DEPARTAMENTO DE FÍSICA Y QUÍMICA FÍSICA Y QUÍMICA 4º DE ESO

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1 DEPARTAMENTO DE FÍSICA Y QUÍMICA FÍSICA Y QUÍMICA 4º DE ESO TEMA 2. EL ÁTOMO ACTIVIDAD 1 La teoría atómica Modelo atómico de Dalton Explica Ley de Lavoisier 1ª teoría atómica moderna (~ 1808) La materia está formada por átomos, partículas esféricas, diminutas e indivisibles Los átomos de un elemento químico son iguales ente sí (igual tamaño, masa y propiedades) Un compuesto químico está formado por átomos diferentes Una reacción química consiste en una recombinación de átomos. Se rompen unos enlaces y se forman otros diferentes. La masa siempre se conserva en las reacciones químicas Por ejemplo: hidrógeno + nitrógeno amoníaco 6 g 28 g 34 g 1.- El físico británico John Dalton dio a conocer entre los años 1803 y 1808 la primera teoría atómica moderna. Observa el diagrama que tienes encima de esta pregunta, lee la página 28 del libro y contesta las siguientes cuestiones utilizando la teoría atómica de Dalton: a.- Qué son los átomos? Se pueden dividir? b.- Qué es lo que hace a un átomo diferente de otro? c.- Cuántos tipos de átomos diferentes crees que existen? d.- Qué es un elemento químico? Y un compuesto químico? e.- Generalmente, los átomos se encuentran en la naturaleza formando agrupaciones llamadas moléculas y cristales. Indica cuál de las definiciones de abajo se corresponde con molécula y cuál con cristal. i) Agrupación indefinida de átomos perfectamente ordenados en el espacio. Si son todos iguales es un elemento y si son diferentes es un compuesto. ii) Agrupación de un número fijo de átomos (dos, tres cuatro, etc.) Si son todos iguales es un elemento y si son diferentes es un compuesto. 1

2 3.-Las teorías científicas son provisionales, es decir, cambian cuando se hacen descubrimientos nuevos que contradicen la teoría vigente. Lo mismo sucedió con la teoría atómica de Dalton. Repasa los principios de la teoría atómica de Dalton e indica en qué crees tú que se equivocó. ACTIVIDAD 2 La naturaleza eléctrica del átomo Observa detenidamente las propiedades masa y carga de las partículas subatómicas. Las unidades correspondientes están dadas en el Sistema Internacional, es decir, en kilogramos (kg) y en Culombios (C). Protón Electrón Neutrón Carga: C Masa: kg Carga: C Masa: kg Carga: 0 C Masa: kg 1.-Con las orientaciones que se den en clase completa la siguiente tabla: p + e n o Carga: Masa: Carga: Masa: Carga: Masa: En 1897, el físico británico J. J. Thomson descubrió la primera de las partículas subatómicas: el electrón. Los electrones son las unidades diminutas que componen la corriente eléctrica. La materia (formada por átomos) y la electricidad están relacionados. Por ejemplo, si frotas la manga de tu jersey con una regla de plástico, ésta se electriza (se llena de electrones que proceden de tu jersey) y puede atraer pequeños trozos de papel o un chorro de agua que cae del grifo. Por eso, cuando se descubrieron los electrones, inmediatamente se supuso que formaban parte de la materia. 2.- Cómo se descubrieron los electrones? 3.- Cómo son los electrones? Son todos iguales? 4.- Los átomos son neutros. Los electrones (que tienen carga negativa) forman parte de ellos, por tanto, deben existir otras partículas con carga positiva que los neutralicen. Cómo se llaman estas partículas? 5.-Los neutrones son partículas que no tienen carga, son neutros. Su masa es parecida a la del protón, aproximadamente unas 2000 veces mayor que la del electrón. Supón que agrandamos un electrón hasta que su masa sea de un gramo. Cuál sería entonces la masa de un protón o de un neutrón (en kilogramos)? 6.- En qué parte del átomo están colocados los tres tipos de partículas? Qué es el núcleo atómico? ACTIVIDAD 3 El átomo de Rutherford Los rayos α (se lee alfa ) son partículas diminutas (mucho más pequeñas que los átomos) que, como pequeñas balas, emiten las sustancias radiactivas*. Rutherford se dedicó a bombardear con estas partículas una fina lámina de oro. Estas partículas atravesaban la lámina como si no hubiera nada en su camino y muy pocas se desviaban ligeramente. 1.-Si mayoría de las partículas alfa atraviesan la lamina de oro como si nada, cómo te imaginas que son los átomos que forman dicha lámina, huecos o macizos? 2

3 Aquí tienes un detalle de la lamina de oro, agrandada, que debe ser atravesada por las partículas alfa. Cada bola representa un átomo de oro Lo sorprendente es que, de vez en cuando, alguna partícula α choca contra algo dentro de la lámina de oro y rebota (aproximadamente una partícula de cada cien). Rutherford dedujo que dentro de cada átomo debía de haber una porción maciza y, además, muy pequeña, ya que muy pocas partículas hacían diana. 2.- Cómo se llama la zona maciza que hay en el interior de cada átomo? 3.- Qué partículas subatómicas forman esa zona maciza? 4.- Dónde se encuentran situados los electrones? Qué hay entre los electrones y la zona maciza del átomo? 5.- Acabas de describir el modelo atómico de Rutherford, llamado modelo nuclear, que fue propuesto en el año Cuántos años separan el modelo atómico de Dalton del modelo atómico de Rutherford? 6.-Dibuja un átomo con dos protones, dos electrones y un neutrón de acuerdo con el modelo de Rutherford. Cuál es su masa aproximada (en u, no en kg )? 7.-El tamaño del núcleo es entre y veces más pequeño que el tamaño del átomo. Si el núcleo midiera un milímetro, cuántos metros mediría el átomo? *La radiactividad. Fenómeno descubierto por el francés Becquerel en El matrimonio Curie, Rutherford y el propio Becquerel descubrieron que las sustancias radiactivas como el radio, el uranio o el torio emiten continuamente radiaciones de tres tipos: rayos α (alfa), rayos β (beta) y rayos γ (gamma). Los rayos β son chorros de electrones; los rayos α son chorros de partículas positivas, más masivas que los electrones, pero bastante más pequeñas que cualquier átomo; finalmente, los rayos γ no tienen carga, son ondas electromagnéticas, como la luz visible, pero muchísimo más energéticas. ACTIVIDAD 4 Las partículas subatómicas y el átomo 1.- Qué es el número atómico, Z? Y el número másico, A? Lo que caracteriza e identifica a un átomo es su número atómico, Z. Por ejemplo, el átomo con Z = 8 es el oxígeno y sólo él. El oro tiene Z = 79, dato exclusivo del oro. Los átomos se representan de la siguiente manera: A Z X. Pongámoslo en práctica: 2.-Averigua cuántos protones, neutrones y electrones tienen los siguientes átomos: H, 17 Cl, 92 U, 8 O, 7 N y 20 Ca 3.-Un átomo tiene 8 protones y 8 neutrones, a) de qué átomo se trata? b) Y si tuviera 8 protones y 9 neutrones? C) Y si tuviera 7 protones y 8 neutrones? 4.- Qué son átomos isótopos? Prácticamente todos los elementos químicos están formados por mezclas de isótopos. Por ejemplo, el elemento conocido como cloro, está formado por una mezcla de dos isótopos, el 17 Cl y el 17 Cl. 5.-Dalton decía que los átomos de un elemento químico son iguales ente sí (igual tamaño, masa y propiedades), por tanto, su definición de elemento químico no se puede considerar hoy en día correcta. Cómo definirías lo que es un elemento químico? Completa la frase de abajo: Un elemento químico es una sustancia formada por átomos 3

4 6.- Cuál es el átomo más pequeño que se conoce? La masa de los átomos no se suele expresar en gramos, son demasiado pequeños. Los químicos se han inventado una unidad. Se llama unidad de masa atómica, abreviadamente uma (o simplemente: u). Al principio se escogió como unidad de masa atómica la del átomo más pequeño, el hidrógeno, el 1 1 H, al que se le dio el valor de 1 u. Sin embargo, actualmente se define de la siguiente manera: 1 u = doceava parte de la masa del átomo de 6 C La masa del 6 C es de u y tiene 6 protones y 6 neutrones. 7.-Dibuja el 6 C. La masa de este átomo depende de las partículas de su núcleo. Por qué? Por qué no depende también de la masa de sus 6 electrones? Fíjate en el 79 Au. a) Cuál es su número másico, A? b) Cuántas partículas tiene en el núcleo? c) Cuál será la masa (en unidades de masa atómica) de este átomo? d) Se parece el dato de la masa de un átomo a su número másico? (Busca este dato para el oro en la tabla periódica que tienes en la página 36 de tu libro). e) Explica por qué el número másico que acabas de encontrar no es un número entero. 9.-Mirando la tabla periódica de la página 36 indica cual es la masa de: a) el átomo de hidrógeno, H; b) el átomo de oxígeno, O; c) la molécula de agua, H 2 O; d) la molécula de oxígeno O 2 ; e) la molécula de glucosa, C 6 H O 6 ; f) la molécula de pentacloruro de fósforo, PCl 5. [Sol: a) 1 01 u; b) 16 u; c) u; d) 32 u; e) 72,06 +, + 96 = u; f) 203,22 u] 10.-El elemento plomo es una mezcla de 4 isótopos 204 Pb (1 4 %), 206 Pb (24 1 %), 207 Pb (22 1 %) y 208 Pb (52 4%). Calcula la masa atómica relativa de este elemento. [Sol: 207,2 u] 11.-El rubidio es una mezcla de dos isótopos, el 85 Ru y el 87 Rb. Calcula el porcentaje de abundancia de cada uno si se sabe que la masa atómica del elemento es 85,556 u. [Sol: 72 2 % y 27 8 %] ACTIVIDAD 5 Configuración electrónica 1.-Haz la configuración electrónica y luego haz un dibujo, de acuerdo con el modelo de Bohr, de los átomos siguientes: a) hidrógeno b) helio; c) litio; d) fósforo y e) potasio IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA VIIIA 1 H 3 Li 11 Na 4 Be Mg 5 B 13 Al 6 C 14 Si 7 N 15 P 8 O 16 S 9 F 17 Cl 2 He 10 Ne 18 Ar 19 K 20 Ca 31 Ga 32 Ge 33 As 34 Se 35 Br 36 Kr Cómo se distribuyen los electrones alrededor del núcleo? Todos en la misma órbita? En diferentes órbitas? El físico danés N. Bohr propuso, en 1913, un modelo atómico que contestaba estas cuestiones. Es un modelo atómico también nuclear, como el de Rutherford. 4

5 2.- Haz la configuración electrónica y luego haz un dibujo, de acuerdo con el modelo de Bohr, de los átomos siguientes: a) carbono (Z = 6) b) flúor (Z = 9) c) nitrógeno (Z = 7) d) magnesio ( Z = ) e) calcio ( Z = 20). 3.- Cuántos electrones tiene en la última capa cada uno de los átomos del ejercicio anterior? En función del resultado, indica a qué grupo (tradicional y moderno) de la tabla periódica pertenece cada átomo. 4.-Según el modelo atómico de Bohr, puede un electrón situarse entre dos órbitas o capas? 5.- Cuántos electrones caben en la capa 1? Y en la 2? Y en la 3? ACTIVIDAD 5 El sistema periódico El sistema periódico actual tiene su origen en el propuesto por el químico ruso Dimitri Mendeleiev en 1870, quien colocó los elementos en orden creciente de masa atómica disponiendo, además, en columnas verticales los elementos con propiedades similares. Como el sistema presentaba algunas irregularidades, Mendeleiev tuvo que permutar algunas posiciones e incluso dejar huecos, prediciendo que faltaban elementos por descubrir. Por eso, él sospechaba que el criterio de ordenación no era exactamente la masa atómica. En 1914, el físico inglés Henry Moseley descubrió que el orden establecido por Mendeleiev se correspondía con el orden creciente del número atómico, Z. es decir, el número de protones. 1.-Contesta las siguientes cuestiones: a) Cuántos elementos químicos se conocen? b) Cuántos grupos hay en la T.P.? c) Y periodos? d) Cuántos semimetales existen? e) Y no metales? 2.-Realiza las configuraciones electrónicas de los elementos del grupo IA, llamados alcalinos (Li, Na y K). Qué tienen en común en sus configuraciones los tres? Cuántos electrones crees que tiene en la última capa el Rb? 3.-Realiza las configuraciones electrónicas de los elementos alcalinotérreos Be, Mg y Ca. Qué tienen en común? 4.-Realiza las configuraciones electrónicas de los elementos: a) B y Al b) C y Si c) N y P d) O y S e) F y Cl f) He, Ne y Ar. 5.- De qué dependen las propiedades químicas de un elemento? Es decir, por qué crees que son tan parecidos entre sí los alcalinos o los elementos de cualquier otro grupo entre sí? 6.-Observa la tabla periódica de abajo, cuántos electrones crees que tienen en la capa más externa los siguientes átomos? a) Rb b) Sn c) Br d) I 5

6 IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA VIIIA 1 H 2 He 3 Li 4 Be 5 B 6 C 7 N 8 O 9 F 10 Ne 11 Na Mg 13 Al 14 Si 15 P 16 S 17 Cl 18 Ar 19 K 20 Ca 21 Sc 22 Ti 23 V 24 Cr 25 Mn 26 Fe 27 Co 28 Ni 29 Cu 30 Zn 31 Ga 32 Ge 33 As 34 Se 35 Br 36 Kr 37 Rb 38 Sr 39 Y 40 Zr 41 Nb 42 Mo 43 Tc 44 Ru 45 Rh 46 Pd 47 Ag 48 Cd 49 In 50 Sn 51 Sb 52 Te 53 I 54 Xe 55 Cs 56 Ba 57 a Hf 73 Ta 74 W 75 Re 76 Os 77 Ir 78 Pt 79 Au 80 Hg 81 Tl 82 Pb 83 Bi 84 Po 85 At 86 Rn 87 Fr 88 Ra 89 a Rf 105 Db 106 Sg 107 Bh 108 Hs 109 Mt 110 Ds 111 Rg 1 Cn 113 Nh 114 Fl 115 Mc 116 Lv 117 Ts 118 Og 57 La 58 Ce 59 Pr 60 Nd 61 Pm 62 Sm 63 Eu 64 Gd 65 Tb 66 Dy 67 Ho 68 Er 69 Tm 70 Yb 71 Lu 89 Ac 90 Th 91 Pa 92 U 93 Np 94 Pu 95 Am 96 Cm 97 Bk 98 Cf 99 Es 100 Fm 101 Md 102 No 103 Lw 6.- Cuál es el criterio de ordenación de los elementos en la tabla periódica? 7.- Realiza las configuraciones electrónicas de los siguientes elementos (busca el número atómico en la tabla periódica): a) Cr, b) Fe, c) La (lantano). ACTIVIDAD 6 Propiedades periódicas de los elementos 1.-Completa las siguientes frases con las palabras aumenta y disminuye. a) El radio atómico al descender en un grupo porque hay más capas rodeando al núcleo. b) El radio atómico al avanzar en un periodo porque hay más protones en el núcleo y atraen con más fuerza a los electrones. c) La reactividad de los metales, en un periodo, al ir hacia la izquierda y en cada grupo al ir hacia arriba. d) La reactividad de los no metales, en un periodo, al ir hacia la derecha y en cada grupo, al ir hacia abajo. 2.-Completa la siguiente frase: El no metal más reactivo es el y el metal más reactivo es el. 6