Teorías atómicas de la materia

Átomo es la porción más pequeña de la materia. El primero en utilizar este término fue Demócrito (filósofo griego, del año 500 a.de C.), porque creía que todos los elementos estaban formados por pequeñas partículas INDIVISIBLES. Átomo, en griego, significa INDIVISIBLE. Es la porción más pequeña de la materia.

TEORÍA DE DALTON

En 1808, John Dalton retoma las antiguas ideas de Leucipo y de Demócrito y publica su teoría atómica; en dicha teoría sugiere:

Postulados:

1. Los elementos están formados por partículas discretas, diminutas, e indivisibles llamadas átomos, que permanecen inalterables en cualquier proceso químico.

2. Los átomos de un mismo elemento son todos iguales entre sí en masa, tamaño y en cualquier otra propiedad física o química.

3. En las reacciones químicas, los átomos ni se crean ni se destruyen, solo cambian su distribución.

4. Los compuestos químicos están formados por "átomos de compuesto" (moléculas), todos iguales entre sí; es decir, cuando dos o más átomos de diferentes elementos se combinan para formar un mismo compuesto lo hacen siempre en proporciones de masa definidas y constantes.

De la teoría atómica de Dalton destacamos las siguientes definiciones:

• Un Átomo es la partícula más pequeña de un elemento que conserva sus propiedades.• Un Elemento es una sustancia que está formada por átomos iguales.• Un Compuesto es una sustancia fija que está formada por átomos distintos combinados

en proporciones fijas.

MODELO ATÓMICO DE THOMSON

J. J. Thomson realizó experiencias con rayos catódicos y demostró que estos rayos se desviaban también en un campo eléctrico y eran atraídos por el polo positivo, lo que probaba que eran cargas eléctricas negativas. Calculó también la relación entre la carga y la masa de estas partículas.

Para este cálculo realizó un experimento: hizo pasar un haz de rayos catódicos por un campo eléctrico y uno magnético. Cada uno de estos campos, actuando aisladamente, desviaba el haz de rayos en sentidos opuestos. Si se dejaba fijo el campo eléctrico, el campo magnético podía variarse hasta conseguir que el haz de rayos siguiera la trayectoria horizontal original; en este momento las fuerzas eléctricas y magnética eran iguales y, por ser de sentido contrario se anulaban. El segundo paso consistía en eliminar el campo magnético y medir la desviación sufrida por el haz debido al campo eléctrico. Resulta que los rayos catódicos tienen una relación carga a masa más de 1.000 veces superior a la de cualquier ion.

Esta constatación llevó a Thomson a suponer que las partículas que forman los rayos catódicos no eran átomos cargados sino fragmentos de átomos, es decir, partículas subatómicas a las que llamó electrones.

Joseph Thomson (1.856-1.940) partiendo de las informaciones que se tenían hasta ese momento presentó algunas hipótesis en 1898 y 1.904, intentando justificar dos hechos:

La materia es eléctricamente neutra, lo que hace pensar que, además de electrones, debe de haber partículas con cargas positivas.

Los electrones pueden extraerse de los átomos, pero no así las cargas positivas.

Propuso entonces un modelo para el átomo en el que la mayoría de la masa aparecía asociada con la carga positiva (dada la poca masa del electrón en comparación con la de los átomos) y suponiendo que había un cierto número de electrones distribuidos uniformemente dentro de esa masa de carga positiva (como una especie de pastel o calabaza en la que los electrones estuviesen incrustados como si fueran trocitos de fruta o pepitas).

Fue un primer modelo realmente atómico, referido a la constitución de los átomos, pero muy limitado y pronto fue sustituido por otros.

Según el modelo de Thomson el átomo consistía en una esfera uniforme de materia cargada positivamente en la que se hallaban incrustados los electrones de un modo parecido a como lo están las semillas en una sandía. Este sencillo modelo explicaba el hecho de que la materia fuese eléctricamente neutra, pues en los átomos de Thomson la carga positiva era neutralizada por la negativa. Además los electrones podrían ser arrancados de la esfera si la energía en juego era suficientemente importante como sucedía en los tubos de descarga.

TEORÍA ATÓMICA DE RUTHERFORD

Rutherford abandonó el antiguo modelo y sugirió un átomo nuclear, un átomo que posee dos zonas muy separadas:

• En la zona central o núcleo se encuentra la carga total positiva (protones) y la mayor parte de la masa del átomo aportada por los protones y los neutrones.

• En la zona externa o corteza del átomo se hallan los electrones, que ocupan casi todo el volumen atómico y una pequeñísima parte de la masa del átomo.

Un átomo que tiene un núcleo central en el cual la carga positiva y la masa están concentradas. La carga positiva de los protones está compensada con la carga negativa de los electrones que se hallan fuera del núcleo. El núcleo contiene, por tanto, protones en un número igual al de electrones del átomo, más los neutrones necesarios para justificar la masa del átomo.

MODELO ATÓMICO DE BOHRModel Uno de los modelos propuestos para la estructura del átomo es el modelo de Bohr, que sugiere que los electrones se disponen en capas o niveles de energía a considerable distancia del núcleo y que giran alrededor de éste, como los planetas lo hacen alrededor del sol. Esta disposición se llama configuración electrónica. Los electrones no se disponen de cualquier modo, sino que en cada capa hay un número determinado de ellos. La primera capa (n = 1) se completa con dos electrones, la segunda y la tercera (n = 2) y (n = 3) se completan con 8 electrones cada una; la cuarta capa (n = 4) con 18 electrones y así siguiendo hasta la capa (n = 7). En la siguiente figura se representa la estructura de un átomo del elemento nitrógeno. Como los átomos son especies eléctricamente neutras, el número de electrones (cargados negativamente) es igual al número de protones (partículas positivas que se encuentran en el núcleo atómico). A este número se lo llama número atómico y se lo representa con la letra Z. El número de protones de un átomo determina su identidad; por ejemplo, el elemento con número atómico 6 es el carbono, mientras que si este número es 7, el elemento es nitrógeno. Los electrones de la última capa determinan las propiedades químicas y el comportamiento de cada elemento. El número de protones más el número de neutrones que se encuentran en el núcleo se llama número másico (A) y es una indicación de la masa del elemento.

El átomo de nitrógeno (Z=2) según el modelode Bohr. Los 2 electrones se encuentran en órbitas "cuantizadas" girando a considerable distancia del núcleo formado por 2 protones y 2 electrones.

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/atomo/modelos.htm

Isótopos, número atómico y número másico

Los átomos están formados por un núcleo (formado por protones y neutrones), de tamaño reducido y cargado positivamente, rodeado por una nube de electrones, que se encuentran en la corteza.

El número de protones que existen en el núcleo, es igual al número de electrones que lo rodean. Este número es un entero, que se denomina número atómico y se designa por la letra, "Z".

La suma del número de protones y neutrones en el núcleo se denomina número másico del átomo y se designa por la letra, "A".

El número de neutrones de un elemento químico se puede calcular como A-Z, es decir, como la diferencia entre el número másico y el número atómico.

No todos los átomos de un elemento dado tienen la misma masa. La mayoría de los elementos tiene dos ó más isótopos, átomos que tienen el mismo número atómico, pero diferente número másico. Por lo tanto la diferencia entre dos isótopos de un elemento es el número de neutrones en el núcleo. En un elemento natural, la abundancia relativa de sus isótopos en la naturaleza recibe

el nombre de abundancia isotópica natural. La denominada masa atómica de un elemento es una media de las masas de sus isotópos naturales ponderada de acuerdo a su abundancia relativa.

A = masa atómica del elemento natural

Ai = masa atómica de cada isótopo

xi = porcentaje de cada isótopo en la mezcla

La nube de carga electrónica constituye casi todo el volumen del átomo, pero, sólo representa una pequeña parte de su masa. Los electrones, particularmente la masa externa determinan la mayoría de las propiedades mecánicas, eléctricas, químicas, etc., de los átomos, y así, un conocimiento básico de estructura atómica es importante en el estudio básico de los materiales de ingeniería.

Veamos una serie de ejemplos

Para el carbono Z=6. Es decir, todos los átomos de carbono tienen 6 protones y 6 electrones.

El carbono tiene dos isótopos: uno con A=12, con 6 neutrones y otro con número másico 13 (7 neutrones), que se representan como:

El carbono con número másico 12 es el más común (~99% de todo el carbono). Al otro isótopo se le denomina carbono-13.

El hidrógeno presenta tres isótopos, y en este caso particular cada uno tiene un nombre diferente

hidrógeno deuterio tritio

La forma más común es el hidrógeno, que es el único átomo que no tiene neutrones en su núcleo.

Otro ejemplo son los dos isótopos más comunes del uranio:

los cuales se denominan uranio-235 y uranio-238.

En general las propiedades químicas de un elemento están determinadas fundamentalmente por los protones y electrones de sus átomos y en condiciones normales los neutrones no participan en los cambios químicos. Por ello los isótopos de un elemento tendrán un comportamiento químico similar, formarán el mismo tipo de compuestos y reaccionarán de manera semejante.

ACTIVIDADES

1. El hierro tiene de número atómico 26 y de número másico 55. Las partículas del átomo neutro son:

a. Número de protones 26.b. Número de electrones 26.c. Número de neutrones 29.

2. El plomo (Pb) tiene de número atómico (Z) 82 y de número másico (A) 207. Las partículas del átomo neutro son:

a. Número de protones 82.b. Número de electrones 82.c. Número de neutrones 125.

3. El Cs (cesio) tiene Z=55 y A=132. Las partículas del átomo neutro son:a. Número de protones 55.b. Número de electrones 55.c. Número de neutrones 77.

1. Un átomo tiene 12 protones, 12 electrones y 13 neutrones. Indica su Nº atómico y su Nº másico. Busca su símbolo y haz una representación del átomo.

2. Distribuye, adecuadamente, los electrones de la corteza para los átomos siguientes: Z= 12 ; Z=30

3. A) ¿Cómo se llaman las partículas que forman la materia y a su vez, qué partículas las constituyen?

4. Completa (indicando las operaciones en el caso que sea necesario):

ÁTOMO O IÓN Nº PROTONES Nº ELECTRON Nº NEUTRON

C

Cl

Mg