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ORIGENES Y DESCUBRIMIENTO Fisicoquimica IV Alumnos: POT, Lissette LENCIONI, Cynthia Año 2.015

ORIGENES Y DESCUBRIMIENTO

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Como fue evolucionando las ciencias en el área de química.usado en la cátedra de radioquimica de la UB, 4° ciencias químicas.

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ORIGENES Y DESCUBRIMIENTO

Fisicoquimica IVAlumnos: POT, Lissette

LENCIONI, CynthiaAño 2.015

Los elementos griegos y el átomo indivisible• Hace 2500 años, la mayoría creía que el mundo era gobernado por Dios con

poderes sobrenaturales• Un grupo de pensadores (Filosofía natural) buscaba una explicación racional

en términos de causas y efectos.• Las bases de la filosofía natural eran: Identificación de universal y esencial Creencia que la naturaleza puede ser explicada en términos de elementos

simples y sus interacciones. La primer escuela racional se cree que es la Escuela de Mileto (VI-V Siglos A.C.)

En contraste, Pitágoras, sostiene que la realidad no se basa en fuego, tierra, agua y aire, si no en números relacionados con objetos geométricos simples ya que todo tiene su forma, así la tierra era un cubo, el fuego un tetraedro, el aire un octaedro, el agua un icosaedro y el éter un dodecaedro.

El atomista de la antigüedad

• Se postulan átomos como elementos. Principal defensor: Leucipus (contemporáneo con escuela eleática y Empédocles). Sostenía que existían dos elementos básicos: corpúsculo y vacio. El átomo era compacto y en constante movimiento. El fuego, agua, aire y tierra son organizaciones de ciertos átomos.

• Epicuro, un siglo después, introduce la noción de peso además de tamaño y forma la idea en que en el vacio, los átomos se mueven con la misma velocidad.

• Platón (Atomista): sostiene que existen dos tipos de triángulos primordiales. A través de la disociación y la recombinación de estos triángulos se formas nuevos objetos. La idea de la transmutación de elementos surge de forma natural.

• Aristóteles (no atomista): sostiene que existen cualidades primordiales (no elementos primordiales): cálido, húmedo, frío y seco . Así, Cálido + seco=fuego; cálido + húmedo=aire; Frío + Seco=tierra; Frío + húmedo=agua. Intercambiando cualidades, la transmutación de elementos de nuevo surge naturalmente.

Sustancias primordiales de los primeros griegos- promotores de elementos simples

y múltiples teoríaselementos promotor periodo

Agua Tales Siglo VII A.C.

Apeiron Anaximandro Siglo VII A.C.

Aire Anaxímedes Siglo VI A.C.

Fuego Heráclito de Éfeso Siglo VI A.C.

Tierra+Agua Jenófanes de Colofón Siglo VI A.C.

Fuego+Tierra Parménides Siglo VI A.C.

Agua+Aire+Fuego+Tierra Empédocles de Agrigento Siglo V A.C.

Infinito número de elementos Anaxágoras de Clazomenae Siglo V A.C.

Triángulos geométricos Platon Siglo IV A.C.

Caliente frío seco húmedo Aristóteles Siglo III A.C.

Atomismo moderno• Las ideas de los griegos persistieron por mas de dos mil años, hasta el

Siglo XVIII, mediante los trabajos de Lavoisier, Cavendish y Priestly.• Proust descubrió las leyes que rigen la combinación de elementos

químicos y Dalton la ley de proporciones múltiples.• Dalton afirmaba que los átomos eran indivisibles e indestructibles, que

átomos diferentes tenían pesos diferentes, que las moléculas estaban formadas por la unión de diferentes átomos en proporciones definidas y que durante una reacción química no se creaba ni destruía materia.

• Durante la época de Dalton se identificaron 36 elementos• Cuando Mendeleev propuso su tabla en 1869, los elementos eran 63.• Durante el Siglo XIX, los químicos fueron llenando la tabla periódica y los

físicos se ocuparon de la teoría cinética de los gases (Clausius, Maxwell, Boltzman), el movimiento browniano (Einstein) y la determinación del número de Avogadro.

Siglo XX: nueva era en la cienciaLa hipótesis de la indivisibilidad del átomo llega a su fin con el descubrimiento

del electrón por J.J. Thompson en 1897.

En 1895, Röntgen descubre los Rayos X.

Becquerel (1896), se preguntó si la luminiscencia era una condición previa para a observación de los rayos X y así descubrió la radiactividad.

Pierre y Marie Curie (año) descubren el Polonio y el Radio.

Rutherford en 1899 descubre los rayos alfa y beta.

Estructura del átomo• En 1902, Kelvin-Thompson proponen el primer modelo de la estructura

del átomo. Sostienen que el átomo consiste en una esfera en el que la masa y la carga estaban distribuidas uniformemente y los electrones estaban incrustados como ciruelas en un budín.

Modelo planetario de Rutherford • En 1911, Rutherford propone que la carga positiva del átomo estaba

concentrada en un núcleo central mucho mas pequeño que al átomo con las cargas negativas orbitando a su alrededor. Cada átomo contenía un número específico de electrones que era igual a la carga positiva para mantener la electro neutralidad, a la que llamó protón.

Modelo atómico de Bohr-Sommerfeld• En 1913, Bohr desarrolló un modelo basado en una nueva teoría cuántica

propuesta por Planck para la radiación (radiación del cuerpo negro, para la cual Planck mostró en 1900 que los cuerpos emiten radiación en forma discreta múltiplos de hν) y por el efecto fotoeléctrico descubierto por Einstein en 1905 (donde mostró que la energía emitida por los electrones depende solamente de la frecuencia de la luz incidente y no de la intensidad).

• Propuso que los átomos están en estado estacionario y que cualquier emisión de energía esta asociada con una trasmisión de un estado a otro. Así, la radiación emitida debe satisfacer hν = E2 – E1.

El modelo propuesto permitía explicar lo antes mostrado por Balmer (1885) para las series de frecuencias características de líneas espectrales del hidrógeno.

Estados de energía para electrones en el átomo de hidrógeno

Extensión de Sommerfeld a la Teoría de Bohr

• En 1916, Sommerfeld extendió las orbitas circulares de Bohr con el número cuántico principal n a las orbitas elípticas con el número cuántico azidmutal l; poco tiempo después se introdujo el número cuántico magnético m.

El neutrón• Chadwick descubrió en 1932 el neutrón, cuya presencia en el núcleo

explica la diferencia de masa. Más importante es que el neutrón es el responsable de la fuerza de cohesión que mantiene al núcleo unido.

• El descubrimiento de los neutrones permitió explicar la existencia de isotopos descubiertos en 1913 por Soddy para elementos radiactivos.

James Chadwick

Dualidad onda partícula• De Broglie postuló en 1924 la dualidad onda partícula expresándola como:

λ = h/p.• Poco tiempo después Schrödinger introdujo la mecánica ondulatoria

reemplazando la longitud de onda de la ecuación de Broglie por λ = h/m ν.

Clasificación de los elementos• Nucleído: se refiere a un núcleo o átomo en particular con número N de

neutrones y número Z de protones. A es el número de masa (=Z+N). Los nucleídos son estables o radiactivos. A los radiactivos se los llama radio nucleídos.

• Número atómico Z: número de protones en el núcleo del átomo.• Número de neutrones N: es el número de neutrones en el núcleo del

átomo.• Isotopo: son átomos del mismo elemento (igual número de protones) con

diferente número de neutrones.• Isótono: Cuando uno o varios nucleídos tienen el mismo número de

neutrones.• Isobaro: Son nucleídos con el mismo número de masa A (=Z+N) pero con

distintos valores de N y de Z. Ej: 14 B, 14 C y 14 N.• Isómero: Átomos con el mismo número atómico Z y el mismo número de

masa A en diferentes estados de larga vida de excitación, los estados superiores de ser meta estables con respecto al estado fundamental.v Ej.: 99 Tc y 99m Tc, donde m denota la…..

Elementos en la naturaleza

• La distribución de los elementos en la naturaleza no es uniforme. Estudios demuestran que el Hidrógeno es el elemento mas abundante, constituyendo un 75% del mismo. Es el combustible para continuos cambios en la composición química, ya que se convierte en He, que luego forma elementos mas pesados.

• La abundancia observada de elementos en el universo requiere la postulación de al menos ocho procesos distintos para su formación.

Procesos principales:

• Quema de Hidrógeno: formación de He 4 por fusión de núcleos de H.

• Quema de He: formación de C 12 a partir de núcleos de He 4.• Procesos s: (proceso de captura de neutrones lentos) (?):

formados a partir de los núcleos del grupo del Hierro cerca de la línea de estabilidad.

• Procesos r: (proceso de captura de neutrones rápidos) (?): formados a partir de los núcleos del grupo del Hierro lejos de la línea de estabilidad.

• Procesos rp: (similar a procesos r) involucra la absorción sucesiva de protones.

• Procesos X: espalación de elementos más pesados en elementos mas ligeros por rayos cósmicos.

• Según la Teoría actual, en Universo tiene alrededor de 10 10 años y comenzó como una sopa de quarks a alta presión y temperatura.

• Por la expansión, la temperatura y la presión disminuyeron y los neutrones y protones se condensaron. Poco después, se produjo la fusión nuclear y esto condujo a la formación de Deuterio, Tritio y luego núcleos de He 3 y partículas alfa (Quema de H). Durante este proceso también hubo formación de Li 6 y Li 7.

• Al enfriarse, las reacciones de fusión se detuvieron, los gases se condensaron y formaron estrellas.

• La temperatura volvió a aumentar cuando la energía potencial gravitatoria se convirtió en energía cinética y alcanzados los 10 7 K volvieron los procesos de fusión que condujeron a la formación de C, Si, O, S y elementos mas pesados hasta Hierro.

• Los procesos de fusión consumen energía por los que la formación de elementos mas pesados que el Hierro y requieren de supernovas. (?)

• Alcanzados números masas de 56, el combustible se consumió y el interior de la estrella colapsó formando una estrella de neutrones. En este proceso todos los protones se convirtieron en neutrones con el lanzamiento de un gran número de neutrinos en poco tiempo.

• Son estos neutrones los que por transmutación forman los elementos mas pesados (procesos r).

Elementos mas abundantes en el cuerpo

• En orden de importancia: • Hidrógeno, Oxígeno, Carbono, Nitrógeno,

Calcio, Fósforo, Cloro, Potasio, Azufre, Sodio, Magnesio, Hierro, Cobre, Zinc, Silicio, Iodo, Cobalto, Manganeso, Molibdeno, Flúor, Cromo, Selenio, y Vanadio.