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NATURALEZA DE LOS ATOMOS

JORGE ESNEIDER DURAN VILLALOBOS 21131123704 ING. ALFONSO SOLANO CARRASCAL

UNIVERSIDAD ANTONIO NARIÑO INGENIERIA ELECTROMECANICA 18 DE SEPTIEMBRE 2014

INTRODUCCION

Todos los cuerpos que nos rodean, sean vivientes o no vivientes son materiales, es decir, el espacio que ocupan, espacio dado por su volumen, es llenado por la materia. Dicho de otro modo, la materia es el constituyente universal de todos los cuerpos. Además de ocupar un volumen la materia tiene otras propiedades, tales como, masa, energía, presión, temperatura, densidad, etc. Debe admitirse, sin embargo, la existencia de una enorme variedad de especies materiales diferentes, dadas las diferencias en propiedades, estructura y composición química que se observa en la gran variedad de cuerpos existentes. En efecto, los diferentes cuerpos son mezclas de diferentes especies materiales, identificables por medio del análisis químico. Dichas especies materiales son las substancias químicas. Por ejemplo, el nitrógeno, el oxígeno, el argón, el dióxido de carbono, el agua (vapor), etc. son sustancias gaseosas que se encuentran mezcladas en el aire. Una de las preocupaciones de los químicos es la de conocer la composición química de los cuerpos, así como, la composición, estructura y propiedades de todas las substancias químicas, pues de tales conocimientos dependerá su aprovechamiento. La composición y estructura de las sustancias químicas se investiga, en la actualidad, empleando técnicas físico-químicas de análisis.

NATURALEZA DE LOS ATOMOS

MODELO ATÓMICO DE THOMSON Al final del s. XIX los experimentos realizados sobre la conducción de la electricidad por los gases, dieron como resultado el descubrimiento de una extraña luz que procedente del polo negativo, o cátodo (de ahí el nombre de "rayos catódicos"), llenaba los tubos cuando eran sometidos a voltajes elevados. Diversos experimentos revelaron que la naturaleza de esa luz era muy distinta a la del sol. Thomson demostró en 1897 que estaba formada por pequeñas partículas con masa y carga negativa que fueron bautizadas con el nombre de electrones. Los electrones saltan de los átomos del gas que llena el tubo cuando es sometido a descargas eléctricas. Los átomos, por tanto, no eran indivisibles. J. Thomson propone entonces el primer modelo de átomo: Los electrones (pequeñas partículas con carga negativa, en verde en el dibujo) se encuentran incrustados en una masa de carga positiva (fondo azul). La carga positiva la compensa exactamente la negativa de los electrones siendo el átomo

MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD E. Rutherford realiza en 1911 un experimento crucial con el que se trataba de comprobar la validez del modelo atómico de Thomson.

Las partículas alfa se hacen incidir sobre una lámina de oro muy delgada. Tras atravesar la lámina las partículas α chocan contra una pantalla, produciéndose un chispazo. De esta forma era posible observar si las partículas sufrían alguna desviación al atravesar la lámina.  La mayor parte de las partículas atravesaban la lámina de oro sin sufrir ninguna desviación.  Muy pocas (una de cada 10.000 aproximadamente) se desviaba un ángulo mayor de 10 (trazo a rayas)  En rarísimas ocasiones las partículas α rebotaban (líneas de puntos)

La interpretación dada por Rutherford fue la siguiente: Si el modelo atómico propuesto por Thomson fuera cierto las partículas no podrían atravesar el átomo. Por ello propone un nuevo modelo que explique los resultados obtenidos. Para que las partículas se desvíen deben encontrar en su trayectoria una zona (núcleo) en la que se concentre carga de signo positivo y cuya masa sea comparable o mayor a la de las partículas α La zona en la que se concentra la masa y la carga positiva debería de ser muy pequeña comparada con la totalidad del átomo y los electrones giran en círculos alrededor del núcleo.

MODELO ATÓMICO DE BOHR En 1913, el físico danés, Niels Bohr propuso un nuevo modelo atómico, según el cual los electrones giran alrededor del núcleo en órbitas o niveles de energía.

En el centro del núcleo se encuentra la carga positiva y prácticamente toda la masa y los electrones giran alrededor de él en orbitas circulares, pero sólo algunas orbitas están permitidas y en ellas giran un número determinado de electrones.  En la primera orbita giran 2 electrones  En la segunda orbita giran 8 electrones  En la tercera orbita giran 17 electrones.

MODELO ATÓMICO ACTUAL

James Chadwick (1891 - 1974) comprobó experimentalmente la existencia de otras partículas, los neutrones. Estas partículas, efectivamente carecían de carga y poseían una masa ligeramente superior a la del protón. El núcleo es la zona central del átomo, compuesta por protones y neutrones. La corteza la forman los electrones que giran alrededor del núcleo.  El átomo consta de un núcleo positivo y una corteza donde se sitúan los electrones.  En el núcleo del átomo se localizan protones y neutrones y por tanto se concentra casi toda la masa.  En la corteza se hallan los electrones, en un número igual a los protones del núcleo. Los electrones giran en unas zonas a las que llamamos orbitales.

PARTICULAS FUNDAMENTALES DE LA MATERIA

NÚMERO ATÓMICO Y NÚMERO MÁSICO Se define número atómico como el número de protones que tiene un átomo. Se representa por la letra Z Se define número másico como la suma del número de protones y neutrones que tiene un átomo. Se representa por la letra A. El número atómico y el número másico caracterizan cada átomo de un elemento ya que el núcleo de un átomo es invariable.

El número atómico (Z) indica la cantidad de protones que posee un átomo. El número másico (A) corresponde a la suma de la cantidad de protones y neutrones de un átomo. Como los átomos son eléctricamente neutros en condiciones naturales, el Z también indica la cantidad de electrones que posee el átomo. Los átomos de los elementos químicos se identifican por el número de protones que contiene su núcleo, ya que es un número fijo para cada elemento. Por tanto, lo que distingue a unos elementos químicos de otros es el número de protones que tienen sus átomos en el núcleo.

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, etc. El número de protones en el núcleo del átomo de un elemento se denomina número atómico o “ Z ” . En el sistema periódico el número atómico va aumentando en una unidad al pasar de un elemento al siguiente, lo cual permite ordenar de forma creciente los elementos por el número de protones en su núcleo, y por tanto, por su masa atómica.

MASA DE UN ÁTOMO La masa de un átomo es la suma de la masa de las partículas que lo forman, es decir la suma de la masa de los neutrones, protones y electrones. Los protones y neutrones son 1000 veces más grande que los electrones, por lo que podemos considerar la contribución de estas últimas despreciables. Así pues, la masa del átomo es igual a la suma de la masa de protones y neutrones. ISÓTOPOS Todos los átomos de un elemento no son iguales, tienen el mismo nº de protones pero no el mismo nº de neutrones. Se llaman Isótopos a los átomos de un mismo elemento que tienen el mismo nº atómico pero diferente nº másico

ESTRUCTURA ELECTRÓNICA DE LOS ELEMENTOS El modelo atómico de orbitales se basa en las ideas expuestas especialmente por el austriaco Schrödinger y el alemán Heisenberg. El electrón se mueve alrededor del núcleo en una zona llamada orbital atómico. Hay varias clases de orbitales que se diferencian en su forma y orientación en el espacio. Podemos distinguir entre orbitales “s”, “p”, “d” y “f” en los que pueden moverse un número concreto de electrones. En el orbital s solo entran 2 electrones, en el orbital p entran 6 electrones, en el orbital d entran 10 electrones y en el f 14 electrones. Además encada capa de la corteza existen un número determinado de orbitales. Llamamos configuración electrónica de un elemento a la distribución de los electrones en los distintos orbitales de la corteza. El orden de llenado de los orbitales no es aleatorio, sino que los electrones van ocupando primeros aquellos que están situados más cercanos al núcleo porque tienen menos energía. El esquema de llenado de los electrones en la corteza sigue el siguiente esquema: Las propiedades químicas de los elementos dependen de la distribución de los electrones en la corteza. Aunque los conocimientos actuales sobre la estructura electrónica de los átomos son bastante complejos, las ideas básicas son las siguientes:

El modelo atómico de Bohr y posteriores establecen que los electrones de la corteza se localizan en capas o niveles de energía. Estos niveles de energía se numeran del 1 al 7 por orden creciente de la energía que tienen los electrones en dicho nivel, y por distancia al núcleo del átomo. El nivel 1 es el más interno y menos energético. El nivel 7 es el más externo, y más energético. Cada uno de estos niveles puede contener a su vez varios subniveles energéticos que se designan con las letras s, p, d y f.

IONES

En situación normal, la materia es neutra, y sus átomos presentan el mismo número de protones que de electrones. Sin embargo, en determinadas circunstancias, los átomos pueden cargarse formando iones. La electrización del átomo puede ser positiva, dando lugar a cationes (iones positivos), o negativa, produciendo aniones (iones negativos). ¿Cómo se forma un ion? En el átomo, los protones están muy fuertemente ligados al núcleo, mientras que los electrones se encuentran en la parte más externa del átomo, orbitando alrededor del núcleo. Es decir, los átomos pueden ganar o perder electrones con mucha más facilidad. Por tanto, cuando se forma un ion, el número de protones en el núcleo no cambia. Lo único que varía es el número de electrones, que aumenta o disminuye.

Un ion se representa mediante el símbolo del elemento del que procede, con un superíndice a la derecha, que indica la carga que posee mediante un número y su signo (+ ó -).  Un superíndice positivo indica el número de electrones perdidos por el átomo, dando lugar a un ion con la carga positiva indicada.  Un superíndice negativo indica el número de electrones ganados por el átomo al formar el ion negativo correspondiente.

Es común representar a un átomo como por ejemplo del elemento Hidrogeno con la siguiente notación simbólica:

CONCLUSIONES



Los átomos son partículas muy pequeñas que poseen un núcleo el cual cubre gran parte del mismo y está formado por protones cargados positivamente, a su vez está formado por electrones de carga negativa.

 Existen 4 modelos de átomos: el modelo de Dalton mostró que los átomos se unían entre si en proporciones definidas, Bohr admite la presencia de un núcleo con carga positiva y alrededor de el están los electrones con carga negativa que se mueven alrededor de niveles de energía diferentes, Rutherford señala la presencia de un núcleo atómico, el cual está a nivel central y contiene gran parte de la masa atómica y las cargas positivas, el resto del átomo está constituido por los electrones formando una corona alrededor del núcleo.

 La materia es todo lo que se encuentra en un lugar del espacio e impresiona nuestros sentidos. En la naturaleza la materia se encuentra en cuatro estados: el sólido, que se caracteriza por poseer forma y volumen constante ya que sus moléculas están estrechamente unidas, el líquido, este no posee forma propia pero su volumen es constante, en este estado las moléculas están más distantes que en la de los sólidos, el gaseoso, este estado presente forma y volumen variado con respecto a la dispersión de sus moléculas, y el plasma, este se consigue al someter un gas a altas temperaturas.