Materia y Estructura Atómica

Acuerdo 286
Química
Materia y Estructura Atómica
Recopiló: M.C. Macaria Hernández Chávez
Elementos compuestos y átomos
La clasificación básica de
la materia muestra a los
elementos y compuestos.
Hemos visto que las soluciones son mezclas homogéneas y en general podemos definir a
las mezclas, ya sean homogéneas o heterogéneas, como la materia que resulta de la unión
aparente (no química) de dos o más sustancias, las cuales reciben el nombre de
componentes.
Como características de las mezclas podríamos mencionar las siguientes:
•Las partes que las forman no pierden sus propiedades originales.
•Durante su formación no hay manifestaciones de energía.
•La proporción de los componentes es variable.
•Sus componentes se pueden separar por medios físicos.
•L a sal, el agua, el alcohol son compuestos y el azufre, sodio, cloro, son elementos,
como se mostró en el cuadro.
Por elemento entendemos una sustancia simple, elemental, que no puede descomponerse en
otras más sencillas mediante procedimientos químicos ordinarios. Son elementos: el hierro, el
aluminio, la plata, el cobre, el carbono, el oxígeno, etc.
Cobre
Hierro
Aluminio
Plata
Un compuesto es una sustancia homogénea que
resulta de la unión química de dos o más
elementos y por lo tanto puede experimentar
descomposición ulterior. Son compuestos: el
agua, la sal, el ácido sulfúrico, el dióxido de
carbono, el alcohol etílico, el azúcar, el benceno,
el butano y cientos de miles más.
Diamante
A las partes que forman un compuesto se les llama constituyentes; por ejemplo: los
constituyentes del agua son el hidrógeno y el oxígeno, de la sal común (el cloruro de sodio)
son el sodio y el cloro; del ácido sulfúrico son el hidrógeno, el azufre y el oxígeno.
Las partes que los forman pierden
sus propiedades originales.
Durante
su
formación
hay
manifestaciones de energía.
La proporción de los constituyentes
que forman un compuesto es fija.
Únicamente, se pueden separar los
constituyentes por medios químicos.
Con respecto a la característica de que los compuestos únicamente se pueden separar por
medios químicos, podemos indicar que, por ejemplo, al separar los constituyentes del agua se
obtienen dos sustancias completamente diferentes. Las dos son gaseosas; una de ellas es
combustible (e hidrógeno) la otra comburente (el oxígeno). Esto indica que el agua se ha
transformado en otras sustancias cuya estructura íntima es distinta: ha ocurrido un cambio
químico.
H2
O2
El compuesto estable agua se puede descomponer en
gas hidrógeno y gas oxígeno al pasar una corriente
eléctrica a través de él.
Hasta ahora hemos establecido algunos conceptos generales, partiendo de la clasificación de
la materia y de que ésta tiene la misma estructura química: está formada por átomos y
moléculas, pero ¿qué es una molécula?, ¿qué es un átomo?
Para dar respuesta a estas preguntas, consideremos las siguientes sustancias: agua, sal
(cloruro de sodio) y oxígeno.
Las tres están constituidas por moléculas, es decir, si las dividimos hasta obtener la última
partícula de agua, sal y oxígeno, lo que tendríamos sería una molécula de cada una de las
sustancias.
Una molécula de agua es la partícula más pequeña que sigue siendo agua, una molécula de
oxígeno es la partícula más pequeña de esta sustancia que sigue siendo oxígeno. En
resumen, una molécula es la menor porción en que la materia puede dividirse por medios
físicos y que conserva las características de las sustancias.
Ahora bien, considerando las moléculas de las sustancias que hemos mencionado como
ejemplo (agua, sal y oxígeno), las del agua están formadas por tres partículas más
pequeñas, las de sal, por dos y las del oxígeno por dos partículas. Estas partículas que
forman las moléculas son los átomos.
La molécula del agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, la de
sal por uno de sodio y otro de cloro, y la del oxígeno por dos átomos de oxígeno.
Como se deduce, las moléculas de agua están formadas por átomos de distinta clase, lo
mismo las de sal, ya que estas sustancias son compuestos. Las de oxígeno, que es un
elemento, están formadas por átomos de la misma clase.
En general, los compuestos son sustancias cuyas moléculas están formadas por dos o
más clases de átomos,
Los elementos son sustancias cuyas estructura está formada por uno o más átomos de la
misma clase.
El átomo es la partícula más pequeña en que se puede dividir la materia, mediante
procedimientos químicos, que intervienen en los cambios o reacciones químicas.
Estructura atómica
El átomo es la partícula más pequeña de un elemento químico que mantiene su
identidad a través de cambios físicos y químicos. Los átomos están constituidos por un
núcleo y una corteza electrónica. En el primero se encuentran partículas cargadas
positivamente, llamadas protones y partículas neutras llamadas neutrones. En la
segunda, se encuentran partículas cargadas negativamente, llamados electrones.
Debido a la extrema pequeñez de los átomos, su masa no puede ser determinada
mediante el uso de instrumento alguno, y para poder mensurarlas, se ideó una unidad
acorde: la unidad de masa atómica o uma, que se define como 1/12 de la masa del
átomo de 12C (carbono 12), y equivale a 1,67 x 10-24 g. Las propiedades y ubicación de
las partículas subatómicas fundamentales se encuentran resumidas en el siguiente
cuadro:
El átomo consiste en núcleos positivamente cargados, muy pequeños y densos, rodeados por
nubes de electrones a distancias del núcleo relativamente grandes.
A lo largo dela historia, han surgido diversos modelos que tratan de explicar la configuración del
átomo así como sus componentes (neutrones y protones en el núcleo; electrones alrededor del
núcleo).
Estructura del átomo
En el átomo distinguimos dos partes: el núcleo y la corteza.
- El núcleo es la parte central del átomo y contiene partículas con carga positiva, los protones,
y partículas que no poseen carga eléctrica, es decir son neutras, los neutrones. La masa de un
protón es aproximadamente igual a la de un neutrón.
Todos los átomos de un elemento químico tienen en el núcleo el mismo número de protones.
Este número, que caracteriza a cada elemento y lo distingue de los demás, es el número
atómico y se representa con la letra Z.
- La corteza es la parte exterior del átomo. En ella se encuentran los electrones, con carga
negativa. Éstos, ordenados en distintos niveles, giran alrededor del núcleo. La masa de un
electrón es unas 2000 veces menor que la de un protón. Los átomos son eléctricamente
neutros, debido a que tienen igual número de protones que de electrones. Así, el número
atómico también coincide con el número de electrones.
Historia: modelos atómicos
Desde la Antigüedad, el ser humano se ha cuestionado de qué estaba hecha la materia.
Unos 400 años antes de Cristo, el filósofo griego Demócrito consideró que la materia
estaba constituida por pequeñísimas partículas que no podían ser divididas en otras más
pequeñas. Por ello, llamó a estas partículas átomos, que en griego quiere decir
"indivisible". Demócrito atribuyó a los átomos las cualidades de ser eternos, inmutables e
indivisibles. Sin embargo las ideas de Demócrito sobre la materia no fueron aceptadas por
los filósofos de su época y hubieron de transcurrir cerca de 2200 años para que la idea de
los átomos fuera tomada de nuevo en consideración.
Número atómico
El número atómico de un elemento corresponde al número de protones que contiene cada
uno de sus átomos. Se identifica con la letra Z. En base a este número se ubican los
elementos en la tabla periódica. Z define al elemento. A cada átomo con un número
atómico determinado se le asigna un símbolo por el cual se lo reconoce. En otras
palabras, los átomos del mismo elemento tendrán igual Z, y los de elementos diferentes,
diferente Z.
Por ejemplo: Z=11 corresponde al elemento Na.
Al elemento Fe le corresponde el Z=26
Número másico
El número másico de un átomo se define como la suma del número de protones y de
neutrones que posee y se representa con la letra A.
La vinculación entre A y Z está dada:
A = Número de protones + Número de neutrones
A = Z + Número de neutrones
Debido a que las partículas nucleares son las que poseen masa apreciable, siendo la de
cada una de ellas de aproximadamente 1 uma, el número de estas partículas da la masa del
átomo expresado en umas.
Por ejemplo: Un átomo del elemento K (potasio) posee 19 protones y 20 neutrones, lo que
determina que A=39 y la masa atómica será 39 umas.
Símbolo nuclear
Se representa al átomo con el símbolo del elemento que le corresponde; a la izquierda y
arriba del símbolo se escribe el número másico (A) y a la izquierda y abajo se coloca el
número atómico (Z).
siendo X el símbolo del elemento
Ejemplo:
35
17
Cl
significa que ese átomo de cloro posee en su núcleo 17 protones, y 35-17=18 neutrones.
Por ser una estructura neutra, tendrá 17 electrones en la corteza electrónica.
Isótopos
La suma del número de protones y el número de neutrones de un átomo recibe el nombre
de número másico y se representa con la letra A. Aunque todos los átomos de un mismo
elemento se caracterizan por tener el mismo número atómico, pueden tener distinto
número de neutrones. Llamamos isótopos a las formas atómicas de un mismo elemento
que se diferencian en su número másico. Es decir, son átomos que poseen igual número
de protones y diferente número de neutrones, es decir que son átomos del mismo
elemento y de diferente número de neutrones, o en otras palabras, de igual Z y de
diferente A.
Para representar un isótopo, hay que indicar el número másico (A) propio del isótopo y el
número atómico (Z), colocados como índice y subíndice, respectivamente, a la izquierda
del símbolo del elemento.
Por ejemplo: 14
6
C
12
6
C
Muchos elementos existen en la naturaleza formando varios isótopos aunque normalmente
uno de ellos es más abundante que el resto. En la Figura se muestra el ejemplo
correspondiente al Ne:
Iones
Las estructuras cargadas positivamente o negativamente se denominan iones:
-Con carga positiva: cationes.
- Con carga negativa: aniones.
Cuando dos o más átomos se acerquen serán los electrones los que interaccionan debido a
que forman la corteza del átomo; de ese modo, puede ocurrir que los electrones sean
transferidos de un átomo a otro (como discutiremos más adelante).
Si un átomo neutro capta uno o más electrones, éstos no podrán ser neutralizados por la
carga del núcleo, por lo que la estructura adquirirá carga negativa, transformándose en un
anión.
Si un átomo neutro cede uno o más electrones, prevalecerá la carga nuclear y la estructura
adquirirá carga positiva, transformándose en un catión.
Números atómicos de los elementos.
El número atómico de un elemento es el número de protones en el núcleo de un átomo del
elemento. El número atómico determina la identidad de un átomo. Por ejemplo, todos los
átomos con número atómico igual a 1 son de hidrógeno, y tienen un protón en su núcleo.
Todo átomo con número atómico igual a 8 es un átomo de oxígeno, y tiene 8 protones en su
núcleo. Todo átomo con número atómico 92 es de uranio, y cuenta con 92 protones en el
núcleo. El número atómico no sólo indica el número de cargas positivas en el núcleo, sino
también el número de electrones del átomo neutro.
Número atómico = número de protones en el núcleo
Los números atómicos de todos los elementos aparecen en la tabla periódica.
Número de masa = (suma de los números de protones y neutrones).