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El atomo
- 1. EL ATOMO KEVIN ESTEVENABRIL SANTA COLEGIO MARSELLA IED TÈCNOLOGIA E INFORMÀTICA INFORMÀTICA GRADO: 902 BOGOTÀ DC, 2016
- 2. TABLA DE CONTENIDO 1.INTODUCCIÒN………………………………………………………… 2 2. LA TEORIA DEL ATOMO……………………………………………. 3 3. EL ATOMO EN LA ANTIGÜEDAD…………………………………...4 LA TEORÌA ATÒMICA DE DALTON………………………………..…5 4. EL ÀTOMO ES DIVISIBLE…………………………………………….5 5. MODELOS ATÒMICOS………………………………………………..6 MODELO ÀTOMICO DE THOMSON………………………………….6 MODELO ÀTOMICO DE RUTHERFORD……………………………..8 LOS NEUTRONES……………………………………………………….9 ESTRUCTURA DEL ATOMO…………………………………………..10 6. IDENTIFICACIÒN DE LOS ÀTOMOS………………………………10 ISÒTOPOS………………………………………………………………..11 7. MASA ATÒMICA RELATIVA………………………………………...12 ISÒTOPOS Y MASA ATÒMICA..……………………………………….12 8. EL MODELO AYÒMICO DE BOHR…………………………………..12
- 3. 1. INTRODUCCIÒN Desde laantigüedad el hombre ha creado ideas y teorías filosóficas sobre el átomo, específicamente sobre la composición, estructura, naturaleza de sus partes y concepto; a tal grado que hoy en día existen estudios serios y profundos sobre tales temas, los que a continuación se abordan de forma breve. a. Concepto de átomo. La palabra átomo proviene del Latín atomus, y, básicamente, del griego átomos, así a = sin; no; negativo tomo = división; partir por lo que átomo significa indivisible (sin dividir; que no se puede partir); aunque hoy en día se sabe que el átomo si se puede dividir en partículas más pequeñas (sub-partículas), como el electrón, protón y neutrón. En la época antigua (460 a.C.), el griego Leucipo fue el primer hombre en preguntar se de que está formada la materia, y desde entonces muchos lo han hecho y han presentado sus respuestas al mundo; hoy sabemos que la materia si está formada por átomos, los cuales constituyen la unidad básica estructural de toda la materia. Sin embargo, recordemos que existen materia pura (elementos químicos) y materia compuesta (aire, alcohol, agua, sales, etc.), y que el átomo representa a la primera clase de materia y la molécula a la segunda, por lo que el concepto correcto de átomo es el siguiente: Lo de representativa significa que, mientras un átomo permanezca entero o completo entonces posee las propiedades químicas y físicas de la sustancia pura que representa; sobre lo de su tamaño pequeño, se dice que el átomo es tan extremadamente pequeño que en un milímetro de papel hay mil billones de átomos de Hidrogeno, Oxigeno y Carbono, unidos en moléculas, los cuales pueden verse de forma borrosa con un microscopio superpotente.
- 4. 2. LA TEORIADEL ATOMO Los filósofos griegos discutieron mucho sobre la naturaleza de la materia y concluyeron que el mundo era más sencillo de lo que parecía. En el siglo V a.C., Leucipo pensaba que sólo había un tipo de materia. Sostenía, además, que si dividíamos la materia en partes cada vez más pequeñas, acabaríamos encontrando una porción que no se podría seguir dividiendo. Un discípulo suyo, Demócrito, bautizó a estas partes indivisibles de materia con el nombre de átomos, término que en griego significa “que no se puede dividir”. Empédocles estableció que la materia estaba formada por 4 elementos: tierra, agua, aire y fuego. Aristóteles negó la existencia de los átomos de Demócrito y reconoció la teoría de los 4 elementos, que, gracias al prestigio que tenía, se mantuvo vigente en el pensamiento de la humanidad durante 2000 años. Hoy sabemos que aquellos 4 elementos iniciales no forman parte de los 106 elementos químicos actuales.
- 5. 3. EL ATOMOEN LA ANTIGÜEDAD Los filósofos griegos discutieron mucho acerca de la naturaleza de la materia y concluyeron que el mundo era más simple de lo que parecía. Algunas de sus ideas de LEUCIPO DEMÒCRITO En el siglo V a. C., Leucipo sostenía que había un sólo tipo de materia y pensaba que si dividíamos la materia en partes cada vez más pequeñas, obtendríamos un trozo que no se podría cortar más. Demócrito llamó a estos trozos átomos ("sin división"). La filosofía atomista de Leucipo y Demócrito podía resumirse en: 1.- Los átomos son eternos, indivisibles, homogéneos e invisibles. 2.- Los átomos se diferencian en su forma y tamaño. 3.- Las propiedades de la materia varían según el agrupamiento de los átomos. EMPÈDOCLES En el siglo IV a. C., Empédocles postuló que la materia estaba formada por 4 elementos: tierra, aire, agua y fuego. ARISTÒTELES Aristóteles, posteriormente, postula que la materia estaba formada por esos 4 elementos pero niega la idea de átomo, hecho que se mantuvo hasta 200 años después en el pensamiento de la humanidad. -AIRE -AGUA -TIERRA -FUEGO
- 6. mayor relevancia fueron: LATEÒRIA ATÒMICA DE DALTON En 1808, John Dalton publicó su teoría atómica, que retomaba las antiguas ideas de Leucipo y de Demócrito. Según la teoría de Dalton: 1.- Los elementos están formados por partículas diminutas, indivisibles e inalterables llamadas átomos. Dalton estableció un sistema para designar a cada átomo de forma que se pudieran distinguir entre los distintos elementos: 2.- Los átomos de un mismo elemento son todos iguales entre sí en masa, tamaño y en el resto de las propiedades físicas o químicas. Por el contrario, los átomos de elementos diferentes tienen distinta masa y propiedades. 3.- Los compuestos se forman por la unión de átomos de los correspondientes elementos según una relación numérica sencilla y constante. De la teoría atómica de Dalton se pueden obtener las siguientes definiciones: - Un átomo es la partícula más pequeña de un elemento que conserva sus propiedades. - Un elemento es una sustancia pura que está formada por átomos iguales. - Un compuesto es una sustancia que está formada por átomos distintos combinados en una relación numérica sencilla y constante. 4. EL ÀTOMO ES DIVISIBLE Una vez aceptada la teoría atómica de la materia, los fenómenos de electrización y electrólisis pusieron de manifiesto, por un lado, la naturaleza eléctrica de la materia y, por otro, que el átomo era divisible; es decir, que estaba formado por otras partículas fundamentales más pequeñas.
- 7. Los fenómenos eléctricosson una manifestación de su carga eléctrica. La unidad de carga eléctrica en el SI es el culombio (C). Hay 2 tipos de cargas eléctricas: positiva y negativa. dos cuerpos que hayan adquirido una carga del mismo tipo se repelen, mientras que si poseen carga de distinto tipo se atraen. La materia es eléctricamente neutra, es decir, tiene la misma cantidad de cada tipo de carga. cuando adquiere carga, tanto positiva como negativa, es porque tiene más cantidad de un tipo que de otro. A finales del siglo XIX y principios del XX, una serie de experimentos permitieron identificar las partículas responsables de la carga negativa (el electrón) y de la carga positiva (el protón). Estos experimentos proporcionaron los datos siguientes sobre la estructura de la materia: - El átomo contiene partículas materiales subatómicas. - Los electrones tienen carga eléctrica negativa y masa. Cada electrón posee una carga eléctrica elemental. - Los protones tienen carga eléctrica positiva y mayor masa. - Como el átomo es eléctricamente neutro, hay que suponer que el número de cargas eléctricas negativas (electrones) es igual al número de cargas positivas (protones). 5. MODELOS ÀTOMICOS. En Ciencia, un modelo intenta explicar una teoría mediante una comparación. Un modelo será tanto más perfecto cuanto más claramente explique los hechos experimentales. El modelo es válido mientras explica lo que ocurre en los experimentos; en el momento en que falla, hay que modificarlo. MODELO ATÒMICO DE THOMSON Por ser tan pequeña la masa de los electrones, el físico inglés J. J. Thomson supuso, en 1904, que la mayor parte de la masa del átomo correspondía a la carga positiva, que, por tanto, debía ocupar la mayor parte del volumen atómico. Thomson imaginó el átomo como
- 8. una especie deesfera positiva continua en la que se encuentran incrustados los electrones (como las pasas en un pudin). Este modelo permitía explicar varios fenómenos experimentales como la electrización y la formación de iones. - La electrización: Es el exceso o la deficiencia de electrones que tiene un cuerpo y es la responsable de su carga eléctrica negativa o positiva. - La formación de iones: Un ion es un átomo que ha ganado o ha perdido electrones. Si gana electrones tiene carga neta negativa y se llama anión y si pierde electrones tiene carga neta positiva y se llama catión.
- 9. MODELO ÀTOMICO DERUTHERFORD El modelo de Thomson tuvo una gran aceptación hasta que, en 1911, el químico y físico inglés Ernest Rutherford y sus colaboradores llevaron a cabo el "Experimento de Rutherford". Este experimento ofrecía unos resultados que no podían explicarse con el modelo de átomo que había propuesto Thomson y, por tanto, había que cambiar el modelo. En el experimento se bombardeaba una fina lámina de oro con partículas alfa (positivas) procedentes de un material radiactivo y se observaba que: - La mayor parte de las partículas alfa atravesaban la lámina sin cambiar de dirección, como era de esperar. - Algunas partículas alfa se desviaron considerablemente. - Unas pocas partículas alfa rebotaron hacia la fuente de emisión.
- 10. El Modelo atómicode Rutherford o modelo nuclear establece que: - El átomo tiene un núcleo central en el que están concentradas la carga positiva y casi toda la masa. - La carga positiva de los protones del núcleo se encuentra compensada por la carga negativa de los electrones, que están fuera del núcleo. - El núcleo contiene, por tanto, protones en un número igual al de electrones del átomo. - Los electrones giran a mucha velocidad alrededor del núcleo y están separados de éste por una gran distancia. LOS NEUTRONES La masa de protones y electrones no coincidía con la masa total del átomo; por tanto, Rutherford supuso que tenía que haber otro tipo de partículas subatómicas en el núcleo de los átomos. Estas partículas fueron descubiertas en 1933 por J. Chadwick. Al no tener carga eléctrica recibieron el nombre deneutrones. Los neutrones son partículas sin carga y de masa algo mayor que la masa de un protón.
- 11. ESTRUCURA DEL ÀTOMO Segúnesto, el átomo quedó constituido así: - Una zona central o NÚCLEO donde se encuentra la carga total positiva (la de los protones) y la mayor parte de la masa del átomo, aportada por los protones y los neutrones. - Una zona externa o CORTEZA donde se hallan los electrones, que giran alrededor del núcleo. Hay los mismos electrones en la corteza que protones en el núcleo, por lo que el conjunto del átomo es eléctricamente neutro. 6. IDENTIFICACIÒN DE LOS ÀTOMOS Los átomos se identifican por el número de protones que contiene su núcleo, ya que éste es fijo para los átomos de un mismo elemento. Por ejemplo: Todos los átomos de hidrógeno tienen 1 protón en su núcleo, todos los átomos de oxígeno tienen 8 protones en su núcleo, todos los átomos de hierro tienen 26 protones en su núcleo, ..., y esto permite clasificarlos en la tabla periódica por orden creciente de este número de protones. Número atómico: Es el número de protones de un átomo. Se representa con la letra Z y se escribe como subíndice a la izquierda del símbolo del elemento: ZX. Ejemplos: 1H, 8O, 26Fe. Número másico: Es la suma del número de protones y del número de neutrones de un átomo. Se representa con la letra A y se escribe como superíndice a la izquierda del símbolo del elemento: AX. Ejemplos: 1H, 8O, 26Fe. De esta manera se pueden identificar el número y tipo de partículas de un átomo:
- 12. 31H -----> Esteátomo tiene Z = 1 y A = 3. Por tanto, tiene 1 protón, 3 - 1 = 2 neutrones y, como es neutro, tiene 1 electrón. Si tenemos un ion habrá que sumar o restar electrones a los que tendría si el átomo fuese neutro. - Si es un catión habrá perdido electrones y hay que restar el número que aparezca con la carga positiva: 2512Mg+2 -----> Este átomo tiene Z = 12 y A = 25. Por tanto, tiene 12 protones, 25 - 12 = 13 neutrones y, al ser positivo, tendrá 2 electrones menos de los que tendría neutro: 12 - 2 = 10 electrones. - Si es un anión habrá ganado electrones y hay que sumar el número que aparezca con la carga negativa: 199F-1 -----> Este átomo tiene Z = 9 y A = 19. Por tanto, tiene 9 protones, 19 - 9 = 10 neutrones y, al ser negativo, tendrá 1 electrón más de los que tendría si fuese neutro: 9 + 1 = 10 electrones. ISÒTOPOS A comienzos del siglo XX se descubrió que no todos los átomos de un mismo elemento tenían la misma masa. Es decir, el número de neutrones puede variar para átomos del mismo elemento. Los isótopos son átomos de un mismo elemento que tienen igual número atómico, pero distintos números másicos. Es decir, tienen el mismo número de protones pero distinto número de neutrones. Ejemplo: El elemento hidrógeno, cuyo número atómico es 1 (es decir, que posee un protón en el núcleo), tiene 3 isótopos en cuyos núcleos existen 0, 1 y 2 neutrones, respectivamente.
- 13. 7. MASA ATÒMICARELATIVA La masa atómica relativa de un elemento es la que corresponde a uno de sus átomos y equivale prácticamente a la suma de las masas de sus protones y neutrones, ya que la de los electrones es tan pequeña que puede despreciarse. Así, la mayor parte de la masa del átomo se encuentra en el núcleo. Como la unidad de masa en el SI, el kilogramo, es demasiado grande se ha buscado una unidad del tamaño de los átomos de la siguiente forma: - Se ha escogido el átomo de carbono-12 (12C) como átomo de referencia. - Se le ha asignado una masa de 12 u.m.a. (unidades de masa atómica), ya que tiene 6 protones y 6 neutrones. - La unidad de masa atómica (uma) es la 1/12 parte de la masa del átomo de carbono-12. La masa de un átomo medida por comparación con la masa del carbono-12 se llama masa atómica. Se encuentra recogida en la tabla periódica su valor para cada elemento. ISÒTOPOS Y MASA ATÒMICA Como hemos visto, no todos los átomos de un mismo elemento son exactamente iguales. La mayoría de los elementos tienen diferentes isótopos y esto hay que tenerlo en cuenta para calcular la masa atómica. La masa atómica de un elemento es la media ponderada de sus isótopos (Por eso, la masa atómica de un elemento no es un número entero). Ejemplo: El cloro tiene 2 isótopos, 35 17Cl y 37 17Cl, que se presentan en la naturaleza con una abundancia del 75,5 % y del 24,5 %, respectivamente. La masa atómica del cloro será la media ponderada: 35 · 75,5/100 + 37 · 24,5/100 = 35,5 uma. 8. EL MODELO ATÒMICO DE BOHR Para solucionar los problemas planteados, el físico danés Niels Bohr formuló, en 1913, una hipótesis sobre la estructura atómica. Sus postulados eran: 1) El electrón sólo se mueve en unas órbitas circulares "permitidas" (estables) en las que no emite energía. El electrón tiene en cada órbita una determinada energía, que es tanto mayor cuanto más alejada esté la órbita del núcleo. 2) La emisión de energía se produce cuando un electrón salta desde un estado inicial de mayor energía hasta otro de menor energía.
- 14. LA DISRTIBUCIÒN DEELECTRONES Con el modelo atómico de Bohr sólo se podía explicar el espectro del átomo de hidrógeno. Hacia 1920 se introdujeron modificaciones y se desarrollaron nuevos modelos atómicos. De acuerdo con este nuevo modelo, alrededor del núcleo hay capas o niveles de energía: - En la primera capa se sitúan, como máximo, 2 electrones. - En la segunda capa se sitúan, como máximo, 8 electrones. - En la tercera capa se sitúan, como máximo, 18 electrones. La distribución por capas de los electrones de un átomo de un elemento se conoce como estructura o configuración electrónica del elemento. Ejemplos: 2He Tiene sólo 2 electrones. Se sitúan en la primera capa. Se representa como (2). Las capas se colocan entre paréntesis y se separan por comas. 10Ne -> (2,8) 18Ar -> (2,8,8) 11Na -> (2,8,1) 15P -> (2,8,5) A los electrones que están situados en la última capa se les denomina electrones de valencia y, al nivel que ocupan, capa de valencia. Estos electrones son los responsables de las propiedades químicas de las sustancias.