¿CUÁLES SON LAS PARTÍCULAS FUNDAMENTALES DE LA MATERIA

Para seguir con las explicaciones del cambio químico, desde otras teorías, es necesario analizar la estructura interna del átomo pues éstos son las partículas fundamentales de la materia. ¿Qué es el átomo?

A partir de la teoría atómica de Dalton se puede definir al átomo como la unidad básica de un elemento que puede intervenir en una reacción química. Los átomos son entidades reales que poseen una estructura interna de partículas subatómicas. Durante las primeras décadas del siglo XX los estudios sobre la conductividad eléctrica de los gases y de los metales (rayos catódicos, efecto Edison, efecto fotoeléctrico, rayos anódicos) confirmaron la relación materia-electricidad y se caracterizaron las primeras partículas subatómicas (electrón, protón y neutrón). El neutrón, descubierto por el físico

inglés James Chadwi (1891-1972) en 1932, es una partícula subatómica, eléctricamente neutra que hace parte del núcleo.

El átomo es eléctricamente neutro,

esto es, que el número de protones es igual al número de electrones. La cantidad de protones de un átomo nunca cambia. Dicha cantidad recibe el nombre de número atómico y se

representa por Z. El número másico A, se refiere al número protones y de neutrones de átomo

El electrón es una partícula

subatómica con carga negativa que se localiza alrededor del núcleo. Fue descubierto por Joseph John Thompson (1856-1940).

El protón es una partícula

subatómica que hace parte del núcleo del átomo. Éstos tienen carga

positiva

Así, un elemento está formado por átomos con el mismo número atómico. Los átomos de un elemento pueden diferenciarse en el número de neutrones. Estas variedades se denominan isótopos. La identidad química de un átomo queda determinada con exclusividad por su número atómico. Por ejemplo, el número atómico del nitrógeno es 7, esto significa que cada átomo neutro de nitrógeno tiene 7 protones y 7 electrones. Visto de otra I forma sería que cada átomo que en el universo tenga siete protones será llamado nitrógeno. Estructura del átomo El átomo tiene una estructura que ha tratado de describirse a lo largo del siglo XX mediante diferentes modelos atómicos (ten en cuenta que los modelos no son la realidad misma sino que representan, en este caso, propiedades de las sustancias): Thompson (1898) Rutherford (1910), Bohr (1913).

A = Número de protones + Número de neutrones

Z = Número de protones

Según su modelo, la mayor parte del átomo es espacio vacío. Propuso que las cargas positivas (protones) estaban concentradas en un conglomerado central dentro del átomo al que llamó núcleo. Los electrones deben estar localizados alrededor del núcleo en vez de estar dentro de él. Modelo de Niel Bohr

Espectros de emisión del calcio, es como su huella dactilar. Teniendo en cuenta el átomo nuclear de Rutherford, Bohr plantea que en un átomo los electrones tienen ciertos estados llamados niveles o capas de energía. Estas capas se concentran alrededor del núcleo. Si un electrón pasa de una capa a otra varía su energía. En cualquiera de sus niveles los electrones se mueven al describir una órbita circular alrededor del núcleo. Cada nivel tiene

un número máximo de electrones: por ejemplo, en el nivel 1 hay 2 electrones, en el nivel 2 hay como máximo 8, en el nivel 3 dieciocho y en el nivel 4 treinta y dos electrones. El modelo de Bohr ofreció una explicación al aplicar las nuevas ideas de la discontinuidad de la energía al modelo de Rutherford. Pero ni las posteriores modificaciones introducidas por Sommerfeld (el electrón puede describir órbitas elípticas) fueron capaces de explicar los espectros de otros átomos que no fueran del hidrógeno y los metales alcalinos. El átomo hoy y el enlace químico

las teorías expuestas sobre el átomo dejaban problemas sin resolver, como por ejemplo la formación de los espectros de los átomos. Así, se plantea el modelo mecánico cuántico que es el que hoy tiene vigencia. Modelo atómico actual

En la actualidad el modelo atómico aceptado es el cuántico, ya que explica más propiedades físicas y químicas que cualquier otra teoría. Así, con la hipótesis de la dualidad onda corpúsculo (De Broglie, 1924) y el principio de incertidumbre (Heissemberg, 1927) se suministran los dos aspectos principales de la mecánica cuántica que contrastan con los modelos anteriores: al resolver una ecuación se obtiene información de una partícula (electrón la información obtenida no da la posición del electrón (su orbital sino la probabilidad de encontrarlo en una región determinada del espacio, es decir, el orbital. Con el principio de exclusión (Pauli, 1925) se puede conocer la estructura electrónica de un átomo que permite explicar la tabla periódica y justifica el comportamiento químico de los elementos.

Modelo de Rutherford

. I) contesto con falso (f) o verdadero (v)

las siguientes afirmaciones. Justifico las afirmaciones falsas. 1) El modelo atómico de Thompson considera órbitas elípticas y circulares. (.......) 2) Según Bohr, los electrones giran en órbitas definidas sin emitir energía. (.......) 3) La propuesta atómica de Dalton es válida hasta nuestros días. (.......) 4) Thompson sugiere que el átomo es una masa compacta con partículas positivas y negativas juntas. (.......) 5) Un modelo atómico necesariamente debe explicar todo lo que caracterizaba al modelo anterior. (.......) II) COMPLETO los espacios vacíos. 1) El núcleo está constituido por: ____________ y ______________ 2) Prácticamente toda la masa del átomo está concentrada en: ___________ 3) La partícula sin carga neta es: __________ y se encuentra en: ________ 4) El modelo atómico comparado con una sandía o un pan dulce fue sugerido por: _________________ 5) La partícula que se encuentra en la nube es denominada y su masa es: ______ veces menor a la masa de un protón. III) En las siguientes afirmaciones están señaladas las características de los modelos atómicos. CLASIFICO según corresponda. 1) La carga positiva y la masa del átomo están concentradas en una zona del átomo muy pequeña, llamada núcleo. (.........................) 2) Los electrones se mueven alrededor del núcleo, tal como los planetas lo hacen alrededor del Sol. (.........................) 3) Un electrón puede girar en su órbita, por cientos de miles de años, sin ganar ni perder energía. (.........................) 4) El número de cargas positivas en el núcleo

debe ser igual al número de electrones para que el átomo sea eléctricamente neutro. (.........................) 5) El núcleo de un átomo es demasiado pequeño comparado con el átomo mismo. (.........................) 6) Todos los átomos de un mismo elemento son idénticos entre sí. (.........................) 7) Los átomos de los hilos para tejer las ropas tenían ganchos, por eso no se separaban. (.........................) 8) El núcleo de los átomos es la parte del átomo que da su propia masa. (.........................) 9) El átomo es una esfera sólida de materia cargada positivamente y en la que se insertan los electrones, de manera que la carga total es nula. (.........................) 10) Los electrones pueden moverse en órbitas elípticas y no sólo en órbitas circulares. (.........................) 11) Los electrones no pueden girar en cualquier órbita, sino en ciertos estados energéticos estables. (.........................) 12) Los átomos que conforman un cilindro de metal tienen forma de cilindro. (.........................)

ACTIVIDADES PARA LA CASA 1. Establece las diferencias que hay entre a) Elemento químico y átomo b) Modelo químico y molécula c) Átomo y molécula 2. Coloca en el paréntesis de la columna A

y numero de la columna B, según corresponda

Columna A ( ) Modelo atómico de Bohr. ( ) Modelo atómico de Thompson. ( ) Modelo atómico de Rutherford. ( ) Modelo atómico de Dalton. Columna B 1. Los átomos son diminutas esferas

compactas, indivisibles e indestructibles. 2. El átomo es una esfera en cuyo interior

se encuentran cargas eléctricas positivas y cargas eléctricas negativas.

ACTIVIDADES EN CLASE

3. El átomo tiene una zona central en donde están los protones y los neutrones, y una zona llamada corteza en donde se hallan los electrones.

4. Los electrones giran alrededor del núcleo pero no en órbitas fijas.

Escoger uno de los modelos y

representar su modelo con materiales del entorno

ESTADOS DE LA MATERIA

SÓLIDO A bajas temperaturas, los materiales se presentan como cuerpos de forma compacta y precisa; y sus átomos a menudo se entrelazan formando estructuras cristalinas definidas, lo que les confiere la capacidad de soportar fuerzas sin deformación aparente. Los sólidos son calificados generalmente como duros y resistentes, y en ellos las fuerzas de atracción son mayores que las de repulsión. La presencia de pequeños espacios intermoleculares caracteriza a los sólidos dando paso a la intervención de las fuerzas de enlace que ubican a las celdillas en una forma geométrica. Las sustancias en estado sólido presentan las siguientes características: Cohesión elevada. Forma definida. Incompresibilidad (no pueden comprimirse). Resistencia a la fragmentación. Fluidez muy baja o nula. Algunos de ellos se subliman (yodo). Volumen constante (hierro).

LÍQUIDO Si se incrementa la temperatura el sólido va "descomponiéndose" hasta desaparecer la estructura cristalina, alcanzando el estado líquido. Característica principal: la capacidad de fluir y adaptarse a la forma del recipiente que lo contiene. En este caso, aún existe cierta unión entre los átomos del cuerpo, aunque mucho menos intensa que en los sólidos. El estado líquido presenta las siguientes características: Cohesión menor. Movimiento energía cinética. No poseen forma definida.

Toma la forma de la superficie o el recipiente que lo contiene. En el frío se comprime. Posee fluidez a través de pequeños orificios. Puede presentar difusión. Volumen constante.

GAS Incrementando aún más la temperatura se alcanza el estado gaseoso. Las moléculas del gas se encuentran prácticamente libres, de modo que son capaces de distribuirse por todo el espacio en el cual son contenidos. El estado gaseoso presenta las siguientes características Cohesión casi nula. Sin forma definida. Su volumen es variable dependiendo del recipiente que lo contenga. Pueden comprimirse fácilmente. Ejercen presión sobre las paredes del recipiente contenedor. Las moléculas que lo componen se mueven con libertad. Ejercen movimiento ultra dinámico. Tienden a dispersarse fácilmente

PLASMA El plasma es un gas ionizado, es decir que los átomos que lo componen se han separado de algunos de sus electrones. De esta forma el plasma es un estado parecido al gas pero compuesto por aniones y cationes (iones con carga positiva), separados entre sí y libres, por eso es un excelente conductor. Un ejemplo muy claro es el Sol. En la baja Atmósfera terrestre, cualquier átomo que pierde un electrón (cuando es alcanzado por una partícula cósmica rápida).Pero a altas temperaturas es muy

diferente. Cuanto más caliente está el gas, más rápido se mueven sus moléculas y átomos,(ley de los gases ideales) y a muy altas temperaturas las colisiones entre estos átomos, moviéndose muy rápido, son suficientemente violentas para liberar los electrones. En la atmósfera solar, una gran parte de los átomos están permanentemente «ionizados» por estas colisiones y el gas se

comporta como un plasma.

CAMBIOS DE ESTADO DE LA

MATERIA

FUSION La fusión es un proceso físico que consiste en el cambio de estado de la materia del estado sólido al estado líquido por la acción del calor. Cuando se calienta un sólido, se transfiere calor a los átomos que vibran con más rapidez a medida que gana energía.

EVAPORACION En física, la evaporación es un proceso por el cual una sustancia en estado líquido pasa al estado gaseoso, tras haber adquirido energía suficiente para vencer la tensión superficial. A diferencia de la ebullición, este proceso se produce a cualquier temperatura, siendo más rápido cuanto más elevada aquélla. No es necesario que toda la masa alcance el punto de ebullición. La evaporación es rara pero importante e indispensable en la vida cuando se trata del agua, que se transforma en nube y vuelve en

forma de lluvia, nieve, niebla o rocío. Cuando existe un espacio libre encima de un líquido caliente, una parte de sus moléculas está en forma gaseosa, al equilibrase, la cantidad de materia gaseosa define la presión de vapor saturante, la cual no depende de la temperatura.

EBULLICION La ebullición es el proceso físico en el que un líquido pasa a estado gaseoso con las fuerzas de algo a mucha temperatura(100 grados). Se realiza cuando la temperatura de la totalidad del líquido iguala al punto de ebullición del líquido a esa presión. Si se continúa calentando el líquido, éste absorbe el calor, pero sin aumentar la temperatura: el calor se emplea en la conversión del agua en estado líquido en agua en estado gaseoso, hasta que la totalidad de la masa pasa al estado gaseoso. En ese momento es posible aumentar la temperatura del líquido.

SUBLIMACION La sublimación (del latín sublimāre)o volatilización, es el proceso que consiste en el cambio de estado de la materia sólida al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido. Al proceso inverso se le denomina sublimación inversa; es decir, el paso directo del estado gaseoso al estado sólido. Un ejemplo clásico de sustancia capaz de sublimarse es el hielo seco.

SOLIDIFICACION La solidificación es un proceso físico que consiste en el cambio de estado de la materia de líquido a sólido producido por una disminución en la temperatura. Es el proceso inverso a la fusión. Ejemplo de esto es cuando metes al congelador agua como la temperatura es muy baja esto hace que se haga hielo, o en pocas palabras en solido. En general, los compuestos disminuyen de volumen al solidificarse, aunque no sucede en

todos los casos; en el caso del agua

aumenta.

CAMBIOS FÍSICOS Y QUIMICOS Si doblamos o arrugamos un papel, cambia de aspecto pero sigue siendo papel. Decimos que es un cambio físico. Pero si lo quemamos, al final no queda papel: hay humo y cenizas. Es un cambio químico.

En los cambios físicos, las sustancias mantienen su naturaleza y sus propiedades esenciales, es decir, siguen siendo las mismas sustancias.

En los cambios químicos, las sustancias iníciales se transforman en otras distintas, que tienen propiedades diferentes. FORMACIÓN PSICOMOTRIZ

En forma individual y creativa realizaran el siguiente ejercicio: Completa señalando el nombre con el que se designa el cambio de estado que se está operando. 1. Un helado que está derritiéndose: ................................ 2. Una gelatina que toma cuerpo en la heladera: ................ 3. Una olla con el agua hirviendo:

AVERIGUA 1- ¿Cuál es la sustancia que naturalmente se encuentra en la Tierra, en los tres estados físicos? 2- ¿Qué son las auroras boreales? 3- ¿Qué nombre recibe la fuerza que mantiene unida a las moléculas en un cuerpo? ¿Y la que tiende a separarlas?

4- Describe las características de cada uno de los estados físicos de la materia.

5. desarrollo de una experiencia de

laboratorio sobre los cambios de estado, cambios físicos y químicos.