Download el átomo - IES Vega de mar

3º ESO
Tema 4. Estructura del átomo
IES VEGA DE MAR
En la antigua Grecia dos concepciones compitieron por dar una
interpretación racional a cómo estaba formada la materia.
Demócrito consideraba que la materia estaba formada por pequeñas partículas indivisibles, llamadas átomos. Entre los átomos
habría vacío.
Demócrito
(460-370 a.C)
Aristóteles era partidario de la teoría de los cuatro elementos,
según la cual toda la materia estaría formada por la combinación
de cuatro elementos: aire, agua, tierra y fuego.
Aristóteles
(384-322 a.C)
La teoría de los cuatro elementos fue la aceptada durante muchos siglos. Siguiendo
la teoría aristotélica los alquimistas (que están considerados como los primeros
químicos) intentaban obtener la Piedra Filosofal que les permitiría transmutar los metales en oro, curar cualquier enfermedad y evitar, incluso, la vejez y la muerte.
Su incesante trabajo en el laboratorio dio como fruto la invención o perfeccionamiento
de muchos procedimientos aún hoy usados en los laboratorios (entre ellos la destilación), la síntesis de numerosos compuestos (como el ácido clorhídrico, sulfúrico o
nítrico), el descubrimiento de técnicas metalúrgicas, la producción de tintes, pinturas
o cosméticos… etc.
En 1808 John Dalton recupera la teoría atómica de Demócrito y considera que los átomos (partículas indivisibles) eran los constituyentes
últimos de la materia que se combinaban para formar los compuestos.
Escibe la teoría atómica de Dalton
John Dalton
(1766-1844)
En 1897 los experimentos realizados sobre la conducción de la
electricidad por los gases dieron como resultado el descubrimiento de una nueva partícula con carga negativa: el electrón.
Los rayos catódicos, estaban formados por electrones que
saltan de los átomos del gas que llena el tubo cuando es sometido a descargas eléctricas. Los átomos, por tanto, no
eran indivisibles.
J.J Thomson propone entonces el primer modelo de átomo:
J. J. Thomson
(1856-1940)
Los electrones (pequeñas partículas con carga negativa)
se encontraban incrustados en una nube de carga positiva. La carga positiva de la nube compensaba exactamente la negativa de los electrones siendo el átomo
eléctricamente neutro.
Primer modelo de átomo compuesto (Thomson, 1897)
Los electrones, diminutas partículas con carga eléctrica negativa,
están incrustadas en una nube de carga positiva de forma similar
a las pasas en un pastel.
Thomson consideró los átomos como esferas positivas en las que en la que están incrustados
los electrones
1
E. Rutherford realiza en 1911 un experimento
crucial con el que se trataba de comprobar la validez del modelo atómico de Thomson.
Un esquema del montaje experimental usado se
muestra más abajo:
E. Rutherford
(1871-1937)
Las partículas alfa (procedentes de un material
radiactivo, se aceleran y se hacen incidir sobre
una lámina de oro muy delgada. Tras atravesar la
lámina las partículas chocan contra una pantalla
recubierta interiormente de sulfuro de zinc, produciéndose un chispazo. De esta forma era posible
observar si las partículas sufrían alguna desviación al atravesar la lámina.
 La mayor parte de las partículas atravesaban la lámina de
oro sin sufrir ninguna desviación.
 Muy pocas (una de cada
10.000 aproximadamente) se
desviaba un ángulo mayor de
10 0 (trazo a rayas)
 En rarísimas ocasiones las
partículas rebotaban (líneas
de puntos)
¿Qué es una partícula ?
(ver iones)
Las llamadas “partículas ”
son unas partículas muy
pequeñas, con carga eléctrica positiva y con una
masa 7.000 veces superior
a la del electrón.
Lámina de oro
Cuando las partículas alfa chocan contra el recubrimiento
interior se produce
un chispazo
Fuente de
partículas
Recubrimiento interior
de sulfuro de zinc.
La interpretación dada por Rutherford
fue la siguiente:
 Si el modelo atómico propuesto
por Thomson fuera cierto no deberían observarse desviaciones ni
rebotes de las partículas incidentes. Éstas atravesarían limpiamente los átomos sin desviarse.
 Para que las partículas se desvíen deben encontrar en su trayectoria una zona (núcleo) en la
que se concentre carga de signo
positivo y cuya masa sea comparable o mayor a la de las partículas 
 La zona en la que se concentra la
masa y la carga positiva debería
de ser muy pequeña comparada
con la totalidad del átomo.
+
Modelo planetario de átomo propuesto por Rutherford en 1911
+
+
+
Si la partícula
golpea contra el
núcleo, sale rebotada hacia atrás.
+
+
 Los electrones orbitan en círculos
alrededor del núcleo.
La partícula , que tiene carga positiva, es
repelida por el núcleo si pasa cerca de él.
2
EL ÁTOMO . Conceptos fundamentales






Núcleo del átomo
Dimensiones muy reducidas comparadas con el tamaño del átomo.
En el núcleo radica la masa del átomo.
Partículas: protones y neutrones (nucleones). El número total de nucleones viene
dado por el número másico, A.
Los nucleones están unidos muy fuertemente por la llamada “fuerza nuclear fuerte”.
El número de protones del núcleo es lo que distingue a un elemento de
otro.
El número atómico, Z, nos da el número de protones del átomo y el número de
la casilla que éste ocupa en el S.P.
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





Corteza del átomo
Los electrones orbitan en torno al núcleo.
Los electrones (carga - ) son atraídos por el núcleo
(carga + ).
El número de electrones coincide con el de protones, por eso los átomos, en conjunto, no tienen carga eléctrica, son neutros.
Los átomos de elementos distintos se diferencian en que tiene distinto número de
protones en el núcleo (distinto Z).
Los átomos de un mismo elemento no son exactamente iguales, aunque todos
poseen el mismo número de protones en el núcleo (igual Z), pueden tener distinto
número de neutrones (distinto A).
El número de neutrones de un átomo se calcula así: N = A - Z
Los átomos de un mismo elemento (igual Z) que difieren en el número de neutrones (distinto A), se denominan isótopos.
Todos los isótopos tienen las mismas propiedades químicas, solamente se diferencian en que unos son un poco más pesados que otros.Muchos isótopos pueden desintegrarse espontáneamente emitiendo energía. Son los llamados isótopos radioactivos
CARACTERÍSTICAS DE LAS PARTÍCULAS ATÓMICAS
Protón:
Neutrón:
Electrón:
m p = 1, 67. 10 – 27 kg = 1,007 u ; q p = + 1, 60 . 10
m n = 1, 68. 10 – 27 kg = 1,009 u ; q n = 0
m e = 9,11. 10 – 31 kg = 0,0005 u ; q e = – 1, 60 . 10
– 19 C
– 19 C
Observa que m p  2. 000 m e
mp  m n
q p = q e (aunque con signo contrario)
NOMENCLATURA DE LOS ÁTOMOS (ISÓTOPOS)
nº másico
nº atómico (se puede suprimir)
A
Z
x
Ejemplos:
He : Helio- 4
14
C : Carbono- 14
235
U : Uranio- 235
4
Símbolo del átomo
3
EL ÁTOMO . Formación de iones
Si se comunica energía a un electrón puede “saltar” del
átomo venciendo la fuerza de atracción que lo une al
núcleo. Esto es tanto más fácil cuanto más alejado se
encuentre del núcleo.
Al quitar un electrón el átomo queda con carga (+), ya
que ahora hay un protón más en el núcleo que electrones
en la corteza. El átomo ya no es eléctricamente neutro,
tiene carga. Es un ión. A los iones positivos se les denomina cationes
En determinadas condiciones un átomo puede captar un electrón.
Sucede, entonces, que al haber un electrón de más el átomo queda
cargado negativamente. Es un ión negativo o anión
El proceso de obtener iones con carga (+) o cationes no puede hacerse añadiendo protones en el
núcleo. Los nucleones están muy firmemente unidos y el proceso de arrancar o introducir uno en el
núcleo implica poner en juego una cantidad enorme de energía (reacción nuclear)
Nomenclatura de iones
Símbolo
átomo
n
X
Carga
del ión
Ejemplos
Li +
O2Al3+
Cl –
Fe2+
Si al isótopo más abundante del hidrógeno se le arranca su único
electrón lo que queda es un protón:
H–eH+
De aquí que una de las formas de referirnos al protón sea como H +
H+
H
Si al átomo de He se le arrancan sus dos electrones
obtenemos el núcleo de He con carga + 2. Es lo que
se llama una “partícula ”
He – 2 e
 He2+
He2+
He
4
EL ÁTOMO . Esctructura de la corteza





Los electrones del átomo se distribuyen en órbitas llamadas niveles o capas alrededor
del núcleo.
Las distintas órbitas se identifican por un número entero, n, llamado número cuántico principal o con una letra. Así para la primera capa (la más próxima al núcleo
n = 1 o capa K; para la segunda n = 2 o capa L; para la tercera n = 3 o capa M...
El número de capas o niveles que posee un elemento viene dado por el número del
periodo en que está situado en la tabla periódica
Para distribuir los electrones en las capas se deben tener en cuenta unas reglas obtenidas de la experimentación:
1. Las capas o niveles se van llenando por orden: primero se llena la de n =
1, a continuación n= 2, después n = 3 ...
2. No se puede empezar a llenar un nivel superior si aún no está lleno el inferior.
3. El número máximo de electrones que se puede alojar en cada nivel o capa viene dado por 2 · n2:
n
nº máx electrones
1
2
2
8
3
18
4
32
Primera capa (n = 1).
Nº máximo de electrones= 2
Segunda capa (n = 2).
Nº máximo de electrones= 8
Tercera capa n = 3.
Solamente tiene un
electrón, aún podría
alojar otros 17.
La última capa, o capa más externa, recibe el
nombre de “capa de valencia” y los electrones
situados en ella “electrones de valencia”.
En este átomo la capa de valencia es la tercera y
tiene un solo electrón de valencia
Los electrones de valencia son los responsables de las propiedades químicas de las sustancias
5
EL ÁTOMO . Configuración electrónica

Los electrones se distribuyen en las capas ocupando los distintos
orbitales que en ellas existen.
CAPA
1
2
3
4
5
6
7

Cada orbital puede alojar un número màximo de electrones
ORBITALES


ORBITALES
s
s, p
s, p, d
s, p, d, f
s, p, d, f
s, p, d, f
s, p, d, f
Nº
Max
s
2
p
6
d
10
f
14
Los niveles se van llenando por orden y hasta que un nivel no está totalmente lleno no se
pasa a llenar el siguiente
El orden de llenado de los niveles se obtiene a partir del diagrama
de Möeller:
1s
2s 2p
3s 3p 3d
4s 4p 4d 4f
5s 5p 5d 5f
6s 6p 6d 6f
7s 7p
Para obtener la configuración electrónica de un átomo:
1. Considera el número de electrones que debes distribuir. Recuerda que el número de electrones en un átomo neutro viene dado por el número atómico Z.
2. Vete colocando los electrones por orden en los orbitales de cada nivel. Cuando
un nivel se complete, pasa al siguiente (ayúdate del diagrama de Möeller)
3. Cuando hayas colocado todos los electrones habrás terminado.
4. Ordena por niveles la configuración obtenida.
Li
N
Mg
Si
S
Ar
Ti
Ga
Br
Z=3
Z=7
Z = 12
Z = 14
Z = 16
Z = 18
Z = 22
Z = 31
Z = 35
Ejemplos
1s2 2s 1
1s2 2s 2p3
1s2 2s2 p6 3s2
1s2 2s2 p6 3s2 p2
1s2 2s2 p6 3s2 p4
1s2 2s2 p6 3s2 p6
1s2 2s2 p6 3s2 p6 4s2 3 d2 = 1s2 2s2 p6 3s2 p6 d24s2
1s2 2s2 p6 3s2 p6 4s2 3 d10 4 p1 = 1s2 2s2 p6 3s2 p6 d10 4s2 4 p1
1s2 2s2 p6 3s2 p6 4s2 3 d10 4 p5 = 1s2 2s2 p6 3s2 p6 d10 4s2 4 p5
6
EL ÁTOMO . Masa de los átomos
Los átomos son extraordinariamente pequeños y su masa, en consecuencia, pequeñísima, tanto que si usamos como unidad para medirla las unidades de masa a las que estamos acostumbrados, obtendríamos valores muy pequeños, difícilmente manejables.
Por ejemplo, el átomo de hidrógeno tiene una masa de 1,66 . 10 – 27 kg y el de carbono 2,00 . 10 –
Por esta razón para medir la masa de los átomos se
adopta una nueva unidad: la unidad de masa atómica (u.m.a). La u.m.a se define de la siguiente manera:
Consideremos un átomo del isótopo más abundante
de C, el 12 C; lo dividimos en doce partes iguales y
tomamos una de ellas. La masa de esta parte sería la
unidad de masa atómica (u. m .a).
26
kg.
Unidad de masa atómica
1/12 parte del átomo de 12
C
(1, 66. 10 – 27 kg)
Se define la unidad de masa atómica como la doceava parte de la masa del átomo de 12C
Considerando esta nueva unidad el 12 C tiene una
masa de 12 u.
La masa de los átomos se determina comparándola con la de
la unidad de masa atómica (u).
Imaginemos una balanza capaz de pesar átomos (es una
ficción, no es real). Si quisiéramos determinar la masa de un
átomo de oxígeno lo pondríamos en un platillo e iríamos añadiendo unidades de masa atómica al otro. Cuando se equilibrara la balanza sólo tendríamos que contar cuántas umas
hemos colocado en el otro platillo y tendríamos la masa del
átomo de oxígeno en umas.
16 u
Átomo de
oxígeno
En el ejemplo que se puede ver a la derecha la masa del átomo de oxígeno considerado serían dieciséis umas (u).
Ejemplos:
Protón : 1,00728 u
Neutrón: 1,00866 u
Electrón: 0,00055 u
La masa atómica del protón y del neutrón es muy aproximadamente 1 u,
mientras que la masa del electrón es notablemente más baja (aproximadamente 1 830 veces más pequeña que la masa del protón)
Cuando se habla de la masa atómica de un elemento hemos de tener en cuenta que los átomos de un mismo
elemento no son exactamente iguales. Existen isótopos que, aunque tienen idéntico comportamiento químico,
son un poco mas pesados unos que otros (ya que tienen distinto número de neutrones).
El masa atómica se obtiene entonces como media ponderada de los isótopos naturales del elemento.
Ejemplo:
El cloro se encuentra en la naturaleza como mezcla de dos isótopos: 35Cl y 37Cl. El primero de ellos tiene una
masa de 34,97 u y una abundancia del 75,53%, mientras que el segundo tiene una masa atómica de 36,97 u y
una abundancia de 24,47%. Teniendo en cuenta estos datos la masa del elemento cloro se calcula de la siguiente forma:
Ma = (0,7553 x 34,97) + (0,2447 x 36,97) = 35,46 u
7
Modelos atómicos
1. Di el nombre de las partículas que forman un átomo y el nombre del científico que las descubrió y
en qué siglo. ¿Qué científico averiguó la carga del electrón?
2. Completa la tabla siguiente:
Protón
Electrón
Neutrón
Masa
Carga
3. Explica el modelo atómico de J.J.Thomson y di en qué año lo dio.
4. ¿Qué es un ión? ¿Qué dos clases de iones existen?
5. ¿Qué partículas tiene que perder o ganar un átomo para convertirse en un catión o en un anión?
6. Hacer las actividades 9, 10 y 11 de la página 83.
7. Completa:
a) F + 1eb) Na - 1ec) O + 2 ed) Fe – 3 e-
..................
.
................
................
..................
8. Según las pruebas obtenidas en el laboratorio, cada científico tenía un modelo de átomo diferente,
explica el experimento realizado por Rutherford y sus colaboradores, indicando las conclusiones que
obtuvieron.
9. ¿Qué son los neutrones y qué científico los descubrió?
10. Escribe qué dice la estructura del átomo nuclear de Rutherford y el modelo de Bohr.
11. Hacer las actividades 15, 18,19, 21, 23, 24, 27 y 29 de la página 87 y 88
12. ¿Cuál es la diferencia entre el modelo atómico de Rutherford y el de Bohr?
13. ¿Qué es la estructura o configuración electrónica y cuántos electrones se sitúan como máximo en
cada nivel o capa?.
14. ¿Cómo se les llama a los electrones situados en la última capa y de qué son responsables?
Identificación de los átomos
15. Completan las frases siguientes utilizando los siguientes términos: Z,elemento químico, X, A , N.


Todos los átomos pertenecen a algún ........................................................
Para representarlos se utiliza un símbolo y dos números: ......................................
8



El número atómico se simboliza por ................
El número másico se simboliza por ............................
El número de neutrones se simboliza por ..................
16. Responde a las preguntas: ¿qué es el número atómico? ¿Qué letra se usa para referirse al número
atómico? ¿Qué relación existe entre el número de protones y el número de electrones en un átomo neutro?
17. ¿Qué relación existe entre el número atómico y la posición de un átomo en la tabla periódica?
18. Define número másico. ¿Qué letra se utiliza para referirse al número másico?
19. Hacer las actividades de la página 89.
Isótopos y Masa atómica
20. Define isótopos y escribe algún ejemplo.
21. ¿Qué es la masa atómica de un átomo y la de un elemento?
22. Realiza las actividades de la página 90: 32 y 33.
23. El cobre se presenta en la naturaleza en forma de dos isótopos estables: 2963Cu y
proporción de 69,1 % y 30,9 %:
29
65
Cu en una
a) ¿Qué diferencia existe entre ellos?
b) Calcula la masa atómica del cobre.
Cómo dibujar átomos
24. Según el modelo propuesto por Bohr, haz un dibujo que represente el átomo de
23
11Na:
a) ¿Cuántos protones y neutrones tiene y dónde están situados en el átomo?
b) Indica el número de electrones y haz su configuración electrónica.
c) ¿Cuál es la carga neta del átomo?
d) Repite el dibujo quitándole un electrón.
e) Cuál es la carga del nuevo átomo. ¿En qué se ha convertido?
Radiactividad y la energía nuclear
25. Define que es la radiactividad y qué son los radioisótopos. Realiza las actividades 35 y 36 de la
página 91.
26. Qué es la energía nuclear y diferenciar la fisión de la fusión nuclear.
27. Realiza las actividades, 38, 39, 40, de la página 92.
9
Relación de repaso
1.- Para el isótopo 3517 Cl indica: cuál es su nombre, cuántos protones, electrones y neutrones tiene,
escribir su configuración electrónica. Dibujalo
2.- Observa la tabla y di ¿cuáles son isótopos entre si? ¿En qué se diferencian ?
Átomos
A
B
C
D
E
Nº atómico(Z)
22
7
22
7
8
Nº másico(A)
50
15
47
14
16
3.- Completa la siguiente tabla:
Símbolo
Nombre del
átomo
F
Z
A
9
19
Nºde protones
Nºde
neutrones
Nºde
electrones
20
27
19
13
potasio
Al 3+
O2-
8
Configuración
electrónica
16
4.- El Neón tiene tres isótopos estables cuyas masas son 20, 21 y 22. Si los porcentajes de cada uno de estos
isótopos en el Neón que hay en la atmósfera son: 90,92 %, 0,26 % y 8,82 %. Calcula la masa atómica media.
5.- Contesta las siguientes preguntas:
1. Los electrones tienen carga:
a) neutra
c) negativa
b) positiva
d) depende del nivel energético donde se encuentren
2. Un átomo es neutro porque:
a) está formado sólo por neutrones
b) tiene el mismo número de electrones que de protones
c) no existe
d) ninguna de las anteriores
3. Si un elemento gana un electrón, su carga neta será:
a) no varía
c) positiva
b) negativa
d) neutra
4. El número atómico indica el número de:
a) protones + neutrones
c) electrones
b) neutrones
d) protones
5. Los isótopos de un mismo elemento se diferencian en que tienen diferente número de:
a) neutrones
c) protones
b) electrones
d) valencia
6. El número másico indica el número de:
a) neutrones + electrones
c) protones + neutrones
b) electrones + protones
d) ninguna de las anteriores
7. La forma en que se sitúan todos los electrones de un elemento se denomina:
a) configuración electrónica b) posición espectral
c) niveles de energía
d) ninguna de las anteriores
8. El símbolo del elemento argón es:
a) Al
b) Ar
c) A
d) Ag
9. ¿Cuál es el número atómico de
a) 16
32
16S?
b) 32
10
c) 48
d) 0
10. ¿Cuál es el número másico del siguiente elemento 12752Te?
a) 52
b) 75
c) 127
d) 179
11. El elemento de símbolo Ca se llama
a) carbono
b) cobalto
c) calcio
d) cesio
12. El elemento de símbolo N se llama
a) nitrógeno
c) níquel
b) potasio
d) sodio
13. Cuando un electrón de un átomo pasa de un nivel a otro inferior, se puede afirmar que:
a) la energía del electrón permanece invariable
c) el átomo ha absorbido energía
b) el átomo ha perdido electrones
d) el átomo ha emitido energía
14. Las partículas alfa son:
a) partículas cargadas positivamente porque están formadas por 2 protones y 2 neutrones.
b) Electrones.
c) Ondas electromagnéticas de gran energía.
d) Neutrones.
15. Cuándo dos cuerpos tienen la misma carga:
a) se atraen
b) se repelen
c) no les ocurre nada
d) se aniquilan
16. Las radiaciones gamma son:
a) partículas formadas por 2 protones y 2 neutrones
b) electrones
c) neutrones
d) radiaciones de gran energía.
17. Las partículas que forman los protones y los neutrones se llaman.
a) electrones
b) neutrinos
c) quarks
d) no tienen nombre
8.-Define los conceptos: radiactividad; fisión nuclear y fusión nuclear
11
12
Cuando se habla de la masa atómica de un elemento hemos de tener en cuenta que los átomos de un mismo
elemento no son exactamente iguales. Existen isótopos que, aunque tienen idéntico comportamiento químico,
son un poco mas pesados unos que otros (ya que tienen distinto número de neutrones).
El masa atómica se obtiene entonces como media ponderada de los isótopos naturales del elemento.
Ejemplo:
El cloro se encuentra en la naturaleza como mezcla de dos isótopos: 35Cl y 37Cl. El primero de ellos tiene una
masa de 34,97 u y una abundancia del 75,53%, mientras que el segundo tiene una masa atómica de 36,97 u y
una abundancia de 24,47%. Teniendo en cuenta estos datos la masa del elemento cloro se calcula de la siguiente forma:
Ma = (0,7553 x 34,97) + (0,2447 x 36,97) = 35,46 u
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