ESTRUCTURA DE LA MATERIA

CAPITULO 1

Protón (p, p, P)Electrón (e, e, B)Neutrón (n, n, N)

Electrón positivo o positrón (e, e, B)Neutrino y Antineutrino (V)Mesón ()

Deuterón (d, d, H, D)partículas Alfa (a, He)

PARTICULAS FUNDAMENTALES.El átomo esta formado de partículas de muchos tipos:

PARTICULAS ESTABLES

PARTICULAS INESTABLES

PARTÍCULAS COMPUESTAS

PARTICULAS ESTABLES. ELECTRÓN. Son aquellas partículas que se encuentra fuera

del núcleo y tienen carga negativa. El electrón se caracteriza como partícula finita, de carga negativa y con propiedades ondulatorias. En 1891 Stoney les llamó electrones. En 1897 Joseph J. Thomson determinó la relación carga/masa (e/m) del electrón estudiando la desviación de los rayos Catódicos por los campos eléctrico y magnético.

PROTON. Son partículas que se encuentran en el núcleo y tienen carga positiva. Fue por medio del experimento de los rayos catódicos se demostró la existencia de estas partículas positivas, con masa y carga. Estas partículas llamadas protones son idénticos al núcleo de hidrógeno.

NEUTRON. Se encuentran junto con los protones en el núcleo y su carga es neutra. Fueron predichos en 1920 por Bothe y Becher, y en 1932 Chadwick demostró su existencia. Los protones fuera del núcleo son muy inestables.

PARTICULAS INESTABLES. Positrón (+)Electrón (-)Núcleo

POSITRON. Fue en 1932 cuando Anderson descubrió accidentalmente el positrón al estudiar los campos magnéticos sobre las partículas expulsadas de los núcleos por la absorción de rayos cósmicos. Son partículas iguales que los electrones, pero en sentido opuesto.

NEUTRINO Y ANTINEUTRINO. Partículas pequeñísimas de masa y carga cero, su existencia fue postulada para explicar la perdida de energía durante la emisión radioactiva de electrones y protones. No existen pruebas concretas de su existencia.

MESÓN. Yukawa postuló su existencia para explicar las energías de enlace descubiertas en los efectos producidos por los rayos cósmicos sobre la materia.PARTICULAS COMPUESTAS.

DEUTERÓN. Es un núcleo de Deuterio o Hidrógeno pesado, y guarda la misma relación que el Hidrógeno y el protón. Se usa en bombardeo de núcleo.

PARTICULAS ALFA. Es un núcleo de Helio de 2 cargas positivas. Es el producto de la desintegración radioactiva.

ERWING SHRÖNDIGER

Fue un físico-matematico austriaco, en 1926 proporciono bases para el nuevo modelo atómico considerando las bases de Broglee, Bohr y Rutherford. Dedujo una ecuación matemática donde el electrón era estudiado en función de su comportamiento ondulatorio.

En 1945 propuso otro modelo donde el electrón gira vertiginosamente alrededor del núcleo. Son ondas vibratorias y no se puede decir la dirección en que se mueven. Imagino al átomo como una nube cargada de electrones.

CARACTERÍSTICAS DE LAS PRINCIPALES PARTICULAS SUBATÓMICAS

Partícula carga masa en umasElectrón -1 menos que 1 umaProtón +1 algo más que una umaNeutrón 0 algo más que uma pero más que el protón

La relación entre las partículas es que la masa del protón es 1837 veces mayor que la del electrón.

El Nº Atómico (Z) indica el nº de protones que tiene el átomo, también indica el nº de electrones.

El Nº Masico (M) indica la suma del nº de los protones y nº de los neutrones que tiene el átomo.

Los isótopos son átomos del mismo elemento con el mismo Nº Atómico (Z) y ligeramente distinto Nº Masico. Ello es debido a que tienen el mismo nº de p+ y de e-, y distinto nº de n.

Las semejanzas entre un átomo y su isótopo es que tienen el mismo nº de electrones y protones, y tiene las mismas propiedades químicas y diferencias en las propiedades físicas y en el nº de electrones.

ISOTOPOSSon átomos con el mismo numero atómico pero

diferente numero de masa. Presentan propiedades idénticas.

Por ejemplo:O16, O17, O18 ; Cl 35, Cl3 7

Aquí se pudo ver isótopos de Oxigeno y de cloro.

Los isotopos más usados son: Carbono (C12. C13 y C14) , Nitrógeno,(N14, N15) Oxígeno (O16 Y O18)

El sistema de periodos de Mendeleiev.Mendeleiev presento en 1869 su tabla periódica, de 63

elementos.Criterios del Sistema de Mendeleiev:

1º Masa atómica creciente (de menor a mayor)2º Quedan colocados en el mismo grupo, Familia o columna

los elementos de propiedades químicas semejantes.Ley periódica: Observa que después de cada cierto nº de elementos, aparecen otros con las mismas propiedades atómicas.Mendeleiev, ordeno correctamente los elementos, que dejó espacios vacíos debajo del Al y Si que correspondían al Ga y al Ge. Pero se encontraron pequeñas anomalías en su clasificación.En el s.XX se definió el Numero Atómico de un átomo: El nº de protones que tiene en el núcleo.Henry Gwynn Moseley dijo que si en vez de ordenar los elementos de masa atómica creciente los ordenaban por nº atómico creciente desaparecían las pequeñas anomalías de Mendeleiev.

El sistema Periódico actual:1º Ordena los elementos por nº atómico creciente

2º Mantiene el 2º Criterio de MendeleievA/ GRUPOS

Las columnas verticales (elementos de propiedades químicas similares)Grupos A: elementos representativos normales.Grupos B: elementos o metales de transición.Elementos de transición interna: Lactanidos: 14 elementos seguidos del Lantano (Z = 57)Actínidos: 14 elementos seguidos del Actinio (Z = 89)B/ PERIODOS

Se llaman así a cada fila horizontal.Los elementos se clasifican en grupos: metales, no metales,

metales de transición, metales de transición interna (lactánidos y actínidos) y por ultimo los anfóteros (los que pueden actuar como metales y no metales).

El Método CientíficoEs la manera como las Ciencias de la naturaleza, es

decir, las ciencias experimentales avances en el conocimiento científico.

1º Se parte de Hechos y datos experimentales, observables, medibles.P.ej.: Midiendo las masas de los reaccionantes y de los productos en una reacción química.

2º A veces, de los hechos se inducen las leyes científicas.P.ej.: La ley de lavoisier sobre las reacciones químicas.Entonces surgen las siguientes preguntas: ¿por qué...? ¿cómo se explica que...? ¿cómo son los elementos químicos para que...?

La respuesta suele ser:3º Los modelos o hipótesis: que formulan los científicos son

construcciones mentales de los científicos que intentan explicar como es aquel sistema que se esta estudiando (p.ej. los elementos químicos) para que se comporte siempre según los datos y las leyes experimentales-

La hipótesis provocan nuevas investigaciones y nuevos hechos o datos experimentales.

4º Una teoría es una hipótesis suficientemente confirmada. Pero sigue siendo una construcción mental. Si alguna vez llega a ser un hecho experimental dejaría de ser Teoría.

LOS MODELOS ATOMICOSModelo atómico de Rutherford

Rutherford para sacar su modelo atómico realizo las siguientes experiencias. Él pone un átomo de Berilio en un recipiente con un orificio por el que saldrían las radiaciones. Delante de el se ponen unos obstáculos de plomo con un hueco en medio para que las radiaciones vayan en línea recta y detrás, se pone una pantalla que capta todas las radiaciones y por detrás se pone una pantalla. Rutherford eligió estas partículas por que quería saber como estaban formados los átomos de oro. Así envió partículas con carga para descubrir el núcleo de los átomos de oro.

Características de las partículas alfa: tienen una velocidad de 20000 km/h. La masa de una partícula alfa es 4 veces la del protón y su carga es +2. En el núcleo contiene 2 protones y 2 neutrones.

Los datos experimentales fueron los siguientes:1ºLa mayoría de las partículas “alfa” atravesaban la

lámina de oro sin desviarse2º Algunas, menos del 10%, se desviaron algo.3º Muy pocas, menos del 1%, volvían repelidas por

el mismo camino.

Modelo atómico de rutherford (postulados)1º La mayor parte del átomo esta vacío.2º Los protones están todos juntos en el centro

del átomo (el núcleo), donde se acumula toda la carga positiva y casi toda la masa del átomo.

Eso explica el menos del 1% de las repulsiones y el menos de 10% de las desviaciones.

3º Los electrones describen constantemente orbitas circulares alrededor del núcleo (la corteza)¿Por qué estaban fuera y describían...? Porque el núcleo era positivo y describían orbitas por que así la fuerza centrífuga contrarrestaría la fuerza de atracción del núcleo y se mantendría en la orbita.

Modelo atómico de Bohr (postulados)1º El átomo tiene dos partes, un núcleo que alberga todos los

protones y una corteza con los electrones girando en orbitas circulares alrededor del núcleo.

2º los electrones solo pueden girar en determinadas orbitas alrededor del núcleo, orbitas de radios perfectamente definidos en cada átomo.

3º Cada orbita representa un nivel de energía, así que un electrón que gira en ella, tiene la energía que corresponde a esa orbita.Un electrón que esta girando en su orbita no emite energía al espacio.Si a un átomo se le comunica energía, sus electrones absorben energía y suben a orbitas circulares (el átomo esta “excitado” y anteriormente se dice que estaba en su “estado fundamental”).Los electrones de los átomos excitados tienden a volver a su estado fundamental. Cuando un electrón baja de una orbita superior a otra inferior, emite une energía igual a la diferencia entre ambas orbitas.

Descripción de la estructura o configuración electrónica de los átomos según el modelo de capas electrónicas

Para Bohr, capa = orbita = energía

Borh introdujo el numero quántico principal n = 1, 2, 3, 4... que indica el nº de orbita o de nivel de energía.

El numero máximo de electrones por nivel de energía o orbita = 2n2p.ej. 1º orbita n = 1 2 12 = 2 e-

Los radios de las orbitas van creciendo, siendo la diferencia entre ellos cada vez mayor (las distancias entre ellos cada vez son mayores)Pero en cambio, las energías de las orbitas van creciendo, pero cada vez menos (las energías crecen pero no se aprecia tanto).

Hallar la configuración o la estructura electrónica de un átomo sabiendo su numero atómico (Z) es distribuir sus electrones indicando cuantos hay en cada orbita o nivel y de que clase son.

Relación entre el sistema periódico y la configuración electrónica de un átomo

El nº de periodo de un átomo me indica cual es su ultima orbita o nivel de energía en su estado fundamental.p.ej. K nº de periodo 4, el ultimo nivel de energía del potasio es el 4º

El nº de grupo de los elementos representativos (IA, IIA...) me indica el nº de electrones del ultimo nivel.p.ej. K en el ultimo nivel (4º), tiene 1 e-

P en el último nivel (5º), tiene 5 e-Se llama electrón diferencial, al electrón que se añade al pasar de un elemento al siguiente. Dicho de otra forma, al ultimo e- de un átomo.

Principio de la mínima energía. Mientras es posible, los electrones se sitúan en los niveles de menor energía.

Símbolo o Notación de los electrones en la configuración electrónica.

p.ej. 3s1 = 1 e- tipo s en el 3º nivel4p5 = 5 e- tipo p en el 4º nivel

EL ENLACE QUÍMICO

Es un dato experimental que los átomos se unen entre si. La fuerza que mantiene unidos a los átomos se llaman “enlace químico”¿Por qué se unen? Las pistas que fueron teniendo los químicos:

Todos los átomos del mismo grupo tenían las mismas valencias y propiedades químicas semejantes. Pronto cayeron en la cuenta que eso se debía a que todos ellos tenían el mismo nº de e- en el ultimo nivel.P.ej. Be, Mg, Ca,... Ultimo nivel ns2/ Valencia +2.

Los gases nobles prácticamente no se combinan con ningún otro elemento. Eso nos hace pensar que su configuración es estable.

Los químicos llegaron a la conclusión de que los átomos se unen para adquirir una configuración mas estable que es la configuración de gas noble.

P.ej. Na 1s22s22p63s1 Pierde con facilidad ese e- y pasa a tener la configuración electrónica del Ne.Decimos que el sodio pierde 1e- para estabilizarse, y su valencia es +1.

Se llaman electrones de valencia de un átomo a los electrones del ultimo nivel.

El modelo del enlace ionico (kössel, 1916)Los químicos trataron de explicar como y porque se producían las uniones entre átomos. El primer modelo generalmente aceptado fue el de kössel.

Afirmaciones, postulados:Explica como se unen los átomos de un metal y de

un no metal.El metal pierde el/los e- para adquirir una conf.

electrónica de gas noble y se convierte en CATION. El no metal atrapa eso (s) e- para adquirir una conf. electrónica de gas noble y se convierte en ANION.

La fuerza del enlace iónico (la unión entre ellos) se debe a la fuerza de atracción entre la carga + del cation y la carga – del anion.

El modelo del enlace covalente (lewis, 1923)Con el modelo del enlace ionico solo podíamos explicar como se unían los metales con los no metales, pero existen muchos compuestos en que se unen los metales entre si.

P.ej. Existe el cloro , sabían que era Cl2, Cl-Cl, pero esa unión Cl-Cl no se podía explicar con el modelo del enlace iónico. Entonces para explicar las uniones entre dos no metales, Lewis introdujo el modelo del enlace covalente.

El enlace covalente se produce entre dos no metales.Los dos átomos no metálicos comparten un par de e-

procedentes uno de cada átomo. Ese par de e- se mueven alrededor de los núcleos de ambos y así adquieren la conf. de gas noble.