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ESTRUCTURA INTERNA DE LA MATERIA
Para explicar el comportamiento eléctrico de la materia, hay que
tener en cuenta que la materia está formada por pequeñísimas
partículas llamadas átomos.
Los átomos no son indivisibles, están formados, a su vez, por
otras partículas más pequeñas llamadas: electrones, protones y
neutrones. A su vez los átomos tienen su propia estructura interna,
que, de forma simplificada, consideramos semejante a nuestro
Sistema Solar.
En esta unidad no se profundizará en la estructura del átomo
pero es conveniente tener la idea de la distribución de los electrones
en la corteza situados en capas. Según el modelo de Bohr, los
electrones se encuentran situados en órbitas a distintas distancias del
núcleo. Un átomo puede perder electrones de su última capa. En la
siguiente dirección puedes realizar la lectura sobre los distintos
modelos atómicos y profundizar en el modelo atómico de Bohr, lo
que te ayudará a comprender mejor los fenómenos eléctricos de la
materia.
El interior del átomo
Actualmente sabemos que el átomo no es indivisible, como se creía
antiguamente. En realidad, el átomo tiene una estructura interna, es decir,
partículas más pequeñas en su interior. Puedes verlo en la siguiente imagen:
Núcleo
Parte central del
átomo. Su tamaño es
pequeñísimo
(unas
cien mil veces menor
que el del átomo) y
contiene casi toda la
masa.
Está
constituido por dos
tipos de partículas:
los protones y los
neutrones
Corteza
Ocupa casi todo el
volumen del átomo,
pero apenas tiene
masa. Está compuesta
por
partículas
denominadas
electrones, que se
distribuyen en capas
alrededor del núcleo
y están en continuo
movimiento.
Como vemos, los átomos están formados por:
uy pequeño, que contiene casi toda la masa del átomo
y está
formada por los protones y los neutrones.
Hay más de un centenar de átomos distintos, tantos como elementos. Para
identificar un átomo utilizamos el número atómico (Z), que es el número de
protones
del
átomo.
El número de partículas que hay en el núcleo de un átomo se denomina
número másico (A), y es la suma de protones y neutrones.
Número de masa
Por tanto, podemos utilizar una definición más amplia de elemento
químico:
Las partículas atómicas son los componentes de un átomo, o sea tres: Electrones,
protones
y
neutrones.
Además de estos hay otras partículas (denominadas subatómicas) que componen
a cada componente principal del átomo. Ej. Cuarks que son componentes de los
electrones. Las partículas atómicas son las partículas fundamentales de un átomo son los
bloques constituyentes básicos de cualquier átomo. El átomo, y por tanto toda la materia
está formado principalmente por tres partículas fundamentales: electrones, neutrones y
protones.
Ojo:
*el núcleo esta compuesto de protones y neutrones y alrededor de el giran los
electrones, por mucho tiempo se creyó que estas eran las partículas mas pequeñas de la
materia, pero después se descubrió que existían otras partículas mas pequeñas, llamadas
quarks.
Partículas subatómicas
Quark: los quarks, junto con los leptones, son los constituyentes
fundamentales de la materia y las partículas más pequeñas que el hombre
ha logrado identificar. Varias especies de quarks se combinan de manera
específica para formar partículas tales como protones y neutrones. Los
quarks son las únicas partículas fundamentales que interactúan con las
cuatro fuerzas fundamentales. Los quarks son partículas parecidas
a losgluones en peso y tamaño, esto se refleja en la fuerza de cohesión
que estas partículas ejercen sobre ellas mismas. Son partículas de espín
1/2, por lo que son fermiones. Forman, junto a los leptones, la materia
visible. Hay seis tipos distintos de quarks que los físicos de partículas han
denominado de la siguiente manera: Up (arriba) Down (abajo) Charm
(encantado) Strange (extraño) Top (cima) Bottom (fondo).Leptón: un
leptón es una partícula con espín -1/2 (un fermión) que no experimenta
interacción fuerte (esto es, la fuerza nuclear fuerte). Los leptones forman
parte de una familia de partículas elementales conocida comola familia
de los fermiones, al igual que los quarks. Un leptón es un fermio
fundamental sin carga hadrónica o de color. Existen seis leptones y sus
correspondientes antipartículas: el electrón, el muón, el tau y tres
neutrinos asociados a cada uno de ellos.
Modelo atómico de Sommerfeld.
En 1916, Arnold Sommerfeld (1868-1951) con la ayuda de la teoría de la
reactividad de Albert Einstein (1876-1955) hizo las siguientes modificaciones al modelo
de Bohr:a) Los electrones se mueven alrededor del núcleo en orbitascirculares o
elípticas) A partir del segundo nivel energético existen dos o más subniveles en el mismo
nivel) El electrón una corriente. Para describir los nuevos subniveles, Sommerfeld
introdujo un parámetro llamado numero quántico acimutal, que designo con la letra L.El
modelo atómico de Bohr funcionaba muy bien para el átomo de hidrógeno. Sin
embargo, en los espectros realizados para átomos de otros elementos se observaba
queelectrones de un mismo nivel energético tenían distinta energía, mostrando que
algoandaba mal en el modelo. Conclusión fue que dentro de un mismo nivel energético
existían subniveles.
. Modelo atómico de Schrödinger.
El modelo atómico de Schrödinger es un modelo cuántico no relativista se basa
en la solución de la ecuación de Schrödinger para un potencial electrostático con
simetría esférica, llamado también átomo hidrogeno idee. El modelo de Bohr
funcionaba muy bien para el átomo de hidrógeno. En los espectros realizados para otros
átomos se observaba que electrones de un mismo nivel energético tenían distinta
energía. Algo andaba mal. La conclusión fue que dentro de un mismo nivel energético
existían subniveles. En 1916, Arnold Sommerfeld modifica el modelo atómico de Bohr,
en el cual los electrones sólo giraban en órbitas circulares, al decir que también podían
girar en orbitas elípticas.
Modelo atómico de Dirac-Jordan
El modelo atómico de Dirac-Jordan, es el que desarrollo Schrödinger, basado en
el descubrimiento de los científicos anteriores. El modelo atómico de Schrödinger es un
modelo cuántico no relativista sebasa en la solución de la ecuación de Schrödinger para
un potencial electrostático con simetría esférica, llamado también átomo hidrogeno idee.
Una de las consecuencias que se pueden deducir de la ecuación de Schrödinger, es el
principio de incertidumbre. Este principio establece límites para la precisión con que se
pueden medir ciertos parámetros.
. Modelo Atómico actual.
Entre los conocimientos actuales o no sobre el átomo, que han mantenido su
veracidad, se consideran lossiguientes: 1. La presencia de un núcleo atómico con las
partículas conocidas, la casi totalidad de la masa atómica en un volumen muy
pequeño.2. Los estados estacionarios o niveles de energía fundamentales en los cuales
se distribuyen los electrones desacuerdo a su contenido energético.3. La dualidad de la
materia (carácter onda-partícula), aunque no tenga consecuencias prácticas al tratarse de
objetos de gran masa. En el caso de partículas pequeñas (electrones) la longitud de onda
tiene un valor comparable con las dimensiones del átomo.4. La probabilidad en un lugar
de certeza, en cuanto a la posición, energía y movimiento de un electrón, debido ala
imprecisión de los estudios por el uso de la luz de baja frecuencia. Fue Edwin
Schrödinger, quien ideó el modelo atómico actual, llamado "Ecuación de Onda",
una fórmula matemática que considera los aspectos anteriores. La solución de esta
ecuación, es la función de onda (PSI), yes una medida de la probabilidad de encontrar al
electrón en el espacio. En este modelo, el área donde hay mayor probabilidad de
encontrar al electrón se denomina orbital. El valor de la función de onda asociada con
una partícula en movimiento esta relacionada con la probabilidad de encontrar a la
partícula en el punto (x,y,z) en el instante de tiempo ten general una onda puede tomar
valores positivos y negativos. Una onda puede representarse por medio de una cantidad
compleja. Piense por ejemplo en el campo eléctrico de una onda electromagnética. Una
probabilidad negativa, o compleja, es algo sin sentido.
Esto significa que la función
de onda no es algo observable. Sin embargo el módulo (o cuadrado) de la función de
onda siempre es real y positivo. Por esto, a se le conoce como la densidad de
probabilidad. La función de onda depende de los valores de tres variables que reciben
la denominación de números cuánticos. Cada conjunto de números cuánticos, definen
una función específica para un electrón.
Átomo es la porción más pequeña de cualquier elemento químico, que no puede
dividirse y que dispone de existencia independiente. Los átomos están compuestos
por electrones que orbitan en torno a un núcleo con neutrones y protones.
Los átomos de diferentes elementos presentan
distintas cantidades de protones. El número atómico (que se identifica con la letra Z,
por el término alemán zahl) indica la cantidad de protones que se encuentra presente en
el núcleo de un átomo. Este número, por lo tanto, se encarga de definir la configuración
electrónica del átomo y permite el ordenamiento de los diversos elementos químicos en
la tabla periódica, que comienza con el hidrógeno (Z=1) y sigue con el helio, el litio, el
berilio,
el
boro,
el
carbono
y
el
nitrógeno.
En química, el número másico o número de masa. Se simboliza con la letra A.
El uso de esta letra proviene del alemán Atomgewicht, que quiere decir peso atómico,
aunque sean conceptos distintos que no deben confundirse. Por este motivo resultaría
más correcto que la letra A representara Atomkern, es decir, núcleo atómico para evitar
posibles confusiones. Suele ser mayor que el número cuántico, dado que los neutrones
del núcleo proporcionan a éste la cohesión necesaria para superar la repulsión entre los
protones.
El número de masa es además el indicativo de los distintos isótopos de
un elemento. Dado que el número de protones es idéntico para todos los átomos del
elemento, sólo el número másico, que lleva implícito el número de neutrones en el
núcleo, indica de qué isótopo del elemento se trata. El número másico se indica con un
superíndice situado a la izquierda de su símbolo, sobre el número atómico. Por ejemplo,
el 1H es el isótopo de hidrógeno conocido como protio. El 2H es el deuterio y el 3H es
el tritio. Dado que todos ellos son hidrógeno, el número atómico tiene que ser 1.
Número atómico y número de masa
Número atómico
Todos los átomos pueden identificarse y distinguirse unos a otros por el número
de protones y neutrones que contienen. El número atómico es el número de protones en
el núcleo del átomo de un elemento. El número atómico es representado por la letra Z.
En un átomo neutro el número de protones es igual al número de electrones, de manera
que el número atómico también indica el número de electrones presentes en un átomo.
El número atómico determina la identidad química de un elemento.
Para determinar el número atómico de un elemento, se utiliza la siguiente fórmula:
Z=A-N
Es
Número atómico Z = Número másico A - Número de neutrones N.
decir:
Número de masa
El número de masa, también conocido como número másico, es el número total
de neutrones y protones presentes en el núcleo del átomo de un elemento. El número de
masa se representa con la letra A. Para determinar el número de masa de un elemento,
se utiliza la siguiente fórmula:
A=Z+N
Es decir:
Número másico A = Número atómico Z + Número de neutrones N.
Número de neutrones
El número de neutrones en un átomo es igual a la diferencia entre el número de
masa y
El número atómico. El número de neutrones es representado por la letra N. Para
determinar el número de neutrones de un elemento, se utiliza la siguiente fórmula:
N=A-Z
Es decir:
Número de neutrones N = Número másico A - Número atómico Z.
La forma aceptada para denotar el número atómico y el número de masa de un
elemento X, es como sigue:
Número de masa A
AX
Z
Número atómico Z
OBS: El número de neutrones y el número de protones no se representan de la misma
manera que A y Z, ya que éstos se determinan mediante las fórmulas citadas.
EJEMPLO
1-) El átomo de magnesio consta de 12 protones y 12 neutrones. Determinar su número
atómico y su número de masa.

El número de protones es 12, por lo tanto podemos considerar que existen 12
electrones.

Utilizamos la fórmula para hallar A.
A=Z+N
A = 12 + 12
A = 24.

Vimos que la cantidad de protones era igual a la cantidad de electrones en el
núcleo atómico de un elemento para determinar el valor de Z; el número atómico es 12.
2-)
El número de electrones de un átomo de Azufre es 16 y su número másico es
32. Determinar el número atómico, la cantidad de protones y neutrones.

La cantidad de electrones es 16. Esto quiere decir que posee 16 protones.

El número atómico era igual a la cantidad de protones o electrones de un
elemento. Es decir, su número atómico es Z= 16.

Utilizamos la fórmula para hallar N.
N=A-Z
N = 32 - 16
N = 16.
MASA ATÓMICA
(También denominado Peso Atómico, aunque esta denominación es incorrecta,
yaqué la masa es propiedad del cuerpo y el peso depende de la gravedad)Masa de un
átomo correspondiente a un determinado elemento químico S e s u e l e u t i l i z a r
l a una(u) como unidad de medida.. Donde u.m.a son siglas que significan "unidad de
masa atómica". Esta unidad también suele denominarse Dalton (Da) en
honor alquímico inglés John Dalton. Equivale a una doceava parte de la masa del
núcleo del isótopo más abundante del carbono, e l c a r b o n o - 1 2 . S e c o r r e s p o n d e
a p r o x i m a d a m e n t e c o n l a m a s a d e u n protón (o un átomo de hidrógeno). Se
abrevia como "uma", aunque también pueden centrarse por su acrónimo inglés "amu"
(Atomic Mass Unit). De todas formas, el símbolo recomendado es simplemente "u".
Las masas atómicas de los elementos químico se s u e l e n c a l c u l a r c o n l a
media ponderada de las masas de los distintos isótopos de cada elemento
teniendo
en
cuenta la
abundancia
relativa
de cada uno de ellos, lo que explica la no
correspondencia entre la masa atómica en unas, de un elemento, y el número de
núcleo es que alberga el núcleo de su isótopo más común .En cambio, la masa
atómica de un isótopo sí coincide aproximadamente con la masa de sus
nucleones. Esta diferencia es debida a que los elementos no están formados
por un solo isótopo si no por una mezcla con unas ciertas abundancias para
cada uno de ellos. Mientras que cuando medimos la masa de un isótopo en
concreto no tenemos en cuenta las abundancias. De todas formas ni siquiera
la masa atómica de los isótopos equivale a la suma de las masas de los
núcleo es .Esto es debido al defecto de masa.
Ejemplo:
Para calcular la masa atómica del litio haremos lo siguiente: El litio consta de
dos isótopos estables el Li -6 (7,59%) y el Li-7 (92,41%).Así pues los cálculos
serán como siguen: E l v a l o r r e s u l t a n t e , c o m o e r a d e e s p e r a r , e s t á e n t r e
l o s d o s a n t e r i o r e s aunque más cerca del Li-7, más abundante.
Historia de la masa atómica
E n l a s reacciones químicas tiene lugar una interacción entre átomos, para
evitar trabajar con masas muy pequeñas se recurrió a establecer una masa relativa. E n
u n p r i n c i p i ó s e l e a s i g n ó a l hidrógeno un uma d e m a s a , y s e l e u t i l i z ó
como patrón para calcular las masas atómicas de los demás
elementos mediante la
La masa molecular relativa es un número que indica cuántas veces la masa de
una molécula de una sustancia es mayor que la unidad de masa molecular. Su valor
numérico coincide con el de la masa molar, pero expresado en unidades de masa
atómica en lugar de gramos/mol. La masa molecular alude una sola molécula, la masa
molar corresponde a un mol (6,022*1023) de moléculas: . La fórmula para calcularla es
la siguiente:
masa molecular = masa atómica de A * nº de átomos de A + masa atómica de B * nº de
átomos de B...
Hasta que no queden átomos diferentes.
La masa molecular se calcula sumando las masas atómicas de los elementos que
componen la molécula. Así, en el caso del agua: H2O, su masa molecular es:
Masa atómica del H: 1,00797 u, aproximadamente igual a (≈) 1 * nº de átomos de H:
2 + masa atómica del O: 15,9994 u ≈ 16 * nº de átomos de O: → 2 átomos de H x 1
átomo de O = 2 u + 16 u = 18 u.
Si las cifras decimales son mayores que 0,5, el numero másico se aproxima a la
unidad entera siguiente. Ejemplo: el número másico del oxígeno es 15,9994 ≈ 16. Es
decir, el número másico del O es 16.
Al igual que la masa atómica, la masa molecular se expresa en unidades de masa
atómica: Unas (u) o Dalton (Da), que son equivalentes. Los Da aportan la ventaja de
poderse emplear para moléculas mayores al aceptar un múltiplo, el kilodalton: kDa.
La masa molecular se calcula de manera fácil sumando las masas atómicas. Por ejemplo
la masa molecular del ácido sulfúrico:
H2SO4: H = 1,00797 Da; S = 32,065 Da; O = 15,9994 Da
H2 = 2 x 1,00797 Da = 2,01594 Da
S = 1 x 32,065 Da = 32,065 Da
O4 = 4 x 15,9994 Da = 63,9976 Da
Masa molecular = H2 + S + O4 = 2,01594 Da + 32,065 Da + 63,9976 Da = 98,07854 Da
Por número de Avogadro se entiende al número de entidades elementales (es
decir, de átomos, electrones, iones, moléculas) que existen en un mol de cualquier
sustancia. Pero veamos qué significa esto.
Como mol se denomina a la unidad contemplada por
el Sistema Internacional de Unidades que permite medir y expresar a una
determinada cantidad de sustancia. Se trata de la unidad que emplean los químicos
para dar a conocer el peso de cada átomo, una cifra que equivale a un número muy
grande de partículas. Un mol, de acuerdo a los expertos, equivale al número de átomos
que hay en doce gramos de carbono-12 puro. La ecuación sería la siguiente: 1 mol =
6,022045 x 10 elevado a 23 partículas.