Estructura de la Materia

Transcripción

1 Estructura de la Materia Antes de 1800, se pensaba que la materia era continua, es decir que podía ser dividida en infinitas partes más pequeñas sin cambiar la naturaleza del elemento. Sin embargo, alrededor de 1803 ganó aceptación la teoría de un científico inglés llamado John Dalton ( ) que sugería la existencia de un límite a lo que un elemento podía subdividirse. Ahora sabemos que al dividir una muestra de cobre en trozos cada vez más pequeños, finalmente se encuentra una unidad básica que no puede ser dividida sin cambiar la naturaleza del elemento. Esta unidad básica se llama Átomo (del griego INDIVISIBLE). Un átomo es la partícula más pequeña que puede existir de un elemento conservando las propiedades de dicho elemento. Lo primero de que nos debemos percatar es que los átomos son extremadamente pequeños, ya que el diámetro de un átomo es del orden de 10-8 cm, se necesitarían 100 millones de átomos en una línea recta para alcanzar una longitud de 1 cm. Con el microscopio electrónico es posible en la actualidad ver los átomos. Átomos de silicio en la superficie de un cristal fotografiados con un microscopio de efecto túnel a. Partículas Fundamentales Las partículas fundamentales de un átomo son las partículas constituyentes de cualquier átomo. El átomo, y por tanto toda la materia está formado principalmente por tres partículas fundamentales: electrones, neutrones y protones. El conocimiento de la naturaleza y la forma en que funcionan es fundamental para comprender las interacciones químicas. La masa y las cargas de las tres partículas fundamentales se muestran en la siguiente tabla. Partícula Masa Carga (Escala Relativa) Electrón (e - ) 9, kg Negativa 1- Protón (p + ) 1, kg Positiva 1+ Neutrón (n º ) 1, kg Ninguna La masa del electrón es muy pequeña en comparación con la masa del protón o del neutrón. La carga del protón es de magnitud igual pero de signo opuesto a la carga del electrón. 1

2 b. Modelos atómicos Son suposiciones de cómo están colocadas las partículas fundamentales en un átomo. 1. Modelo atómico de Thomson Sir Joseph John Thomson ( ) Se le considera el descubridor del electrón por sus experimentos con electrones que componen los rayos catódicos. Después de haber demostrado claramente que dichos rayos estaban formados por electrones, demostró asimismo, que tales partículas están cargadas negativamente; cuantificó directamente su energía y, en 1897, con un célebre experimento, determinó la relación entre su carga y su masa. Al año siguiente, cuantificó también su carga, que demostró que era igual a la de los iones hidrógeno pero de signo opuesto. Modelo atómico de Thomson La identificación por J.J. Thomson de unas partículas subatómicas cargadas negativamente, los electrones, a través del estudio de los rayos catódicos, y su posterior caracterización, le llevaron a proponer un modelo de átomo que explicara dichos resultados experimentales. Se trata del modelo conocido informalmente como el pudín de ciruelas, según el cual los electrones eran como 'ciruelas' negativas incrustadas en un 'pudín' de materia positiva. 2. Modelo atómico de Rutherford Sir Ernest Rutherford ( ) Ayudante de J.J. Thomson, tras el descubrimiento de la radiactividad en 1896 por Henri Becquerel, estudió las emisiones radioactivas e identificó sus tres componentes principales a los que denominó rayos alfa, beta y gamma. Los resultados obtenidos y el posterior análisis del experimento de Rutherford, también llamado experimento de la lámina de oro tuvieron como consecuencia la negación del modelo atómico de Thomson (modelo atómico del pudín de ciruelas) y la propuesta de un modelo nuclear para el átomo. El experimento consistió en mandar un haz de partículas alfa (partículas con carga positiva) sobre una fina lámina de oro y observar cómo dicha lámina afectaba a la trayectoria de dichos rayos. 2

3 Lo que esperaba que ocurriese: Las partículas alfa tienen carga eléctrica positiva, y serían atraídas por las cargas negativas y repelidas por las cargas positivas. Sin embargo, como en el modelo atómico de Thomson las cargas positivas y negativas estaban distribuidas uniformemente, la esfera debía ser eléctricamente neutra, y las partículas alfa pasarían a través de la lámina sin desviarse. Lo que ocurrió en realidad: Sin embargo, los resultados fueron sorprendentes. Tal y como esperaban, la mayor parte de las partículas atravesó la lámina sin desviarse. Pero algunas sufrieron desviaciones grandes y, lo más importante, un pequeño número de partículas rebotó hacia atrás. Rutherford, basándose en los resultados estableció el llamado modelo atómico de Rutherford o modelo atómico nuclear. El átomo está formado por dos partes: núcleo y corteza. El núcleo es la parte central, de tamaño muy pequeño, donde se encuentra toda la carga positiva y, prácticamente, toda la masa del átomo. Esta carga positiva del núcleo, en la experiencia de la lámina de oro, es la responsable de la desviación de las partículas alfa (también con carga positiva). La corteza es casi un espacio vacío, inmenso en relación con las dimensiones del núcleo. Eso explica que la mayor parte de las partículas alfa atraviesan la lámina de oro sin desviarse. Aquí se encuentran los electrones con masa muy pequeña y carga negativa. Como en un diminuto sistema solar, los electrones giran alrededor del núcleo, igual que los planetas alrededor del Sol. Los electrones están ligados al núcleo por la atracción eléctrica entre cargas de signo contrario. En un átomo el número de electrones es igual al número de protones, lo que significa que el átomo es eléctricamente neutro, es decir no tiene carga o su carga es cero. El número de electrones y protones que tiene un átomo viene representado por el número atómico (Z). Así si el número atómico del carbono (C) es 6 significa que tiene 6 electrones y 6 protones. Dos elementos iguales siempre tienen el mismo número de protones (mismo número atómico). Ejemplo: Cualquier átomo de hidrógeno siempre tendrá un protón. Dos elementos diferentes nunca tienen el mismo número de protones (distinto número atómico). Ejemplo: La diferencia entre el hidrógeno y el helio, es que el hidrógeno (Z=1) tiene un protón y el helio (Z=2) tiene dos protones. Si el átomo es neutro (mismo número de cargas positivas y negativas), el número atómico coincide con el número de electrones, sólo en este caso. 3

4 c. El descubrimiento del neutrón Observa la notación, esta es la forma de representar un átomo. El superíndice representa el número másico (A). Número másico es el número de nucleones del núcleo atómico; es decir, el número total de protones (p) más neutrones (n) del átomo (p+n). Se representa con la letra A. El subíndice es el número atómico (Z). 4

5 Esta figura representa el átomo como se pensaba que podía ser. Observa donde se encuentran los electrones, moviéndose en la corteza como si de un sistema planetario se tratara, alrededor del núcleo donde se encuentran los protones y los neutrones. Electrón Protón Neutrón 1. Indica para los siguientes átomos, cuántos protones, electrones y neutrones tiene cada uno. 2. Completa la siguiente tabla: Elemento Z A N.º de p N.º de n N.º de e 11 5 B Cl 3 1 H 17 U O Ne Ag 6 C 6 7 O