Download masa atómica

TEORIA
ATOMICA
DESCUBRIMIENTO DEL ELECTRON
¡¡ERROR!!



Dalton creía que el átomo era indivisible.
Con los fenómenos eléctricos se llegó a la
conclusión de que debían existir partículas
más pequeñas que el átomo, responsables
del comportamiento eléctrico.
La experiencia de Thomson demostró la
existencia de esas partículas y las llamó
electrones.
EXPERIENCIA DE THOMSON (año 1897)
Tubos de descarga


TUBOS DE DESCARGA :
• Tubos de vidrio
• Gas en el interior a muy baja presión
• Un polo positivo (ánodo) y otro negativo (cátodo)
• Se hace pasar una corriente eléctrica con un elevado
voltaje.
OBSERVACIÓN:
• Se emitían unos rayos desde el polo negativo hacia el
positivo (*),
http://recursostic.educacion.es/newton/web/materiales_didacticos/el_atomo/electron.htm?2&1
(*) por eso los llamó rayos catódicos.
EXPERIENCIA DE THOMSON

CONCLUSIÓN
• NOTA: Las partículas que se emitían eran las mismas siempre,
cualquiera que fuese el gas del interior del tubo.
En el interior de todos los átomos existen una
ó más partículas con carga negativa y se les
dió el nombre de ELECTRONES.
MASA Y CARGA DEL ELECTRÓN

En 1911 Robert Milikan midió la carga del
electrón.
carga del e- = - 1,602 . 10-19 C

Al estudiar las desviaciones que se producían en
los rayos catódicos al colocar un imán alrededor,
Thomson consiguió medir la relación carga/masa
de las partículas que formaban los rayos. Con lo
cual se pudo deducir la masa del electrón:
masa del e- = 9,1096 . 10-31 Kg
DESCUBRIMIENTO DEL PROTÓN

Como la materia solo muestra sus propiedades
eléctricas en determinadas condiciones (por
ejemplo después de ser frotada), debemos pensar
que la materia es NEUTRA. Por tanto,
Los átomos tienen que tener partículas con
carga positiva, y se las llamó PROTONES.
Además la materia tendrá IGUAL NÚMERO DE
CARGAS POSITIVAS QUE NEGATIVAS.
MASA Y CARGA DEL PROTÓN

El protón tiene la misma carga que el electrón,
pero positiva:
carga del protón = - 1,602 . 10-19 C

La masa del protón es 1840 veces mayor que
la del electrón.
masa del protón = 1,6748 . 10-27 Kg
ORDEN DE MAGNITUD DE ÁTOMOS Y PARTÍCULAS SUBATÓMICAS:
http://ntic.educacion.es/w3//eos/MaterialesEducativos/mem2000/materia/web/index.htm
MODELO DE THOMSON

1897
J.J.
Thomson

Basado en la experiencias hasta
el momento:
• descubrimiento del electrón
(partícula con carga -)
• descubrimiento del protón
(partícula con carga +)
• Masa del p+ >>>masa del e• Átomo es neutro
(nº cargas += nº cargas -)

Es el primer modelo de cómo es
el átomo por dentro.
MODELO DE THOMSON
Modelo atómico de
Thomson, también
conocido como el modelo
del pudín de pasas:
El átomo es una esfera
maciza de carga
positiva, e insertados
en ella, repartidos
uniformemente están
los electrones.
MODELO DE THOMSON
¿en verdad son
los átomos
como BOLAS
MACIZAS?
Para comprobar
si el modelo de
Thomson era
cierto,
Rutherford
realizó la
siguiente
experiencia …..
EXPERIENCIA DE LA LAMINA DE ORO

1911
Ernest
Rutherford
Consiste en “bombardear”
una lamina de oro con
partículas alfa (α) y
observar la trayectoria que
seguían éstas al chocar con
la lámina de oro.
EXPERIENCIA DE LA LAMINA DE ORO

Material para la experiencia :


Emisor de partículas alfa: material radiactivo (por ej. mineral
de uranio)
Bloque de plomo con un orificio (*)
(*) Absorbe todas las radiaciones excepto las que salen por el orificio.


Lámina de oro
Película fotográfica (**)
(**) las partículas que llegaban a la película fotográfica la velaban
¿QUIÉNES SON LAS PARTÍCULAS ALFA?
LAS PARTÍCULAS ALFA NO SE VEN
La radiación alfa es la emisión
de núcleos de Helio totalmente
ionizados (*).
Estos núcleos están formados
por dos protones y dos
neutrones.
Se generan habitualmente en:
• reacciones nucleares
• de forma espontánea en la
desintegración radiactiva de
núcleos de átomos pesados
(proceso de fisión nuclear).
El núcleo atómico emite una
partícula alfa y se transforma en
un núcleo con 4 uma.
(*) Es decir, sin su envoltura de electrones correspondiente..
EXPERIENCIA DE LA LAMINA DE ORO


OBSERVACIÓN:
La mayor parte de las partículas
alfa atravesaban la lámina de oro
SIN DESVIARSE *. (resultado esperado)


Unas pocas partículas atravesaban
la lámina pero se desviaban
ligeramente**.
Una de cada 10.000 partículas alfa
rebotaba ** en la lámina de oro y
volvía hacia atrás.
(resultado inesperado)
(**)Sólo era posible si las partículas alfa (cargados positivamente) CHOCAN Ó PASAN CERCA de una
gran masa y además de carga también positiva, para que fueran repelidas.
MODELO DE RUTHERFORD

CONCLUSIONES:
El átomo consiste en:
1. Una pequeña zona con mucha
masa y carga positiva, a la
que llamó NÚCLEO, y en la
que se encontrarían los
protones.
2. Una CORTEZA exterior en la
que situaban los electrones.
3. La corteza y el núcleo están
muy separados, es decir EL
ATOMO ESTARÍA
PRÁCTICAMENTE HUECO.
DESCUBRIMIENTO DEL NEUTRÓN

A Rutherford no le salían las cuentas:
m átomo > m protones + m electrones
Más concretamente, la masa del átomo era prácticamente el doble de la masa de los protones.


Además, ¿cómo es posible que puedan
permanecer los protones, siendo cargas del mismo
signo, tan juntas y en un espacio tan reducido? (*)
CONCLUSIÓN:
En el núcleo debían existir otras partículas de
masa similar a la de los protones, pero
neutras (sin carga), a las que llamó
NEUTRONES.
(*) Los neutrones evitarían que los núcleos se desintegrasen como consecuencia de la gran repulsión
electrostática a la que están sometidos los protones entre sí.
MASA Y CARGA DEL NEUTRÓN


En 1932, fue J. Chadwick quién logró identificar
el neutrón.
El neutrón no tiene carga:
carga del neutrón = 0

La masa del neutrón se puede considerar igual
a la del protón.
masa del neutrón = 1,675 . 10-27 Kg



VIDEO ATOMOS: (*) http://www.youtube.com/watch?v=0WnjSmMg1Q&feature=player_embedded#at=63
http://www.youtube.com/watch?v=YeujZ4YWnOU&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=Rle9gzS_5eE&feature=related
ATOMOS,
ISOTOPOS E IONES
CARACTERIZACIÓN DE LOS ÁTOMOS:
NÚMERO ATÓMICO Y NÚMERO MÁSICO
RECORDEMOS…



Sabemos que toda la materia, está formada
por átomos.
Ya se han descubierto el electrón, el protón
y el neutrón, dentro del átomo.
Además, tal como dijo Dalton, los átomos de
un mismo elemento son iguales entre sí. Y los
átomos de elementos distintos son diferentes
entre sí. Pero…
¿En que se diferencian los átomos de un
elemento de los de otro elemento químico
diferente?
Identificando los elementos

Todos los átomos de un elemento tienen en
común EL NÚMERO DE PROTONES de su
núcleo, llamado Número Atómico. (*)
Es decir:
NÚMERO ATÓMICO es el número de protones
de un átomo se representa por la letra Z.
Es decir, un elemento químico se caracteriza
por su Nº Atómico.
(*) Por tanto los átomos de un elemento tienen distinto nº de protones de los de otro
elemento químico.
La masa de los átomos…

Como la masa de los electrones es muy pequeña
comparada con la masa de los protones o la de los
neutrones, se puede considerar que:
m

átomo
=m
protones
+m
electrones
+m
neutrones
La masa de un átomo viene caracterizada por un
número, el número Másico.
NÚMERO MÁSICO es la suma del número de
protones y de neutrones que tiene un átomo. Se
representa por la letra A.
Si al Nº Neutrones
lo representamos
por la letra N,
entonces:
Nº PROTONES + Nº NEUTRONES
NUMERO
MASICO
A=Z+N
A
Nº PROTONES.
NUMERO
ATOMICO
Z
E
SIMBOLO DEL
ELEMENTO
¿Cómo conozco “E”, “Z” y “A”?


Todo elemento químico viene designado por “E”, su
símbolo químico.
Todos los elementos conocidos se pueden ver o buscar
en una Tabla: TABLA PERIÓDICA DE LOS
ELEMENTOS.
En La tabla periódica aparecen
ORDENADOS todos los elementos químicos,
POR ORDEN CRECIENTE DE SU Nº ATÓMICO
“Z”. (*)

En la tabla, para cada elemento, además de “E”, puedo
ver su: “Z” y también su “A” (a veces, en vez de “A”,
se muestra el Peso Atómico del elemento)
(*) observa: “K” es el Potasio, tiene Z=19, al lado está “Ca” , Calcio, con Z= 20, y así
sucesivamente
SÍMBOLOS QUÍMICOS




Símbolo de un
elemento:
Letra /s que se
utilizan para designar
a un elemento
químico que es
diferente a otro.
En general representa
el nombre de éste en
latín o en ingles por
ejemplo:
Carbono - C
viene
del latín carbo,
”rescoldo”

Mercurio - Hg

El Hidrógeno se basa
, se
nombra por el planeta ,
pero su símbolo revela
su nombre original
hidragyrun.
en una acción química
,del griego hidros=agua y
genes generador

Cloro
del griego
chloros= amarilli
verdoso
EN LA TABLA PERIÓDICA
NUMERO
ATOMICO
PESO
ATOMICO≈
(sin
decimales)
≈ Nº Másico
IONES
IONES
Son átomos de un elemento químico que han PERDIDO Ó
GANADO ELECTRONES(*)
Por tanto NO SON NEUTROS.

Es decir se han quedado cargados: positiva o
negativamente. Por tanto hay dos TIPOS:
• CATIÓN (ión POSITIVO)
Es un átomo que ha perdido electrones.
Ej. Catión litio:
Li+
• ANIÓN (ión NEGATIVO)
Es un átomo que ha ganado electrones.
Ej. Anión oxígeno: O2 –
A
Z
A
Z
n+
E
E
n-
(*) Esto sucede cuando se electriza la materia (por ej. frotándola) y también cuando un elemento químico
se combina con otro para formar compuestos “cediendo” ó aceptando” electrones.
IONES (II)
3+
3–
8+
8–
Li
neutro
O
neutro
Átomo de oxígeno
(O)
Átomo de litio (Li)
ANIÓN
CATIÓN
3+
2–
Li+
8+
10 –
O2 –
ISOTOPOS
ISOTOPOS


Dalton, en su Teoría Atómica, dijo que
“todos los átomos de un mismo elemento
tenían la misma masa”
¡¡ERROR!!
Aunque todos los átomos de un mismo
elemento se caracterizan por tener el
mismo “Z”, pueden tener distinto número
de neutrones, y por tanto distinta masa.
Llamamos isótopos a los átomos de un mismo elemento con
igual nº protones (Z), pero distinto nº de neutrones, y por ello,
presentan el mismo Z pero diferente nº másico (A).
ISOTOPOS DEL HIDROGENO
Isotopos del elemento HIDROGENO
Protio
1
1H
Deuterio
El hidrógeno siempre tiene un protón en
su núcleo, cuya carga está equilibrada
por un electrón.
2
1H
Casi todos los elementos químicos presentan isótopos.
Habitualmente, todos los isótopos de un elemento reciben el mismo nombre.
Excepción: el hidrógeno. Tiene tres isótopos que poseen un nombre propio.
Tritio
3
1H
ISOTOPOS DEL CARBONO
12
6C
98,89%
13
6C
14
6C
1,11%
0,001%
Abundancias
relativas
MASA ATÓMICA


La masa de un átomo es la suma de las masas de
todas las partículas que lo forman: protones,
neutrones y electrones. (≈ 10 -27 kg)
Cómo son cantidades muy incomodas de
manejar, se definió una unidad más manejable:
UMA (Unidad de Masa Atómica)
La unidad de masa atómica es la doceava parte
de la masa del isótopo de carbono-12. Se simboliza
por la letra u y equivale a:
1 u = 1,66 10 -27 kg.
MASA ATÓMICA

Es decir, la masa del átomo de carbono se
toma coma referencia o patrón.
Ej. masa del oxígeno = 16 u
(quiere decir que es 16 veces la doceava parte de la masa del


Observa que en términos de “u”:
Masa del protón
1u
Masa del neutrón
1u
Masa del electrón
5, 49 . 10-4 u
¡OJO!
masa de un átomo ≠ masa de un elemento
12C)
MASA DE UN ELEMENTO



La mayoría de los elementos presentan en la
naturaleza varios isotopos, es decir, átomos con
distinta masa.
Entonces, ¿cuál consideramos que es la masa de
ese elemento?.
Cómo cada isotopo está en una proporción
determinada:
La masa de un elemento es la MEDIA PONDERADA (*) de
las masas de los distintos isótopos que lo forman.
(*) la suma de las masas de cada isotopo multiplicadas por sus respectivos porcentajes
Determinación de la masa del elemento
CARBONO
Ejemplo: ISOTOPOS DEL CARBONO
Como la mayoría de los elementos están formados
por varios isótopos, éstos en distinta proporción en
la naturaleza, la masa de un elemento se halla
haciendo la media ponderada de todos ellos.
Veamos el ejemplo del carbono:
EJERCICIOS DE ISOTOPOS
Ejercicios 43, 44, 45 (pág. 93)
Ejercicio 46 (pág. 94) (*)
(*) Es igual que el ejercicio resuelto de la pág. 85, tomarlo
como modelo
RADIACTIVIDAD
CONSIDERACIONES PREVIAS

El origen de la radiactividad está en los núcleos atómicos.

Sólo los núcleos de algunos isótopos (inestables) de
ciertos elementos químicos pueden sufrir cambios.

Posibles cambios que se producen:
• Pérdida o ganancia de algunas partículas. Fenómeno de la
RADIACTIVIDAD.
• Rotura del núcleo en otros núcleos más pequeños. FISIÓN
NUCLEAR
• Unión del núcleo de dos átomos pequeños para dar un núcleo
mayor: FUSIÓN NUCLEAR.

La radiactividad transforma los átomos de un elemento en
otro elemento químico diferente.
EJEMPLO: el Uranio que con el transcurrir de los siglos acaba
convirtiéndose en plomo (mucho más ligero).
RADIACTIVIDAD
descubrimiento

Fue descubierta por Henry Becquerel cuando
experimentaba con sales de uranio.
(éstas emitían unos rayos fluorescentes que atravesaban cuerpos opacos)

El nombre de Radiactividad se lo puso Marie
Curie, una científica que experimentó con
PECHBLENDA, un mineral que contenía Uranio, y
en el que también descubrió otros dos elementos
radiactivos: Polonio, y Radio.
RADIACTIVIDAD (II)
fenómeno natural

La radiactividad es un fenómeno físico natural,
que se da en algunos cuerpos o elementos
químicos (*). Ej. U (uranio), Ra (radio), etc.
(*)determinados isotopos de elementos pesados
ES LA DESINTEGRACIÓN DEL NÚCLEO DE UN
ÁTOMO EMITIENDO …
PARTICULAS ALFA,
 PARTICULAS BETA
 Y RAYOS GANMA.

RADIACTIVIDAD
radiaciones

Esos 3 tipos de radiaciones en condiciones
normales SON INVISIBLES Y MUY ENERGÉTICAS.
• La radiación alfa y beta son PARTÍCULAS DEL NÚCLEO.
• La radiación ganma es ENERGÍA (E electromagnética, que se
propaga mediante ondas).


Estas radiaciones son CAPACES DE ATRAVESAR
CUERPOS de diversa naturaleza.
Su poder de penetración es: ALFA < BETA < GAMMA
TIPOS DE RADIACIONES

RAYOS α . Son partículas formadas por
dos protones y dos neutrones, (núcleos
de helio).
• Por tanto, su carga es positiva, y se
emiten a gran velocidad.
• TIENEN MUY POCO PODER DE
PENETRACIÓN.
TIPOS DE RADIACIONES

RAYOS β. Formada por electrones.
• Por tanto su carga es negativa, y su masa
es muy pequeña.
• TIENEN MAYOR PODER DE
PENETRACIÓN QUE LAS PARTICULAS α
TIPOS DE RADIACIONES

RAYOS GAMMA (rayos γ) , eno son partículas
sino energía electromagnética.
• Sin carga, esto es NEUTRA.
• TIENEN GRAN PODER DE PENETRACIÓN ,
para detenerla es necesario utilizar gruesas
placas de plomo o de hormigón
RADIACTIVIDAD (V)
La pérdida o ganancia de algunas partículas subatómicas y/ó energía
es el fenómeno de la radiactividad.
Rayos α
Rayos β
Rayos γ
Placa de
aluminio
Hormigón
Hormigón
FISIÓN NUCLEAR




Proceso de ruptura del núcleo de determinados isotopos
radiactivos de elementos formados por átomos pesados,
como el uranio o el plutonio, en núcleos más pequeños.
El proceso se inicia al bombardear el núcleo grande
(ejemplo: 235 U) con partículas, como neutrones.
Como resultado de ese bombardeo se obtienen: núcleos
más pequeños y se liberan neutrones que rompen otros
núcleos grandes, provocando lo que se denomina
REACCIÓN EN CADENA.
En estas reacciones se libera una gran cantidad de energía:
ENERGÍA NUCLEAR. Su utilidad es:
• La producción de energía eléctrica, en las CENTRALES
NUCLEARES.
• Destrucción masiva, aplicación militar: BOMBAS ATOMICAS y
MISILES NUCLEARES.
FISIÓN NUCLEAR (II)
La rotura del núcleo de
ciertos isótopos
de
algunos elementos
químicos para dar otros
núcleos más pequeños se
denomina fisión
nuclear.
neutrón
núcleo
FUSIÓN NUCLEAR



Proceso de unión de núcleos de átomos muy
pequeños para dar núcleos de átomos mayores.
Dos átomos de hidrógeno (sus isotopos Deuterio y
Tritio) pueden unir sus núcleos y convertirse en un
átomo de Helio. Este proceso tiene lugar en el Sol y
en las demás estrellas.
Como resultado de este proceso se obtiene una gran
cantidad de energía.
• Ventaja: NO PRODUCE RESIDUOS RADIACTIVOS (por
tanto es mejor que la energía obtenida por fusión)
• Inconveniente: SE NECESITAN TEMPERATURAS DE
PARTIDA DE LOS ÁTOMOS MUY ELEVADAS, lo cual es
tecnológicamente muy poco rentable hoy en día.
APLICACIONES ISOTOPOS RADIACTIVOS

FUENTE DE ENERGÍA
• Centrales nucleares. Los combustibles usados para la producción
de energía eléctrica son: Uranio y Plutonio.
• Fabricación de pilas de larga duración (de plutonio-238), en
marcapasos, sondas espaciales, etc.

INVESTIGACIONES Y EXPERIMENTOS
• Determinación de la antigüedad de un resto arqueológico.
(carbono-14)
• Como rastreadores, para saber en que se transforma
exactamente una sustancia en una reacción química.
• Investigaciones forenses, para detectar residuos de munición.

APLICACIONES MÉDICAS
• RADIOISOTOPOS. Para diagnosticar enfermedades. Se
introduce en enfermos el isotopo radiactivo, éste se fija al órgano
a analizar y permite observarlo, registrando la radiación que emite.
• RADIOTERAPIA. Tratamiento de cánceres. Los radioisótopos
emiten radiación de alta energía que afecta al proceso de
reproducción celular. Inconveniente: mata también células sanas.
RESIDUOS RADIACTIVOS (I)

Son residuos radiactivos:
• los productos resultado de actividades
relacionadas con isótopos radiactivos.
ej. combustibles central nuclear, materiales diagnostico y
tratamiento de enfermedades
• Los objetos que han estado en contacto con
ellos y que se han podido contaminar.
ej. utensilios de taller, embalajes, etc.
RESIDUOS RADIACTIVOS (II)
• Características fundamentales:

MUY PELIGROSOS, perjudiciales para la salud
humana

MUY DURADEROS, emiten radiación durante miles
de años
• Se clasifican en:


Residuos de BAJA Y MEDIA ACTIVIDAD, peligrosos
hasta pasados 300 años como máx.
Residuos de ALTA ACTIVIDAD, nocivos durante miles
de años. (residuos de centrales nucleares y
armamento nuclear).