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Átomos
1. Un poco de Historia: El Átomo
1.1. Las Primeras Ideas: Antigua Grecia
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La TEORIA DE LOS CUATRO ELEMENTOS Y LAS
CUATRO CUALIDADES, decía que la materia era
infinitamente divisible. Esta hipótesis estaba respaldada por
Empédocles y Aristóteles. La composición de la materia y sus
propiedades se explicaba con la combinación de distintos
porcentajes de estos elementos (Agua, Aire, Fuego y Tierra).
•
La PRIMERA TEORÍA ATÓMICA, decía que la materia tenía un límite, es decir, que era
discontinua. Esta idea conduce a supner la existencia de pequeños corpúsculos de materia o
átomos (a=sin / tomo=división). Esta hipótesis fue defendida por los filósofos griegos
Leucipo y Demócrito, implicaba a ceptar ideas del vacío y que estos corpúsculos o átomos
fuesen eternos e inmutables (como el universo o los dioses). Por esto, fue considerada
impía y desterrada del pensamiento de la época.
1.2. Primera Teoría Atómica Moderna: Dalton
Durante el siglo XVIII surgen las primeras leyes empíricas (obtenidas a partir de experimentos)
sobre las reacciones químicas, como la teoría de conservación de la masa. A partir de esta, wl
científico inglés J. Dalton recupero las ideas de Leucipo y Demócrito y expulsó la primera teoría
atómica moderna. Se basaba en las siguientes hipótesis:
1. La materia está formada por pequeñas partículas discretas, inmutables y de tamaño fijo,
denomínados átomos.
2. Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí en tamaño y masa, pero distintos
de otros átomos de elementos diferentes.
3. Los compuestos químicos se forman al unirse átomos de distintos elementos en una
relación numérica sencilla.
4. En una relacción química, los atomos se reagrupan de forma distinta a como estaban
inicialmente, pero ni se crean ni se destruyen.
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1.3. Investigaciones sobre la Naturaleza Eléctrica
Las primeras referencias sobre la electricidad son debidas a Tales de Mileto y datan del siglo VII
a.C. Este filósofo griego encontró que al frotar una resina de ámbar conseguía atraer con ella
cuerpos ligeros como plumas de aves. La palabra "ambar" se denomina en griego "elektron", de ahí
el nombre de electricidad.
Los primeros estudios sobre los fenomenos eléctricos fueron realizados por William Gilbert en el
siglo XVI, que los distinguió de los magnéticos. Observó que no todos los cuerpos experimentaban
el fenómeno citado por Tales de Mileto y lo dividió en eléctricos y no eléctricos.
En 1733, el botánico francés Charles Du Fray frotó una serie de objetos diferentes con piel o con
lana. Además, unos cuerpos se atraía y otros se repelían y que unos se comportaban como el ámbar
y otros como el vidreo. Así que los clasificó en vítreos (que adquirian la misma electricidad que el
vidrio al frotarse) y resinosos (que adquirian la misma electrecidad que el ámbar al frotarse).
En 1747 el político estadounidende Benjamin Franklin supuso que la electrecidad era un fluido
que pasaba de unos cuerpos a otros. Pero la pregunta era: ¿De dónde sale la electricidad?
A lo largo del siglo XIX los científicos profundizaron en el conocimiento sobre los fenómenos
eléctricos gracias a:
- La Pila Eléctrica (Alessandro Volta en 1800)
Faraday usó este invento para obtener materia cargada (iones).
- Los Tubos Catódicos
El resumen de todos estos experimentos es que el átomo tiene en su interior cargas eléctricas,
por lo tanto no es indivisible.
1.4. Investigaciones sobre la Estructura de los Átomos
El Descubrimiento del Electrón
En 1897 el físico inglés Thomson, estudiando los radios catódicos producidos en un tubo con
distitos gases.
Observo que su naturaleza era siempre la misma, indepedientemente de el gas que se
introduzca en el tubo; y que estás constituidos de partículas de masa muy pequeña y carga
eléctrica negativa. Con estas observaciones concluyó que los rayos catódicos están constituidos
por partículas materiales mucho más pequeñas que el átomo y con carga eléctrica negativa.
Thomson consideró que eran partículas subatómicas, es decir, constituyentes del átomo. Se las
denominó electrones.
Como el rayo se
inclinaba hacia el lado
de la placa cargada
positivamente, dedujo
que el rayo estaba
cargado negativamente
(ya que lo opuestos se
atraen).
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Los Rayos X y la Radioactividad
Un físico alemán WK Röentgen, trabajando con tubos de descarga, descubrió unos rayos que se
caracterizaban porque:
- No se desvían ante una placa cargada electricamente. Este hecho
significa que no tienen carga eléctrica (ni positiva ni negativa).
- Son capaces de atravesar materiales de gran espesor.
Por su naturaleza desconocida en aquel entonces, Röentgen los denominó "rayos X". Hoy
sabemos que es un tipo de radiación no visible y de muy alta energía.
Apenas un año más tarde, el científico francés AH Becquerel observó un nuevo tipo de
radiacción. Una discipula suya, Marie Curie (1867-1934) sugirió el nombre de radioactividad para
denominar a un fenómeno, el cual se define como: la emisión espontánea de radiación por parte de
algunas sustancias, que se denominan radioactivas.
Existen tres tipos de emisiones radioactivas:
•
•
•
Emisión alfa (α): está formada por partículas pesadas cargadas positivamente.
Basta una lámina de papel para detener este tipo de radiacción.
Emisión beta, (β): está formada por electrones muy veloces. Tienen un poder de
penetración mayor a la emisión alfa.
Emimisón gamma (γ): No son partículas materiales, sino un tipo de radiación
electromagnética (como la luz visible) pero mucho más energétic; más incluso que
los rayos X. Para detenerla se necesita una capa de plomo de varios centímetros de
grosor o un muro de hormigón.
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1.5. Los Nuevos Modelos Atómicos
Una vez descubierto todo lo anterior (apartados: 1.3 y 1.4) se corrigieron las ideas de Dalton
(cogidas de los griegos) y se propusieron nuevos modelos atómicos.
MODELO ATÓMICO DE THOMSON
Depués de que Thomson descubriera el electrón mediante sus
experimentos con los tubos catódicos (ver apartado 1.4) propuso su
modelo átomico: el primer modelo del átomo divisible.
Pensó que como la masa de los electrones era tan pequeña, la mayor
parte de la masa del átomo estaría en la carga positiva, que, por lo tanto,
tendría que ocupar la mayor parte del volumen atómico. Thomson imaginó en
átomo como una esfera positiva uniforme en la que se encontraban
incrustados los electrones en cantidad suficiente para que el conjunto fuera
electronicamente neutro.
Este modelo fue aceptado durante alguno años ya que justificaba algunos
hechos experimentales, como por ejemplo la existencia de los iones observados
por Faraday.
MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD
En 1911, E Rutherford llevó a cabo un experimento que le llevó a desechar el
modelo de Thomson. En dicho esperimento bombardeó una fina lámína de oro,
rodeada por una pantalla fosforescente, con partículas alfa (cargas positivas)
procedentes de una muetra radioactiva. Tal y como esperaba, la mayoría de las
partículas alfa atravesaban la lámina sin desviarse, como indicaban los destellos
luminosos que se producian en la pantalla. Pero su gran sorpresa fue ver que
algunas se desviaban significantemente, llegando otras a salir rebotadas.
Para explicar este hecho Rutherford supuso que, en su camino, las partículas alfa
se habían encontrado con una zona pesada y cargada positivamente. Las fuerzas
eléctricas repulsivas serían las responsables de las desviaciones observadas.
Propuso entonces su modelo nuclear:
1. El átomo consta de un núcleo muy pequeño, que tiene
la casi totalidad de la masa del átomo y está cargado
positivamente.
2. Como la mayoría de las partículas alfa pasan la lámina
sin desviarse, el átomo puede considerarse hueco.
3. Alrededor de los núcleos se mueven los electrones.
Esta zona externa al núcleo se denomina corteza.
4. El átomo es neutro porque la carga nuclear positiva y
la carga negativa de la corteza, se compensan.
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1.6. Resumen: Modelos Atómicos
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Materia Continua: Teoría de los 4 Elementos y las 4 Cualidades
Empédocles y Aristóteles
Antigua Grecia
Átomos Indivisible: antigua teoría
Leucipo y Demócrito
Antigua Grecia
Átomos Indivisibles: teoría moderna
Dalton
XVIII
Átomos Divisibles: Núcleo con Electrones
Thomson
1904
Átomos Divisible (Hueco): Nucleo + Corteza
Rutherford
1911
Se explicará a continuación con detalle las características del modelo de Rutherford, ya que es
el modelo atómico vigente y el correcto (o por lo menos el que se cree que es el más fiel a la
realidad).
2. Características de los Átomos
2.1. Partículas Subatómicas
Las partículas subatómicas existentes son:
•
Protón (p+):
Carga positiva
Se encuentra en el núcleo
•
Electrón (e-):
Carga negativa
Se puede encontrar en la corteza,
orbitando alrededor del nucleo.
•
Carga
Masa
(culombios) (kilogramos)
Neutrón (n0):
Carga neutra
Se encuentra en el núcleocon los protones.
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PROTÓN
(p+)
ELECTRÓN
(e-)
NEUTRÓN
(n0)
+ 1'6 ·10-19 1'673 ·10-27
-- 1'6 ·10-19 1'109 ·10-31
0
1'675 ·10-27
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2.2. El Núcleo Atómico
El núcleo de un átomo puede contener dos tipos de partículas: protones
(de carga positiva) y neutrones (que no tienen carga). Los dos tienen
aproximadamente la misma masa. A estas partículas se las denomina
nucleones.
NÚMERO ATÓMICO ( Z )
Se llama número atómico (Z) al número de protones que contiene el núcleo de un
átomo.
Es característico de cada elemento químico.
Z = nº de p+
NÚMERO MÁSICO ( A )
Se denomina número másico (A) el número atómico (=numero de protones) más el
número de neutrones (N).
El número coincide aproximadamente con el peso del átomo, si esta se expresa en
unidades de masa atómica (u): Masa p+ ≃ Masa n0 ≃ 1 u.
A= Z+N
2.3. La Corteza Atómica
La corteza de un átomo contiene electrones repartidos en capas:
1.
2.
3.
4.
5.
En la primera capa solo caben 2 electrones.
En la segunda capa, 8 electrones.
En la tercera capa, otros 8 electrones.
En la cuarta capa, unos 18 electrones.
...
La última capa poblada se llama: Capa de Valencia.
Los elementos que tienen la capa de valencia ocupada en estado neutro se conocen como gases
nobles. Otro elemento (ganando o perdiendo electrones) puede llegar a esa misma configuración:
"configuración de gas noble", de esta forma el elemento es más estable (ya que los electrones de la
capa de valencia son los que le dan a cada átomo sus propiedades químicas).
Un átomo neutro tiene tantos electrones como protones (se contrarrestan los simbolos + y -).
2.4. Variaciones en los Átomos
•
En cuanto a PROTONES:
Los protones de un átomo no pueden cambiar. Si cambian, ya es un elemento distinto.
Cada elemento de la tabla periódica tiene su propio número atómico, si este cambia,
también lo hace el átomo.
Cada átomo se representa con el símbolo del elemento (aparecen en la tabla periódica).
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•
En cuanto a NEUTRONES:
Cuando un elemento químico es el mismo pero tiene diferente número de protones se le
llama Isótopo.
Por lo tanto, un isótopo es un átomo de un mismo elemento químico (igual valor de
número atómico) pero con diferente número másico.
Se suele representar con el símbolo de dicho elemento y su número másico separado por un
gión.
•
En cuanto a ELECTRONES:
Un átomo neutro tiene el mismo número de electrones que de protones.
Los electrones se pueden transferir de un átomo a otro. Cuando un átomo está cargado
se denomina ión.
Si un átomo gana electrones, tendrá más cargas - que cargas +, por lo tanto se cargará
negativamente, formando un ión negativo (anión).
Si en cambio los pierde, tendrá más cargas + que -, por lo tanto se cargará positivamente,
formando un ión positivo (catión).
Los electrones, tanto ganados como perdidos, irán o saldrán de la capa de valencia, ya que
es la más externa.
Cuándo un átomo está cargado se indica con un: -, -2, +, +2,... (según corresponda) al lado
del símbolo del elemento.
2.5. Dibujando Átomos
Para dibujar un átomo primero hay que saber cual es su
número atómico (Z) y másico (A).
–
–
–
–
Después, toca dibujar la corteza. Si es un átomo neutro
tendrás que dibujar la misma cantidad de electrones que
de neutrones.
+ 0
+ 0 + 0
+ 0
–
–
–
–
Oxígeno
16
8
O
Z
8
A
16
Nº p+
8
-
8
0
8
Nº e
Nº n
Noel Suárez Barro
Con estes dos datos te será muy fácil hallar cuántos
protones y cuántos neutrones tiene en el núcleo.
Si es algún ión tendrás que dibujar más o menos
electrones, dependiendo de la carga.
Recuerda que el la primera capa solo puedes dibujar 2
electrones como máximo, en la segunda 8, en la tercera
otros 8, en la cuarta 18,...
Luego puedes hacer una tabla e ir anotando los
distintos datos sobre el átomo. Los datos que aún
no sepas tienes fórmulas para calcularlos
(A=Z+N).
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0
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+ +
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+ +
0 + 0
0 0 0 0
+ 0 +
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+ +
0 0
+ 0 0 +
0 0 0
+ +
0
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–
–
–
–
6
12
Isótopos Carbono
–
6
13
C
C
14
6
C
Z
6
6
6
A
12
13
14
Nº p+
6
6
6
Nº e-
6
6
6
Nº n0
6
7
8
–
–
–
–
–
0 0
+ + +
0 0
0
0
+ + +
0 0
–
–
3
7
Z
A
3
Li
0 0
+ + +
0 0
–
–
Iones Litio
–
0 0
+ + +
0 0
7
Li -
3
7
Li +
3
7
Li -2
3
3
3
3
7
7
7
7
+
3
3
3
3
-
Nº e
3
2
4
1
Nº n0
4
4
4
4
Nº p
–
–
–
+
+ 0
0
+
+
+ 0
–
Hidrógeno Varios
Z
A
1
1
H
–
–
0 + 0
+
–
–
–
1
2
H
1
1
H+
1
3
H
1
1
H-
–
1
3
H+
1
1
H +2
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
3
1
3
1
+
1
1
1
1
1
1
1
-
Nº e
1
1
2
1
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