atomo en química y física, átomo (del latín atomus, y éste del griego άτομος,...
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ATOMOATOMO
En En químicaquímica y y físicafísica, , átomoátomo (del (del latínlatín atomusatomus, y éste del , y éste del griegogriego άτομοςάτομος, , indivisibleindivisible) es la unidad más pequeña ) es la unidad más pequeña de un de un elemento químicoelemento químico que que mantiene su identidad o sus mantiene su identidad o sus propiedades y que no es posible propiedades y que no es posible dividir mediante procesos dividir mediante procesos químicosquímicos..
AtomoAtomo
Particle Location WeightCharg
e
Proton Nucleus 1.0073 amuPositiv
e
Neutron Nucleus 1.0087 amu Neutral
Electrons
Electron Cloud
0.000549 amu
Negative
El El estado de la materiaestado de la materia o o número de número de oxidaciónoxidación se define como la suma de se define como la suma de cargascargas positivas y negativas de un positivas y negativas de un átomoátomo
Los Los protonesprotones de un átomo tienen carga de un átomo tienen carga positiva positiva
Los electrones de un átomo tienen carga Los electrones de un átomo tienen carga negativanegativa
CATIONESCATIONES
Si el átomo cede un electrón (-) y las cargas Si el átomo cede un electrón (-) y las cargas positivas de los protones (+) no son positivas de los protones (+) no son compensadas se obtiene un compensadas se obtiene un ionion con carga con carga positiva (positiva (catióncatión) )
AA++ y se dice que es un ion monopositivo; su y se dice que es un ion monopositivo; su estado de oxidación es de 1+. estado de oxidación es de 1+.
ANIONESANIONES
Si el átomo acepta un electrón (-) y los Si el átomo acepta un electrón (-) y los protones (+) no compensan la carga de los protones (+) no compensan la carga de los electrones, obteniéndose un ion mononegativo(electrones, obteniéndose un ion mononegativo(aniónanión), A), A--. .
El estado de oxidación de los iones se indica El estado de oxidación de los iones se indica mediante un superíndice después del símbolo mediante un superíndice después del símbolo del elemento, como ya se ha visto en Fedel elemento, como ya se ha visto en Fe3+3+, o , o por ejemplo, en el oxígeno (II), Opor ejemplo, en el oxígeno (II), O2-2-. .
ElementoElemento
El término El término elemento químicoelemento químico hace hace referencia a una clase de referencia a una clase de átomosátomos, todos , todos ellos con el mismo número de ellos con el mismo número de protonesprotones en en su su núcleonúcleo. .
El número de protones en el núcleo El número de protones en el núcleo determina las propiedades químicas del determina las propiedades químicas del átomo y qué átomo y qué elemento químicoelemento químico es. es.
El número atómico de un elemento indica El número atómico de un elemento indica el número de protones de su núcleo el número de protones de su núcleo
MOLÉCULAMOLÉCULA
En En químicaquímica, una , una moléculamolécula es una es una partícula formada por un conjunto de partícula formada por un conjunto de átomos ligados por enlaces átomos ligados por enlaces covalentes o metálicos covalentes o metálicos
(en el caso del enlace iónico no se (en el caso del enlace iónico no se consideran moléculas, sino redes consideran moléculas, sino redes cristalinas) cristalinas)
Enlace Covalente Enlace Covalente los electrones de enlace son los electrones de enlace son
compartidos por ambos átomos. compartidos por ambos átomos.
Estructura NuclearEstructura Nuclear
La estructura nuclear de un átomo La estructura nuclear de un átomo específico se define por el número de específico se define por el número de protones (Z) lo cual define el protones (Z) lo cual define el elemento.elemento.
El número de neutrones (N) define el El número de neutrones (N) define el isótopo de ese elemento.isótopo de ese elemento.
Para un átomo dado, la suma de Para un átomo dado, la suma de protones y neutrones nos da la masa protones y neutrones nos da la masa atómica (A). atómica (A).
12Masa atómica(del núcleo)
6
Para que el átomo sea neutro
protones= electrones
Número atómico
GRUPOSGRUPOS A las columnas verticales de la Tabla Periódica se A las columnas verticales de la Tabla Periódica se
las conoce como las conoce como gruposgrupos. . Todos los elementos que pertenecen a un grupo Todos los elementos que pertenecen a un grupo
tienen la misma tienen la misma valenciavalencia, y por ello, tienen , y por ello, tienen características o propiedades similares entre si.características o propiedades similares entre si.
Por ejemplo los elementos en el grupo Por ejemplo los elementos en el grupo IAIA tienen tienen valencia de 1 (un electrón su último valencia de 1 (un electrón su último nivel de energíanivel de energía) y todos tienden a perder ese ) y todos tienden a perder ese electrón al enlazarse como iones positivos de +1. electrón al enlazarse como iones positivos de +1.
Los elementos en el último grupo de la derecha Los elementos en el último grupo de la derecha son los Gases Nobles, los cuales tienen su último son los Gases Nobles, los cuales tienen su último nivel de energía lleno (regla del octeto) y por ello nivel de energía lleno (regla del octeto) y por ello son todos extremadamente no-reactivos.son todos extremadamente no-reactivos.
ISÓTOPOSISÓTOPOS
La palabra La palabra isótopoisótopo, del idioma , del idioma griego "en el mismo sitio", se usa griego "en el mismo sitio", se usa para indicar que todos los isótopos para indicar que todos los isótopos de un mismo elemento se de un mismo elemento se encuentran en el mismo sitio de la encuentran en el mismo sitio de la tabla periódicatabla periódica. .
Ej.: el 99% del carbono tiene 6 protones y 6 neutrones (12C, ligero y abundante), el otro 1% tiene 7 neutrones (13C, pesado)
En la naturaleza el ELEMENTO carbono En la naturaleza el ELEMENTO carbono se presenta como una mezcla de tres se presenta como una mezcla de tres isótopos con números de masa 12, 13 y isótopos con números de masa 12, 13 y 14: 14: 1212C, C, 1313C y C y 1414C. Sus abundancias C. Sus abundancias respecto a la cantidad global de carbono respecto a la cantidad global de carbono son respectivamente: 98,89%, 1,11% y son respectivamente: 98,89%, 1,11% y trazas. trazas.
• Los Los elementoselementos están formados por están formados por mezclas de átomosmezclas de átomos que contienen diferentes números de que contienen diferentes números de neutronesneutrones y por y por tanto diferentes masas.tanto diferentes masas.
• Las diferencias radica en sus Las diferencias radica en sus núcleos núcleos (protones + (protones + neutrones) neutrones)
• Los átomos que tienen el mismo número de protones Los átomos que tienen el mismo número de protones pero diferente número de neutrones se conocen como pero diferente número de neutrones se conocen como ISOTOPOSISOTOPOS..
• Las masas de estas mezclas isotópicas (pesos atómicos) Las masas de estas mezclas isotópicas (pesos atómicos) nos darán la masa del elemento (C = 12,01115).nos darán la masa del elemento (C = 12,01115).
•La estabilidad de un núcleo puede expresarse en términos de la energía de
amarre nuclear, que es la energía que hay que suministrarle al núcleo para disociarlo completamente, separando entre sí todos
sus protones y neutrones.
Para que ocurra el proceso de desintegración la masa del núcleo
original debe ser suficiente como para dar lugar a la formación de núcleos
producto y la energía de amarre nuclear original debe ser mas baja que la energía de amarre de los nucleos productos. Si esta condición no se cumple, el proceso no puede ocurrir espontáneamente y se dice que el núcleo es estable contra la
desintegración.
Los protones y los neutrones pueden migrar por todo el interior de un núcleo.
Por lo tanto, se puede considerar la probabilidad de que un protón o neutrón dado, se encuentre en una
cierta región.
Hay una chance minúscula de que un compuesto formado por dos protones y dos neutrones
(una partícula alfa) pueda emigrar hacia el exterior del núcleo. Hay mayor chance de que ésto ocurra en
un núcleo grande que en uno pequeño.
Esta partícula alfa estará libre de la fuerza fuerte residual que la mantenía atrapada en el interior del núcleo y, del mismo modo que un resorte, liberado
repentinamente, la partícula alfa cargada se "lanzará" fuera del núcleo.
Las partículas alfa pueden ser detenidas por medio de una hoja de papel; las
partículas beta por aluminio; y la radiación gama con un bloque de plomo
¿Qué es un isótopo?¿Qué es un isótopo?
6+6±
6ê
•Inestables o Radioactivos
•Estables12C13CPesado
Ligero
¿Cómo los medimos?
IonizaciónAceleración
electromagneto
a bomba devacío
Deflexión
Detección
Vaporizado demuestra
Amplificador
Registrador
Estos isótopos son normalmente reportados como valores “delta” () en partes por mil (‰):
‰ = (Rmuestra/Restándar - 1)1000
“R” es la relación del isótopo pesado al ligero en la muestra y el estándar de composición conocida.
Ej. de estándares: PDB (Pee Dee Belemnite) para carbono; SMOW ("Standard Mean Ocean Water" para oxígeno e hidrógeno; AIRE atmosférico para nitrógeno; CDT (Cañon Diablo Troilite) para azufre.
Un valor positivo significa que la muestra contiene más del isótopo pesado que el estándar; p.e. un 15N de +30‰ significa que hay 30 partes-por-mil o 3% mas de 15N en la muestra en relación al estándar
El uso de la isotopía estable se ha convertido en una herramienta estándar en múltiples estudios de diversas disciplinas, en particular en:
•ciencias de la tierra •del mar y •del ambiente
Los isótopos de un elemento tienen ligeras diferencias en sus propiedades físico-químicas debido a sus diferencias de masas; en particular, los elementos de bajo peso atómico (p.e. CHONS).
Principios básicos
Estas diferencias son suficientes para que muchos procesos físicos, químicos y biológicos “fraccionenfraccionen” o cambien la proporción relativa de los isótopos (efectos de rxn de equilibrio, de rxn cinéticas y procesos de difusión) dejando una “firma distintiva” del proceso o reacción.
Velocidad de rxn del isótopo pesado es mas baja que la del isótopo ligero. Resultado: hay un enriquecimiento del isótopo pesado en los reactivos (sustrato) y enriquecimiento del isótopo ligero en el producto.
En general, reacciones lentas muestran más grande fraccionación que las procesos más rápidos debido a que el organismo tiene tiempo para ser más selectivo.
Los procesos biológicos, generalmente unidireccionales, son excelentes ejemplos de fraccionamiento isotópico por rxn cinética.
Los isótopos mas pesados serán enriquecidos:
•en los compuestos con mas alto nivel de oxidación, por ejemplo: 34Ssulfato>34Ssulfuro
•en la fase mas densa del mismo compuesto,por ejemplo:
18Osólido>18Olíquido>18Ovapor
El avance logrado en la tecnología de la El avance logrado en la tecnología de la espectrometría de masasespectrometría de masas permite hoy permite hoy en día analizar las pequeñas variaciones en día analizar las pequeñas variaciones naturales con extremada exactitud y naturales con extremada exactitud y precisiónprecisión
Variaciones en la abundancia de isotopos estables entre diferentes
compuestos. El enlace químico es mas fuerte en El enlace químico es mas fuerte en
moléculas con isótopos mas pesados.moléculas con isótopos mas pesados. moléculas mas dificiles de romper moléculas mas dificiles de romper ( Fraccionacion cinetica)( Fraccionacion cinetica)Diferencias en las propiedades físicas de Diferencias en las propiedades físicas de
las moleculas con isotopos mas pesados.las moleculas con isotopos mas pesados.Fraccionacion difusivaFraccionacion difusivaFraccionacion en equilibrio.Fraccionacion en equilibrio.
En la fraccionación cinética, la tasa de una reacción enzimatica es más rápida con substratos que contienen la forma isotópica mas ligera que en reacciones que involucran la forma isotópica mas pesada.
Como consecuencia, habrá diferencias en las abundancias de los isótopos estables entre substratos y productos.
Estas diferencias ocurrirán a menos que todo el substrato sea consumido. En este caso no habría diferencia en la composición isotópica del substrato y del producto.
Expression of a significant kinetic fractionation in most biological reactions involves substrates at branch points in metabolism, such as the initial fixation of CO2 in photosynthesis.
when the reaction rate of one isotope of an element is greater than that of the other isotopes, we say that there has been an isotopic
discrimination
For example for carbon the source is usually atmospheric CO2. If the delta value of atmospheric CO2 is -8‰, and C, as it occurs
subsequently as starch inside a leaf is -28‰, then a discrimination of 20‰ has occurred