COLEGIO POLIVALENTE EDUCADORA ELENA ROJAS DEPTO DE CIENCIAS NATURALES  FISICA CONTENIDOS 4to Año  Medio (Común) Profesor: Alipio Rojas Cabezas

(Actualización 09 de Marzo 2009)

Pautas Generales sobre el trabajo en la Asignatura

Unidad: Introducción a la Electricidad   (1)

Electricidad: una de las formas en las que se manifiesta la energía

La electricidad radica en la materia, en realidad, en los átomos

Modelos Atómicos

Cinco siglos antes de Cristo, los filósofos griegos se preguntaban si la materia podía ser dividida indefinidamente o si llegaría a un punto, que tales partículas, fueran indivisibles. Es así, como Leucipo y Demócrito formulan la teoría de que la materia se compone de partículas indivisibles, a las que llamaron átomos (del griego átomos, indivisible). Ellos atribuyeron a los átomos las cualidades de ser eternos, inmutables e indivisibles.

Sin embargo sus ideas de sobre la estructura de materia no fueron aceptadas por los filósofos de su época y hubieron de transcurrir más de 20 siglos para que su idea de los átomos fuera tomada de nuevo en consideración.

Leucipo	Demócrito

A principios del siglo XIX (1803) el químico inglés John Dalton propone una nueva teoría sobre la constitución de la materia. Según él toda la materia se podía dividir en dos grandes grupos: los elementos y los compuestos. Los elementos estarían constituidos por unidades fundamentales, que en honor a Leucipo y Demócrito, Dalton denominó átomos. Los compuestos se constituirían de moléculas, cuya estructura viene dada por la unión de átomos en proporciones definidas y constantes. La teoría de Dalton seguía considerando el hecho de que los átomos eran partículas indivisibles.

La imagen de su modelo atómico propuesta por Dalton es de minúsculas partículas esféricas, indivisibles e inmutables, iguales entre sí en cada elemento químico.

Hacia finales del siglo XIX, (1897) Sir Joseph Thomson demostró la existencia dentro de los átomos de unas partículas diminutas, con carga eléctrica negativa, a las que llamó electrones

Thomson sugiere un modelo atómico que tomaba en cuenta la existencia del electrón Su modelo era estático, pues suponía que los electrones estaban en reposo dentro del átomo y que el conjunto era eléctricamente neutro. Imaginó el átomo como una especie de esfera positiva en la que los electrones se encontraban incrustados (J J Thomson ideó un átomo parecido a un pastel de frutas).

A principios del siglo XX, Ernest Rutherford, gracias a los trabajos realizados entre los años 1909 y 1911 descubre núcleo del átomo y plantea una nueva idea acerca de la estructura de la materia.

Rutherford sostiene que casi la totalidad de la masa del átomo se concentra en un núcleo central, muy pequeño, de carga eléctrica positiva. Los electrones giran alrededor del núcleo describiendo órbitas circulares, al igual que los planetas alrededor del Sol. Estos electrones poseen una masa muy pequeña y tienen carga eléctrica negativa, la distancia entre ellos y el núcleo es muy grande y vacía. La carga eléctrica del núcleo y de los electrones se neutralizan entre sí, provocando que el átomo sea eléctricamente neutro.

Tras el descubrimiento del neutrón en 1913 Niel Böhr intentó mejorar el modelo atómico de Rutherford aplicando las ideas cuánticas de Planc a su modelo. Propuso un nuevo modelo atómico, según el cual los electrones giran alrededor del núcleo en unos niveles bien definidos.

Las nuevas ideas sobre la cuantización de la energía son las siguientes:

*  El átomo está cuantizado, ya que solo puede poseer unas pocas y determinadas energías.

*  El electrón gira en unas órbitas circulares alrededor del núcleo, y cada órbita es un estado estacionario que va asociado a un numero natural, "n" (núm. cuántico principal), y toma valores del 1 al 7.

* Los niveles de energía permitidos son múltiplos de la constante de planck.

* Cuando un electrón pasa de un nivel de energía a otro, se absorve o se emite energía. Cuando el electrón está en n =1 se dice que está en el nivel fundamental (nivel de mínima energía); al cambiar de nivel el electrón absorve energía y pasa a llamarse electrón excitado.

Böhr situó a los electrones en lugares exactos del espacio.

Es el modelo planetario de Böhr

Dalton	Thomson	Rutherford	Bohr

Modelo mecanico-cuántico

Es el modelo actual; fue propuesto en 1925 por Heisenberg y Schrodinger.

Características:

* Dualidad onda-partícula: Broglie propuso que las partículas materiales tienen propiedades ondulatorias, y que toda partícula en movimiento lleva una onda asociada.

* Principio de indeterminación o incertidumbre: Heisenberg dijo que era imposible situar a un electrón en un punto exacto del espacio.

Las ecuaciones del modelo mecánico-cuántico describen el comportamiento de los electrones dentro del átomo, y recogen su carácter ondulatorio y la imposibilidad de predecir sus trayectorias exactas.

Así establecieron el concepto de orbital , región del espacio del átomo donde existe la mayor la probabilidad de encontrar un electrón

Características de los orbitales:

La energía está cuantizada.

Lo que marca la diferencia con el modelo de Böhr es que este modelo no determina la posición exacta del electrón, sino la mayor o menor probabilidad.

Dentro del átomo, el electrón se interpreta como una nube de carga negativa, y dentro de esta nube, en el lugar en el que la densidad sea mayor, la probabilidad de encontrar un electrón también será mayor.

El comportamiento de los electrones dentro del átomo se describe a través de los números cuánticos

Los números cuánticos se encargan del comportamiento de los electrones, y la configuración electrónica de su distribución.

Y por último, dada la cantidad de elementos, se necesitaba una clasificación. Hoy en día se utiliza la Tabla Periódica, aunque le precedieron muchos otras propuestas. En la Tabla Periódica los elementos se clasifican según el número atómico.

Werner Heisenberg		Edwin Schrodinger

Teoría Electrónica

La naturaleza de la electricidad está íntimamente ligada a la constitución de la materia. Con más exactitud aún, podemos decir que la electricidad está en la materia, es una de sus propiedades fundamentales.

En efecto, sabemos que todo cuerpo está formado por moléculas y, que éstas son agrupaciones de átomos, y que los átomos son, todavía partículas muy complejas que, en esencia, están constituidas por un núcleo o parte central, formado por partículas neutras -sin carga eléctrica- llamadas neutrones y partículas con carga eléctrica positiva, llamadas protones. Ambas partículas, protones y neutrones tiene una masa que es aproximadamente igual (m_p = m_n = 1,6x10^-27 kg).

A distancias muy grandes del núcleo y en distintos niveles, se encuentran otras partículas mucho más livianas, con una masa aproximadamente 1840 veces más pequeña que la del protón, son los electrones, los que se encuentran girando a grandes velocidades, ocupando los distintos niveles de energía. Tienen carga eléctrica negativa y tiene el mismo valor absoluto que la carga del protón     (q_e = -1,6x10^-19 C). Su masa tiene un valor aproximado a 9,1x10^-31 kg