4. ESTRUCTURA DE LA MATERIA. Después de estudiar la materia desde un punto de vista macroscópico, en esta unidad vamos a continuar el estudio de los objetos que nos rodean, pero desde un punto de vista más cercano: veremos cómo están organizadas las diferentes partículas (protones, neutrones y electrones) dentro de los átomos y sabremos cuáles han sido las diferentes propuestas realizadas por filósofos y científicos a lo largo de la historia. La historia del descubrimiento de la estructura de la materia es un buen ejemplo de aplicación del método científico, pues a lo largo del tiempo se han propuesto y desechado varias teorías, siempre en función de los datos ofrecidos por la experimentación. A continuación veremos como se organizan los elementos químicos en el sistema periódico actual para facilitar su estudio, teniendo en cuenta algunas de las propiedades que diferencian unos elementos de otros. ESQUEMA DE LA UNIDAD. 1. DE DEMÓCRITO A DALTON 1.1 La teoría atómica de Dalton. 1.2 Símbolos y fórmulas 2. ELECTRICIDAD Y MATERIA. 3. MÓDELOS ÁTOMICOS 3.1 El modelo atómico de Thomson. 3.2 Experiencia de Rutherford. 3.3 modelo de Rutherford. 3.4 modelo de Bohr. 3.5 modelo actual. 4. DATOS DE LOS ÁTOMOS 4.1 El número másico y el número atómico. 4.2 Masa Atómicas. 4.3 Elementos químicos e isótopos. 5. LA TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS. 5.1 Descubrimiento y clasificación de los elementos. 5.2 Regularidades en las propiedades de los elementos.
1. DE DEMÓCRITO A DALTON 1.1 La teoría atómica de Dalton. 1.2 Símbolos y fórmulas
2. ELECTRICIDAD Y MATERIA.
3. MÓDELOS ÁTOMICOS 3.1 El modelo atómico de Thomson. 3.2 Experiencia de Rutherford. 3.3 Modelo de Rutherford. 3.4 Modelo de Bohr. 3.5 Modelo actual.
4. DATOS DE LOS ÁTOMOS 4.1 El número másico y el número atómico. 4.2 Masa Atómicas. 4.3 Elementos químicos e isótopos.
5. LA TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS. 5.1 Descubrimiento y clasificación de los elementos. 5.2 Regularidades en las propiedades de los elementos.
UNIDAD 4. ACTIVIDADES Y EJERCICIOS Calentando motores 0. Explica por qué los elementos no pueden descomponerse en sustancias más sencillas y los compuestos sí. 1. Tanto el O 2 como el dióxido de carbono, CO 2 son sustancias gaseosas. Son elementos o compuestos? Por qué? 2. Tiene sentido hablar de fórmula de un átomo? Y de fórmula de un elemento? Y de símbolo de un elemento? 3. Explica el significado de las siguientes formulas: a. H 2 b. CH 4 c. C 57 H 104 O 6 d. NaCl e. H 2 SO 4 4. Diseña de forma esquemática un modelo atómico que justifique el experimento de Rutherford. Haz un dibujo para apoyar tu razonamiento. Por qué las partículas alfa podían atravesar el átomo en el experimento de Rutherford sin desviarse? 5. Por qué no es compatible el modelo atómico de Thomson con los experimentos de Rutherford?
6. Dónde están situados los electrones, los protones y los electrones en el modelo de Rutherford? 7. Por qué el modelo atómico de Dalton no explica la naturaleza eléctrica de la materia? 8. Por qué crees que los científicos empezaron a pensar que el átomo era divisible? 9. Cita dos experiencias que relacionen la materia (átomos) con la electricidad (electrones). 10. Un protón tiene mucha más masa que un electrón. Aproximadamente cuanta? 11. En qué se parecen un protón y un neutrón? En qué se diferencia? 12. Hay alguna relación entre el número másico la masa atómica? 13. Qué es la radioactividad? 14. Qué material emplearías para proteger las instalaciones de una central nuclear? 15. Cómo se llaman los tres tipos de radiaciones que emiten las sustancias radiactivas? En que se diferencian unas de otras? 16. Un átomo tiene 17 protones y 18 neutrones. Cuál es su número atómico? Y su numero másico? 17. Tenía razón Dalton cuando decía que todos los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí? 18. Qué son átomos isótopos? 19. Por qué dedujo Rutherford que la mayor parte del átomo esta vacía? 20. SI los átomos están formados por partículas cargadas, por qué decimos entonces que son neutros? 21. Averigua cuántos protones, neutrones y electrones tienen estos átomos. 1 1 H 8 16 O 17 37 Cl 11 23 Na 92 238 U 20 40 Ca 2965 Cu 2858 Ni 2860 Ni 1632 S 35 Li 816 O 50 119 Sn 80 200 Hg 12 26 Mg 47 38 Ar 18 36 Ar 47 107 Ag
22. a) Escribe el símbolo de los siguientes elementos: hierro, aluminio, carbono, oro, plata, mercurio, oxígeno, sodio, hidrógeno, cloro. b) Escribe el nombre de los símbolos químicos: Zn, Cu, O, Na, Mg, Pb, P, S, K. 23. Según el modelo atómico, un átomo de cobre está constituido por 29 protones, 29 electrones y 34 neutrones. Indica cuál de las afirmaciones siguientes es verdadera: a) Los 29 protones y los 34 neutrones están en el núcleo, mientras que los 29 electrones giran alrededor del mismo. b) Los 29 electrones y los 34 neutrones están en el núcleo, mientras que los 29 protones giran alrededor del mismo. c) El átomo de cobre es una bola maciza, en la cual protones, electrones y neutrones forman un todo compacto. 24. Imagínate que, sobre la mesa, tenemos dos montones de cobre y de azufre. Sabiendo que cada átomo de cobre pesa el doble que cada átomo de azufre, Qué peso hay que coger de cada sustancia para que haya el mismo número de átomos de ambos? a) el mismo peso de ambos; b) doble peso de cobre que de azufre, c) doble peso de azufre que de cobre; d) otra respuesta. 25. Haz un dibujo de los isótopos del hidrógeno 1 1H, 2 1H, 3 1H. Explica en qué se diferencian y qué tienen igual los isótopos de un elemento. 26. Cuántos electrones caben como máximo en cada uno de los niveles siguientes?; n=1, n=2, n=3 y n=4? 27. Escribe la distribución de los electrones, en cada nivel, de los siguientes átomos: 19K, 18Ar, 17Cl, 6C, 8 O, 9F. 28. Por qué se llama tabla periódica a la tabla en la que se ordenan los elementos? 29. Qué relación hay entre la configuración electrónica de los átomos y su posición en la tabla periódica? 30. A que se debe que los elementos de una misma familia tengan propiedades químicas parecidas? 31. Qué son los átomos isótopos? 32. La masa atómica relativa del calcio es 40 y la masa relativa molecular del agua es 18. Qué significan estos números? 33. En cuántas filas o periodos y en cuántas columnas o grupos se divide la T.P.? Qué criterio se utiliza hoy en día para ordenar los elementos en la T.P.? 34. Completa la siguiente tabla
NOMBRE SIMBOLO NOMBRE SIMBOLO ALUMINIO IRIDIO ARSÉNICO AZUFRE BARIO BISMUTO BORO BROMO CADMIO CALCIO CARBONO CINC CLORO COBALTO COBRE CROMO ESTAÑO FLUOR FÓSFORO GERMANIO HELIO HIDROGENO HIERRO 35. Completa la tabla. LITIO MAGNESIO MANGANESO MERCURIO NEÓN NÍQUEL NITROGENO ORO OSMIO OXIGENO PLATA PLATINO PLOMO POTASIO SILICIO SODIO TITANIO URANIO VANADIO WOLFRAMIO YODO 36. Haz una red de contenidos con los siguientes conceptos: átomo, núcleo, protones, neutrones, electrones, número atómico, número másico, niveles, carga positiva y carga negativa. 37. El bronce es una aleación formada por cobre y estaño. Además, la proporción en que se mezclan ambos metales puede variar ligeramente en bronces de distinto tipo. Contesta. (a) Existe la formula del bronce? (b) Existirían los átomos de bronce? 38. Rellena la tabla que te bajaste de la red al principio de la unidad. Cuántos elementos conoces ya?
39. Contesta: (a) A que elemento se parecerá más el azufre químicamente hablando, al fósforo o al oxigeno? (b) Qué elementos tendrá mayor radio, el cloro o el argón? Por qué lo sabes? 40. El magnesio tienes tres isótopos estables, cuyas masa atómicas son 24, 25 y 26, respectivamente. Las abundancias relativas de estos isótopos son las siguientes: 1224 Mg 78,7% 1225 Mg 10,13% 1226 Mg 11,7% (a) Cuál es la masa atómica del magnesio? (b) Cuál de los tres isótopos de magnesio tiene una masa atómica mas parecida a la masa atómica del magnesio? Por qué? CURIOSIDADES Y ANECDOTAS Qué EDAD TIENE ESE RESTO ARQUEOLÓGICO? Las sustancias radiactivas se caracterizan por sus períodos de semidesintegración: tiempo que tarda una cantidad inicial de la sustancia en reducirse a la mitad. Estos periodos son muy diferentes de unos elementos a otros. El Carbono 12 ( 14 C) tiene un período de 5.730 años. Está presente en todos los seres vivos y se desintegra tras su muerte. Por eso basta con conocer la cantidad de 14 C en un resto para determinar su edad.
El potasio 40 ( 40 K) tiene un periodo de semidesintegración bastan mayor, unos 1.300 millones de años... Se utiliza para determinar la edad de algunas rocas. RADIACTIVIDAD Y AGRICULTURA Dentro de las muchas aplicaciones que tiene la radiactividad comentaremos aquí la que la relaciona con la agricultura. En efecto, dentro de la investigación que se lleva a cabo para mejorar la alimentación de las plantas han sido utilizados fertilizantes marcados con isótopos radiactivos, observando después con un detector si la radiactividad aparece en las hojas. También se ha utilizado la radiactividad en la conservación de alimentos vegetales (destruyendo los microbios que pudiera contener). De esta forma se ha logrado conservar patatas durante más de un año, manteniendo intactas todas sus propiedades. ELEMENTOS QUE DEJARON DE SERLO
Si comparas una tabla periódica actual con una de finales del s. XIX o principios del XX observarás algunas diferencias. Parece lógico pensar que en las tablas antiguas no apareciesen elementos químicos que no habían sido descubiertos, pero no parece tan lógico que apareciesen algunos elementos que hoy no están. A que se debe? La respuesta es que muchas veces se considero un nuevo elemento a lo que era mezcla de dos. Así, por ejemplo, a principios del s XIX se observó que junto con el cerio aparecían dos nuevos elementos a los que se llamó lantano y didimio. No fue sino hasta finales de siglo cuando se descubrió que el elemento didimio en realidad era una mezcla de dos elementos: el praseodimio y el neodimio. Ha habido en la historia más de cien elementos como el didimio que dejaron de serlo. UN ELEMENTO ESCURRIDIZO Y PELIGROSO El flúor ha sido uno de los elementos más escurridizos y peligrosos de la TP.
Fue descubierto en 1771 por Scheele, y pasaron más de cien años hasta que otro químico, Moissan, lo aisló en 1886. En estos más de 100 años hubo muchos intentos fallidos por conseguirlo, e incluso muchos de los científicos que trabajaron en ello murieron o sufrieron graves envenenamientos. Por qué sucede esto? El flúor es un gas de color verde amarillento, corrosivo y venenoso. En cuanto a su reactividad química, es el elementos mas reactivo de la TP; nada más formarse se combina con aquello que se encuentre a su alrededor. Lo que hizo Moissan fue utilizar un metal bastante inerte, el platino, y trabajar a bajas temperaturas. De esta manera evitaba que el flúor reaccionara. En 1906, por este descubrimiento, Moissan recibió el premio Nóbel de química. Curiosamente, en la votación triunfó sobre Mendeleiv un científico que, sin duda, merecía también dicho premio y que murió al año siguiente.