TEMA 5 Estructura del átomo IES Sierra de San Quílez Departamento de Física y Química
El átomo
Naturaleza eléctrica de la materia Fenómenos eléctricos Algunos fenómenos de electrización pusieron de manifiesto la naturaleza eléctrica de la materia. Electrización Electrización por frotamiento Electrización por contacto Electrización por inducción (influencia)
ELECTRIZACIÓN POR FROTAMIENTO Al frotar un cuerpo fuertemente con un paño, este se carga positiva o negativamente dependiendo de su tendencia a perder o ganar electrones respectivamente. Por ejemplo al frotar una barra de vidrio, ésta se cargará positivamente. ELECTRIZACIÓN POR CONTACTO Cuando un cuerpo cargado se pone en contacto con otro, la carga eléctrica se distribuye entre los dos y, de esta manera, los dos cuerpos quedan cargados con el mismo tipo de carga.
La carga eléctrica Para explicar estos fenómenos, los científicos idearon un modelo según el cual los fenómenos eléctricos son debidos a una propiedad de la materia llamada carga eléctrica. Las propiedades de los cuerpos eléctricos se deben a la existencia de dos tipos de cargas: positiva y negativa. Dos cuerpos que hayan adquirido una carga del mismo tipo se repelen, mientras que si poseen carga de distinto tipo se atraen. En general, la materia es eléctricamente neutra, es decir, tiene la misma cantidad de cada tipo de carga. Si adquiere carga, tanto positiva como negativa, es porque tiene más cantidad de un tipo que de otro.
CUADRO RESUMEN MÉTODOS DE ELECTRIZACIÓN MÉTODO ANTES DESPUÉS Contacto Transferencia de electrones Uno de los cuerpos previamente electrizado Ambos cuerpos quedan electrizados con cargas de igual signo Fricción o frotación Transferencia de electrones Ambos neutros Los cuerpos quedan electrizados con cargas de signos opuestos Inducción Redistribució n de electrones en el metal Un cuerpo previamente electrizado y otro neutro (metal) En la electrización por inducción los cuerpos quedan con cargas opuestas
La carga eléctrica Qué es la carga eléctrica? Unidad elemental de carga eléctrica Unidad de carga eléctrica en el SI El Coulomb (Culombio)
El átomo es divisible A comienzos del siglo XIX se presentaba la siguiente situación: - Dalton había demostrado que la materia estaba formada por átomos. - Existían experiencias de fenómenos eléctricos que demostraban que la materia podía ganar o perder cargas eléctricas. Por tanto, esas cargas eléctricas debían de estar de alguna forma en el interior de los átomos. Si esto era cierto, la teoría de Dalton era errónea, ya que decía que los átomos eran indivisibles e inalterables. Debido a que no podían verse los átomos, se realizaron experimentos con tubos de descarga o tubos de rayos catódicos y así, de esta manera, se observaron algunos hechos que permitieron descubrir las partículas subatómicas del interior del átomo.
Partículas subatómicas Nombr e Símbolo Carga / C carga relativa masa en reposo / kg masa en reposo / u masa en reposo aproximada / u electrón e - -1,6 10-19 -1 9,11 10-31 0,0005486 despreciable protón p + +1,6 10-19 +1 1,672 10-27 1,00728 1 neutrón n ; 01 n 0 0 1,675 10-27 1,00867 1 Nombre Símbolo carga relativa masa en reposo aproximada / u Situación en el átomo electrón e - -1 despreciable corteza; girando alrededor del núcleo protón p + +1 1 núcleo neutrón n ; 01 n 0 1 núcleo
Modelo atómico de Thomson Thomson propuso un modelo atómico, que consideraba al átomo como una nube difusa y esférica de carga positiva, con los electrones flotando en esa nube, como pasas embebidas en un pudín La carga positiva era la necesaria para compensar la negativa de los electrones. Este modelo tan sencillo explicaba, mediante la ganancia o pérdida de electrones: - Los fenómenos de electrización. - La formación de iones y la corriente eléctrica.
Rutherford introduce el modelo planetario, que es el más utilizado aún hoy en día. Considera que el átomo se divide en: - Un núcleo central, que contiene los protones y neutrones (y por tanto allí se concentra toda la carga positiva y casi toda la masa del átomo). - Una corteza, formada por los electrones, que giran alrededor del núcleo en órbitas circulares, de forma similar a como los planetas giran alrededor del Sol. - Los experimentos de Rutherford demostraron que el núcleo es muy pequeño comparado con el tamaño de todo el átomo: el átomo está prácticamente hueco.
CORTEZA electrones. ÁTOMO protones. NÚCLEO neutrones. Cómo representar los distintos átomos?
Tamaño atómico Distintas experiencias han permitido medir el tamaño de los átomos. Considerado como una esfera, el átomo tiene un radio de unos 10-10 m y el núcleo tiene un radio de unos 10-14 m. De aquí se puede deducir que el núcleo es unas 10000 veces más pequeño que el átomo. Para hacernos una idea: si el átomo fuera del tamaño de un campo de fútbol, el núcleo sería como un guisante colocado en su centro, y los electrones se encontrarían en las gradas girando alrededor del campo. El núcleo es 10000 veces menor que el átomo. Entre el núcleo y la corteza, hay espacio vacío, donde no hay absolutamente nada.
Átomos CLORO SODIO Número másico, A 35 23 17 11 17 A Z = 35 17 = 18 Número atómico, Z 17 Número de protones 11 Número de electrones Número de neutrones 11 A Z = 23 11 = 12
Isótopos Se llaman isótopos los átomos que tienen el mismo número de protones y se diferencian en el número de neutrones. Por tanto, presentan el mismo Z y diferente A. 1 1 H 2 1 H Protio Deuterio Tritio 3 1 H Casi todos los elementos químicos presentan isótopos. Habitualmente, todos los isótopos de un elemento reciben el mismo nombre; como excepción, el hidrógeno tiene tres isótopos que poseen un nombre propio.
Los isótopos son átomos que pertenecen al mismo elemento, pero se diferencian en el número de neutrones y por tanto tienen distinto número másico.
IONES Un ión es un átomo o grupo de átomos cargados eléctricamente, bien porque han perdido electrones, o bien porque los han ganado. La carga del ión es la diferencia entre el número de protones y electrones del átomo. Clases de iones: 1. Cationes: iones positivos, porque el átomo ha perdido electrones. Ejemplo: 2. Aniones: iones negativos, porque el átomo ha ganado electrones. Ejemplo: 23 11 Na 16 8O + 2
Iones CATIÓN ANIÓN 3 + 3 Li neutro 8 + 8 O neutro Átomo de litio (Li) Átomo de oxígeno (O) 3 + 2 Li + catión 8 + 10 O 2 anión
La masa de los átomo y las moléculas Los átomos son tan pequeños que su masa no se puede medir directamente. Por lo tanto hay que utilizar un sistema de masas relativas.
Radiactividad La radiactividad es un fenómeno en el cual, los núcleos de átomos que no son estables (suelen ser aquellos que tienen un número de neutrones muy superior al de protones), emiten partículas y radiaciones de forma espontánea hasta que consiguen estabilizarse. Esto hace que los núcleos de un elemento se transformen en núcleos de otro elemento diferente. Estos núcleos de isótopos radiactivos se denominan radioisótopos. Las partículas y radiaciones que pueden ser emitidas son: - Partículas alfa (α): Formadas por 2 protones y 2 neutrones (núcleos de helio). Su carga es positiva y son emitidas a gran velocidad. Tienen poco poder de penetración. - Partículas beta (β): Son electrones que se desplazan a gran velocidad. Tienen mayor poder de penetración que las partículas alfa. - Rayos gamma (γ): Son radiaciones de alta energía, que se propagan a la velocidad de la luz. Son muy penetrantes, sólo son detenidos por gruesas capas de plomo u hormigón.
Fisión nuclear La fisión nuclear consiste en la rotura de núcleos de átomos "grandes" mediante bombardeo con neutrones, dando lugar a dos o más núcleos de átomos "pequeños" y algunas otras partículas. Además se libera gran cantidad de energía. Fusión nuclear La fusión nuclear es un proceso en el que núcleos de átomos muy pequeños se unen para dar núcleos de átomos mayores.
Residuos nucleares
Sistema periódico Después de Dalton muchos científicos intentaron buscar relaciones entre los diferentes elementos químicos y al irse descubriendo nuevos elementos intentaron clasificarlos por similitud de propiedades físicas y/o químicas. Esto ocurría a mediados del siglo XIX El químico ruso Dimitri Mendeleiev propuso en 1869 una ordenación de los elementos conocidos hasta entonces (63) en filas y columnas por orden creciente de masa atómicas. Colocó los elementos de propiedades parecidas en columnas y en algunos casos alteró el orden de masas atómicas crecientes para conservar las propiedades similares entre los elementos de la misma columna.
Sistema periódico En la actualidad se conocen 118 elementos distintos que se clasifican en orden creciente de número atómico agrupándose en una tabla de 18 columnas o grupos y 7 filas o períodos Los elementos de propiedades similares se encuentran en el mismo grupo Ley Periódica: Las propiedades físicas y químicas varían de forma regular cuando se ordenan los elementos por orden creciente de número atómico.
Sistema periódico Los elementos que tienen el mismo número de electrones en el último nivel de energía ocupado tienen propiedades químicas muy parecidas, ya que éstas dependen del número y distribución de electrones de la última capa o nivel, llamada capa de valencia. Por esto, los elementos de propiedades parecidas pertenecen al mismo grupo, ya que estos elementos tienen la misma estructura electrónica más externa.
Sistema periódico Según su comportamiento químico los elementos se dividen en metales y no metales. Los metales se encuentran a la izquierda de la tabla y son mayoría. Los no metales se encuentran a la derecha del sistema. El grupo 18 es el de los gases nobles o inertes.
Sistema periódico Algunos grupos de elementos tienen nombres característicos: