de haber hablado de isótopos es importante porque en un momento dado vamos a necesitar estudiar la masa de los distintos átomos 00:15:45
La masa que nosotros tenemos tabulada dentro de la tabla periódica 00:15:55
Bueno, si para la misma especie química, átomos con el mismo número atómico, con el mismo número de protones en el núcleo 00:15:58
podemos tener distintos isótopos, átomos que tienen distinta masa porque tienen distinto número de neutrones 00:16:07
¿cómo podemos dar una única, un único valor de la masa atómica para los átomos de una especie química? 00:16:13
Bueno, pues la masa atómica de un elemento se calcula a partir de las masas de los distintos isotopos 00:16:19
como la media ponderada de éstas, utilizando la abundancia relativa en tanto por uno de todos ellos. 00:16:25
Con esto que hemos visto aquí, ya puedes resolver el ejercicio propuesto número 1 que puedes encontrar en los apuntes. 00:16:33
En el aula virtual de la asignatura tenéis disponibles otros recursos, ejercicios y cuestionarios. 00:16:40
Asimismo, tenéis más información en las fuentes bibliográficas y en la web. 00:16:50
No dudéis en traer vuestras dudas e inquietudes a clase o al foro de dudas de la unidad en el aula virtual. 00:16:55
Un saludo y hasta pronto. 00:17:01
Idioma/s:
es
Autor/es:
Raúl Corraliza Nieto
Subido por:
Raúl C.
Licencia:
Reconocimiento - No comercial - Sin obra derivada
Visualizaciones:
129
Fecha:
25 de julio de 2021 - 13:07
Visibilidad:
Público
Centro:
IES ARQUITECTO PEDRO GUMIEL
Duración:
17′ 29″
Relación de aspecto:
1.78:1
Resolución:
1024x576 píxeles
Tamaño:
30.99 MBytes

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