El documento describe la estructura de la materia a diferentes niveles: 1) La materia está compuesta de moléculas u otras partículas como iones. 2) Las moléculas están formadas por átomos unidos. 3) Los átomos están compuestos de protones, neutrones y electrones, con los electrones distribuidos en nubes alrededor del núcleo atómico.

1. ESTRUCTURA DE LA MATERIA
Las propiedades intensivas del agua contenida en una pileta son iguales a las
del agua que contiene un vaso, o una gota y caracteriza a la sustancia agua.
Pero, ¿ Cuál es la menor partícula de agua que contiene dichas propiedades? ;
¿cómo está constituida dicha partícula?, además; ¿en qué difiere en cuanto a
su constitución el agua, la sal ,el azúcar?.
En la unidad anterior estudiamos una forma de clasificar a la materia que
resulta muy útil en el campo macroscópico, o sea, para las cantidades de
materia que podemos ver, tocar y pesar. Pero, si pretendemos entender un
poco más acerca de su estructura íntima, debemos forzosamente preguntarnos
si la materia es continua o discontinua. ¿Qué significa esto? Muy sencillo,
equivale a preguntarnos si podemos dividir a la materia indefinidamente sin
encontrar nunca una unidad constituyente mínima. Si esto fuese posible,
diríamos que la materia es continua.
Toda la experiencia acumulada en siglos de estudio e investigación nos
muestra que la materia es, en realidad, discontinua y se halla formada por
partículas unitarias (que pueden ser átomos o moléculas). La división de estas
partículas provoca pérdida de las propiedades particulares de esa materia.
Hace menos de 200 años, cuando la química nacía como ciencia, una maestro
de escuela inglés, John Daltón, fundamentó su teoría atómica en base a
diversos hechos experimentales, pero su modelo de átomo como partícula
indivisible , fue superado en base a diversos hechos experimentales, como los
relacionados con la electroquímica, la radioactividad y en particular, por la
producción de descargas eléctricas en tubos conteniendo gases a bajas
presiones.
Una serie de experiencias a fines del siglo 19 permitieron detectar en
experiencias de laboratorio, la presencia de diversas partículas constituyentes
del átomo y formular ideas sucesivas acerca de la constitución del átomo.
Podemos sintetizar las ideas actuales sobre la estructura de la materia en los
siguientes enunciados fundamentales:
1) Muchas sustancias están constituidas por partículas extraordinariamente
pequeñas llamadas moléculas.
En realidad, la pequeñez de una molécula supera lo imaginable; si
consideramos una sola gota de agua, calculando que en 1 ml de agua
entran aproximadamente 20 gotas, el número de moléculas sería de
1,67.1021 moléculas.
2) Las moléculas de una sustancia son iguales ( o muy similares) y tienen
iguales ( o muy similares) propiedades: Las moléculas de distintas
sustancias son distintas. Sabemos que existen diferencias físicas,
químicas y biológicas, entre el agua y alcohol, entre el oxígeno y
1

2. nitrógeno, etc. Ello se debe a que las moléculas de agua son diferentes
a las del alcohol y las del oxígeno, distintas a las del nitrógeno.
3) Toda molécula está constituida por un número entero (que puede ser
uno) de pequeñas partículas denominadas átomos.
La molécula de agua por ejemplo, esta conformada por dos átomos de
oxígeno y uno de hidrógeno, la de cloro por dos átomos de cloro; pero
también existen moléculas monoatómicas, constituidas por un único
átomo, como las de los llamados gases inertes.
4) Los átomos están constituidos por tres tipos de partículas
fundamentales: neutrones, protones y electrones. Protones y electrones
constituyen el núcleo, los electrones forman parte de la nube
extranuclear.
Pero el núcleo es extremadamente pequeño respecto del tamaño total
del átomo ( el radio aproximado de un átomo es en general del orden de
10 – 8 cm y el del núcleo del átomo,. unas 100000 veces menor, de
acuerdo con estas cifras, si quisiéramos construir un átomo a escala, si
representamos al núcleo del tamaño de la cabeza de un alfiler, le
corresponde al átomo una esfera de unos 100 metros de diámetro.
5) Protones y electrones poseen carga de igual valor, pero de signo
opuesto ( +, -) respectivamente, los neutrones carecen de carga
eléctrica.
Todos los protones , tienen en consecuencia cargas positivas de igual
intensidad, los electrones también tienen cargas eléctricas del mismo
valor absoluto, pero de signo contrario, como los neutrones no poseen
carga y el átomo es eléctricamente neutro, en todo átomo el número de
protones será igual al de electrones.
El siguiente cuadro resume las propiedades de estas partículas:
Partícula
Símbolo
Carga
relativa
Masa (g)
Carga
Eléctrica (C)
Electrón
Protón
Neutrón
ep
n
-1
+1
0
9,109.10-28
1,673.10-24
1,675.10-24
-1,602 x 10-19
+ 1,602 x 10 -19
0
6) El número de protones de un átomo determina su número atómico y su
ubicación en la clasificación periódica de los elementos.
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3. 7) Los átomos de un mismo elemento tienen igual número de protones
(igual número atómico) y poseen propiedades iguales o muy similares.
Los átomos de distintos elementos tienen distinto número atómico ( o
sea diferente número de protones) y difieren en sus propiedades.
Todo el mundo que nos rodea, desde las estrellas más lejanas hasta los
seres vivos que pueblan la tierra, los microorganismos, las montañas, el
aire y los mares, están constituidos por unas 90 clases de átomos con
diferentes propiedades.
Y precisamente, presentan diferentes propiedades porque tienen distinto
número de protones, y , consiguientemente, distinto número de
electrones extranucleares.
A cada elemento químico, le corresponden distinto número de protones
y electrones, diferente número atómico.
8) Existen sustancias simples y compuestas, sustancias simples son
aquellas que están conformadas por átomos de igual número atómico,
las compuestas, están constituidas por átomos de distinto número
atómico.
9) Existen sustancias no moleculares constituidas por partículas cargadas
eléctricamente, que denominamos iones. Los iones están formados por
un átomo o varios átomos (iguales o distintos) unidos entre si y poseen
carga eléctrica ( + o - ).
Número atómico y número másico
Por convención internacional, el número atómico de los elementos se
representa con la letra ( Z) .
El número másico de un elemento que, se representa con la letra (A ) , surge
de la suma del número de protones y de neutrones presentes en el núcleo de
dicho elemento, el número de neutrones se representa con la letra N. La
relación entre A, Z y N es por lo tanto:
A=Z+N
o también:
N=A-Z
Por convención, para representar el núclido de un elemento X , se coloca a la
izquierda del símbolo químico de X como subíndice el número atómico Z que
3

4. corresponde a dicho elemento y , también a la izquierda, pero como
supraíndice el número másico A.
A
ZX
Núclidos Isótopos: son átomos de un elemento que tienen el mismo número
atómico pero distinta masa atómica.
Resulta fácil explicar la existencia de isótopos suponiendo que el núcleo
atómico de un elemento posee un número fijo de protones y un número
variable de neutrones. Los neutrones contribuyen a la masa de un átomo pero
no influyen en el número de electrones necesarios para conseguir la
neutralidad eléctrica. Por lo tanto un número distinto de neutrones para una
mismo elemento, hace que cambie la masa de dicho elemento pero no sus
propiedades químicas
De esto surgen dos consecuencias importantes:
a) Dos núclidos isótopos pertenecen siempre a un mismo elemento (igual
Z)
b) Dos núclidos isótopos difieren en el número de neutrones que contienen
sus átomos
Núclidos isóbaros: son átomos de diferentes elementos ( de distinto número
atómico), pero de igual número másico (A)
Distribución de electrones en la nube extranuclear:
Es imposible establecer para un instante dado, cuál será la posición y la
velocidad de un electrón de un átomo, o predecir su trayectoria alrededor del
núcleo atómico.
Sólo se puede hablar de probabilidad de encontrar a un determinado electrón,
en un cierto lugar alrededor del núcleo.
Si de alguna forma, se pudiese fotografiar a un electrón de un átomo en un
instante, y se tomaran gran número de fotografías sucesivas, al superponerlas,
se obtendría como resultado una nube electrónica difusa, sin límites definidos
La mecánica clásica describía al átomo como un núcleo alrededor del cual se
movían los electrones en trayectorias definidas , de manera similar a un
sistema planetario. Pero , esta descripción no podía explicar por qué un
electrón en su movimiento no pierde su energía para, finalmente ser atraído
por el núcleo y chocar con él, es evidente que, la descripción de la mecánica
clásica no da una explicación satisfactoria sobre esto.
4

5. Actualmente se considera que los electrones tienen un comportamiento de
onda – partícula y por lo tanto su movimiento y energía se describen mediante
ecuaciones semejantes a las empleadas para describir las ondas.
La teoría matemática que, mediante ecuaciones diferenciales, describe el
movimiento de los electrones alrededor del núcleo se conoce como mecánica
cuántica o mecánica ondulatoria.
Para determinar por donde se mueve el electrón alrededor del núcleo, se hace
necesario resolver ecuaciones diferenciales cuyas soluciones definen la zona
del espacio alrededor del núcleo donde la probabilidad de encontrar el electrón
es muy elevada(aproximadamente el 90%) y que se conoce como orbital.
Además, para que esas soluciones sean coherentes con la realidad es
necesario que los electrones sólo adquieran ciertos niveles de energía.
Las ecuaciones de la mecánica cuántica dan lugar a introducir 4 números
cuánticos que describen los estados de energía posibles para los electrones y,
por lo tanto, la posibilidad de hallar dichos electrones en determinadas zonas
del espacio alrededor del núcleo atómico.
El número cuántico principal (n) está vinculado con el diámetro de la nube
electrónica. Determina el nivel de energía y la capa electrónica a la cual
pertenece el electrón dado.
El número cuántico secundario o azimutal (l) , se vincula con la forma de la
nube electrónica. Determina el subnivel o subcapa a la que pertenece el
electrón.
El número cuántico magnético (m) , se relaciona con la orientación de la nube
electrónica respecto de un campo magnético exterior. Este número determina
el orbital al cual pertenece el electrón.
El número cuántico del spin (s), considera como si el electrón girase sobre si
mismo como un trompo. Como sólo hay dos posibilidades de giro, este número
puede tomar dos valores iguales, pero se signo opuesto, + ½ , - ½.
Los números cuánticos (n), (m), (l) pueden tomar sólo determinados valores.
El número cuántico principal (n) puede tomar valores enteros positivos entre 1
a infinito.
El número cuántico secundario (l) puede tomar valores enteros de O a ( n – 1)
El número cuántico magnético (m) , valores enteros positivos o negativos
desde O hasta + /- (ele).
5

6. Acorde con estas restricciones si, por ejemplo, el número cuántico (n) tuviese el
valor 3, existirían sólo tres valores posibles para el número cuántico
secundario: 0, 1 y 2.
Para cada valor del número cuántico secundario, existirían valores posibles
distintos para el número cuántico magnético (m), por ejemplo para un valor de
ele = 1 , -1, 0 + 1.
Los diferentes valores que puede tomar el número cuántico secundario,
corresponden a distintos subniveles de energía, los que se denominan
respectivamente con las letras s, p, d, f , etc.
Valores permitidos
para n: números enteros 1, 2, 3,.
para l: números enteros desde 0 hasta (n-1)
para m: todos los números enteros entre +l y -l incluido el 0
para s: sólo los números fraccionarios -1/2 y +1/2
Las letras s, p, d, f identificativas de los tipos de orbitales proceden de los
nombres que recibieron los distintos grupos de líneas espectrales relacionadas
con cada uno de los orbitales:
• sharp : líneas nítidas pero de poca intensidad
• principal : líneas intensas
• difuse : líneas difusas
• fundamental : líneas frecuentes en muchos espectros
A su vez, el subnivel (s ) se completa con dos electrones, el subnivel (p ) con
seis electrones, el (d ) con 10 electrones y el ( f ) con 14.
VALOR NRO
CUANTICO
SECUNDARIO
0
1
2
3
SUBNIV
EL
NUMERO DE
NRO DE
ELECTRONES ORBITALES
s
p
d
f
2
6
10
14
1
3
5
7
Configuración electrónica: Indica como están distribuidos los electrones
de un átomo entre los distintos orbitales atómicos.
6

7. Los orbitales se llenan en orden creciente de energía, con no más de dos
electrones por orbital.
La secuencia de llenado es la siguiente:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s2
5f 14 6d 10
¿ Por qué , antes del nivel principal de energía 3 , subnivel d ( 3d ), se coloca
4s .?
Como se hizo mención anteriormente, los orbitales se van completando con
electrones en orden creciente de energía, a tal efecto, para determinar el orden
de la secuencia, se emplean dos reglas sencillas de carácter práctico.
1. Se suma el valor del número cuántico principal ( n) y el valor
corresponde al subnivel en el cual se incorpora el electrón, en este caso:
que
4s = 4+0 = 4
3d = 3+2 = 5
Se deduce fácilmente que, 5 es mayor que 4 , en consecuencia, 4s precede a
3d
2. Si la suma da por resultado un mismo valor, se ubica en la secuencia en
primer término, la que responde al menor número cuántico principal; por
ejemplo: 3 d y 4p
3d= 3+2 = 5
4p=4+1=5
Ambas sumas dan por resultado 5 , pero 3 ( valor de n)
entonces, va primero 3d y después 4p
es menor a 4,
Representación de los electrones en orbitales
Para visualizar la distribución de los electrones en orbitales, se puede
representar cada orbital mediante un pequeño cuadrado, dividido por un línea
diagonal y cada electrón mediante una flecha:
El orbital puede estar:
7

8. Vacío
incompleto
completo
En el caso del orbital completo, las flechas tienen sentido contrario para indicar
que los electrones presentan spin de signo contrario
El llenado de los orbítales por los electrones se realiza a partir de los niveles y
subniveles en orden creciente de energía y cada electrón se incorpora a un
orbital vacío
H = 1s1
He = 1s2
Recordar que, por orbital se colocan únicamente dos electronesPrincipio de exclusión de Pauli
Dos electrones pertenecientes al mismo orbital de un átomo no pueden tener
sus cuatro números cuánticos con igual valor. Ejemplo:
1
H =
n=1
l =0
m=0
s=-½
He =
2
n =1
l= 0
m=0
s=+½
Regla de Hund:
No se completa un orbital hasta que haya un electrón en todos los orbitales de
su subnivel.
5
B
1s
2s
2p
8

9. C
6
1s
2p
1s
2s
2p
1s
7
2s
2s
2p
N
O
8
Diagrama de flujo que presenta resumidamente la constitución interna de los átomos
9

10. Constitución interna
de los átomos
Constituidos fundamentalmente por
electrones
ubicados en la
protones
neutrones
ubicados en
determinan
núcleo
periferia
número atómico
determinan
se representa
número de masa
Z
se representa
Asigna la identidad
del elemento
A
Links
http://www.youtube.com/watch?v=YeujZ4YWnOU&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=YXbuo4oYwl8&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=8XaTzA3pRiw&feature=fvw
http://www.youtube.com/watch?v=NvexoH3xRTs&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=RRn0zunXM8A&feature=related
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