Tema 4 - iestmdivac

TEMA 4
LOS ÁTOMOS
1. LA EXISTENCIA DE LOS ÁTOMOS
Hay muchos fenómenos en la vida cotidiana que inducen a pensar que la materia está compuesta por
partículas:
-Al añadir una gota de tinta o de colorante a un recipiente con agua, la mancha coloreada se expande
hasta abarcar todo el recipiente.
-Si se añade una pizca de sal (o de azúcar) a un vaso con agua, al poco tiempo cualquier parte del
agua ha adquirido un sabor salado (o dulce).
-Al destapar un frasco con perfume, el olor se extiende rápidamente por toda la habitación.
La materia está constituida por partículas denominadas átomos.
En la actualidad los potentes microscopios de «efecto túnel» permiten visualizar los átomos de una
sustancia química.
2. MODELOS ATÓMICOS
El concepto de átomo existe desde la antigua Grecia: Demócrito (s. IV a.C.) : todas las cosas están
compuestas de partículas diminutas e indivisibles llamadas átomos.
La primera teoría atómica de la materia fue propuesta por el británico John Dalton en 1803. Dice que la
materia está constituida por átomos indivisibles que no se modifican en las reacciones químicas
El físico inglés J. J. Thomson demostró en 1897 la existencia de unas partículas con carga eléctrica
negativa que denominó electrones y concluyó que el electrón era un constituyente fundamental del
átomo.(Como una bolita de carga positiva co electrones incrustados)
En 1911, el científico inglés Ernest Rutherford propuso que la mayor parte de la masa del átomo estaba
concentrada en una parte muy pequeña del mismo, el núcleo y el resto estaba prácticamente vacío.
Modelo atómico nuclear
En el modelo atómico nuclear el átomo se compone de núcleo y corteza.
El núcleo es muy pequeño en comparación con el volumen total del átomo y concentra casi toda
la masa del mismo. Consta de dos tipos de partículas: los protones, con carga eléctrica positiva, y los
neutrones, eléctricamente neutros. El núcleo tiene, por tanto, carga eléctrica positiva. La masa del
neutrón es ligeramente superior a la del protón.
En la corteza están los electrones moviéndose en torno al núcleo. La carga del electrón es igual
que la del protón, pero de signo contrario. Su masa es aproximadamente 1840 veces menor que la del
protón.
En un átomo hay el mismo número de electrones en la corteza que de protones en el núcleo; el
átomo es, en consecuencia, eléctricamente neutro.
Protones (carga positiva)
Núcleo
Neutrones (sin carga eléctrica)
Átomo
Corteza
Electrones (carga negativa)
1
3. NÚMERO ATÓMICO. ISOTOPOS. MASA ATÓMICA
NÚMERO ATÓMICO
El número de protones que tiene un átomo se denomina número atómico (Z). En un átomo neutro
existen el mismo número de protones que de electrones.
Número atómico (Z) = número de protones = número de electrones
Cada elemento está caracterizado por su número atómico.
NÚMERO DE MASA
El número de masa o número másico (A) de un átomo es el número de partículas que hay en su
núcleo, es decir, la suma del número de protones (Z) y del número de neutrones (n) del átomo:
Número de masa (A) = número de protones (Z) + número de neutrones (n)
Un núcleo se suele representar como ZA X , siendo A el número másico, Z el número atómico y X el símbolo del
elemento. Por ejemplo, el núcleo de helio es 24 He ; el núcleo de oxígeno es 168O .
ISÓTOPOS
Se denominan isótopos los átomos que tienen el mismo número atómico, pero distinto número
másico; es decir, tienen el mismo número de protones, pero distinto número de neutrones.
Dos átomos isótopos pertenecen al mismo elemento porque tienen el mismo número atómico; se distinguen por el
número másico. Por ejemplo, el carbono 14 tiene número atómico 6 y número másico 14; en cambio, el carbono 12
tiene número atómico 6 y número másico 12,
MASA ATÓMICA
Las masas de los átomos son cantidades muy pequeñas y no es práctico expresarlas en unidades
internacionales (gramos o kilogramos). Se establecen por comparación con otros átomos tomando uno
como unidad.
La unidad de masa atómica (u) se ha fijado arbitrariamente igual a la doceava parte de la masa del
isótopo de carbono llamado C-12. La masa atómica del carbono medida en unidades de masa atómica
es, por tanto, 12. La masa atómica del hidrógeno, el átomo más ligero, es 1,00797 u.
Masa atómica de un elemento es la masa de uno de sus átomos medida en unidades de masa
atómica (u).La unidad de masa atómica equivale a 1,66 .10-27kg.
Si un elemento tiene varios isótopos, se toma como valor de su masa atómica el valor promedio de las
masas de los isótopos. Por este motivo, las masas de muchos elementos del sistema periódico se expresan
mediante números decimales. Por ejemplo: Cl = 35,45 u, B = 10,81 u, etc.
Elementos
Masa atómica (u)
Partículas
Masa atómica (u)
H
C
N
Cl
Fe
1,0
12,0
14,0
35,5
55,8
Protón
Neutrón
Electrón
1,00728
1,00867
0,000548
Hidrógeno
Carbono
Nitrógeno
Cloro
Hierro
1. Calcular el número de protones, de electrones y de neutrones de los siguientes isótopos del
oxígeno: oxígeno 16 y oxígeno 18.
2. La masa atómica del cloro es 35,5 u. ¿Cuál es su masa atómica expresada en gramos?¿Qué
diferencia hay entre número másico y masa atómica?
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4. LA CORTEZA ATÓMICA
En la corteza se encuentran los electrones moviéndose alrededor del núcleo atómico.
Los electrones se distribuyen en la corteza en capas o niveles. En cada capa pueden situarse un número
máximo de electrones: 2 electrones en la 1ª (denominada capa K), 8 electrones en la 2ª (capa L), 18
electrones en la 3ª (capa M), 32 electrones en la 4ª (capa N), etc.
Los electrones situados en la última capa se denominan electrones de valencia.
Elemento
Hidrógeno
Helio
Litio
Berilio
Boro
..
Neón
Sodio
Magnesio
..
Argón
Potasio
Calcio
Símbolo
H
He
Li
Be
B
..
Ne
Na
Mg
..
Ar
K
Ca
Z
1
2
3
4
5
..
10
11
12
..
18
19
20
1ª capa (K)
Nº electrones
2ª capa (L)
3ª capa (M)
4ª capa (N)
1
2
2
2
2
..
2
2
2
..
2
2
2
1
2
3
..
8
8
8
..
8
8
8
1
2
1
2
..
8
8
8
3. ¿Qué partículas hay en el núcleo de un átomo del isótopo oxígeno 18 (Z = 8)? ¿Cómo se
distribuyen los electrones en su corteza?
4. ¿Cuántos protones y neutrones tienen los isótopos carbono 14 y cloro 35?
5. IONES
Los iones son átomos que han perdido o ganado electrones en su corteza electrónica.
Si un átomo neutro pierde electrones, queda con un exceso de carga positiva y se transforma en
un ión positivo o catión; por ejemplo, si un átomo de sodio pierde un electrón, se transforma en el ión
positivo Na+, si un átomo de calcio pierde dos electrones, se transforma en el ión Ca2+.
Si un átomo neutro gana electrones, adquiere un exceso de carga negativa y se transforma en un
ión negativo o anión. Por ejemplo, si el átomo de cloro toma un electrón, se convierte en el ión negativo
Cl-; si un átomo de oxígeno gana dos electrones, se convierte en el ión O2-.
5. Completar el siguiente cuadro para los iones Ca2+ (Z = 20, A = 40), 02- (Z = 8, A = 16), Na+ (Z =
11, A = 23) y Cl- (Z = 17, A = 35):
Nº electrones:
Ion Nº protones Nº netrones 1ª capa 2ª capa 3ª capa
Ca2+
02Na+
Cl6. ¿En qué se transforma un átomo de hierro cuando pierde dos electrones?
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6. ORDENACIÓN DE LOS ELEMENTOS. SISTEMA PERIÓDICO
Hacia 1870, el químico ruso D. Mendeleiev y el alemán J. L. Meyer propusieron ordenar los elementos
según valores crecientes de su masa atómica. El científico inglés Henry Moseley propuso ordenar los
elementos químicos según valores crecientes de su número atómico, es decir, su número de protones.
Actualmente se conocen 109 elementos diferentes, aunque los últimos son elementos artificiales
que no existen en la naturaleza. Se pueden predecir las propiedades de nuevos elementos a partir
de su posición en el sistema periódico.
El sistema periódico de los elementos consta de filas denominadas periodos y de columnas denominadas
grupos.
 Los elementos de un mismo grupo tienen propiedades químicas similares porque tiene
el mismo número de electrones de valencia.
Ejemplo: Be (2,2); Mg (2,8,2); Ca (2,8,8,2); Sr (2,8,18,8,2)

Los elementos de un mismo periodo tienen ele mismo número de niveles o capas y sus
electrones aumentan de uno en uno, al igual que Z.
Ejemplo:2º periodo (2 niveles): Li (2,1); Be (2,2);…….Ne (2,8).
7. ¿Qué relación hay entre la estructural atómica de un elemento y su posición en el sistema
periódico?
7. LAS PROPIEDADES DE LOS ELEMENTOS Y EL SISTEMA PERIÓDICO
TIPOS DE ELEMENTOS
A) Los metales: Están situados en el sistema periódico en la región izquierda y en el centro.
Se caracterizan por su brillo metálico; son sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio, que es
líquido. Son buenos conductores del calor y de la electricidad. Tienen tendencia a formar iones positivos:
Mg2+, Ca2+, Fe3+, Cu+, Ag+, etc.
B) Los no metales: Están situados en el sistema periódico en la región superior derecha. Son
malos conductores del calor y de la electricidad. A temperatura ambiente hay no metales gaseosos (N, O,
F, O), líquidos (Br) y sólidos (S). Tienen tendencia a formar iones negativos: N3-, 02-, O-, etc.
C) Los semimetales: Están situados en el sistema periódico entre los metales y los no metales.
Son sólidos a temperatura ambiente. Forman iones positivos con dificultad.
D) El hidrógeno: No tiene las propiedades características de ningún grupo de elementos ni se le
puede asignar una posición definida en el sistema periódico. Puede formar iones positivos (H+) y
negativos (H-).
E) Los gases nobles: Los gases nobles están situados en la columna de la derecha del sistema
periódico. En condiciones normales no reaccionan con ningún otro elemento y no forman iones. Son
gases nobles el helio (He), el neón (Ne), el argón (Ar), el criptón (Kr) y el xenón (Ar).
REGULARIDADES DE LOS ELEMENTOS EN EL SISTEMA PERIÓDICO:
EI tamaño de los átomos de los elementos es una propiedad que varía de forma periódica
Aumenta al descender en un grupo ya que el factor determinante es el aumento del número de
capas de electrones que tiene el átomo.
Disminuye al avanzar en un periodo porque el factor determinante es el aumento de la carga
positiva del núcleo que ejerce una mayor atracción sobre la corteza electrónica
8. Ordenar de mayor a menor tamaño atómico los siguientes elementos: berilo (Be), boro (B), calcio
(Ca), flúor (F), magnesio (Mg) y nitrógeno (N).
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8. SISTEMA PERIÓDICO Y REACTIVIDAD
Regla del octeto .
Los gases nobles tienen ocho electrones en su última capa, excepto el helio que tiene dos. Son inertes, es
decir, no reaccionan normalmente con otros elementos. Esto induce a considerar que los átomos con ocho
electrones de valencia son muy estables. Los átomos al reaccionar con otros átomos tienden a conseguir
ocho electrones en la última capa.
Regla del octeto: «En la formación de compuestos, los átomos tienden a intercambiar
electrones con otros átomos hasta completar ocho electrones en su última capa».
Reactividad de los metales
Los metales adquieren la configuración de gas noble cediendo electrones de su última capa y formando
iones positivos. Los metales del grupo I A se ionizan más fácilmente que los del grupo II A porque es
más fácil ceder un electrón que dos. Por ello, en un periodo la reactividad de los metales aumenta
hacia la izquierda.
En un grupo, los átomos más voluminosos retienen con menor intensidad los electrones de su última capa,
por lo que se convierten más fácilmente en iones positivos que los de menor tamaño. En un grupo, la
reactividad de los metales aumenta hacia abajo.
Reactividad de los no metales
Los no metales adquieren la configuración de gas noble tomando electrones para completar su octeto. Los
no metales del grupo VII A, que necesitan un electrón para tener ocho, lo completan con más facilidad
que los del grupo VI A, que necesitan dos. En un periodo, la reactividad de los no metales aumenta
hacia la derecha. En un grupo, la reactividad de los no metales aumenta hacia arriba.
Reactividad
no metales
Reactividad
metales
9. Ordenar por orden creciente de reactividad los siguientes metales: berilio, magnesio, potasio y
sodio.
10. Ordenar por orden creciente de reactividad los siguientes no metales: azufre, cloro, flúor y
fósforo.
PROBLEMAS DEL TEMA
11. El número atómico del nitrógeno es 7 y su número másico es 14, Dibujar el esquema de un átomo
de nitrógeno.
12. Completar el siguiente párrafo:
El número atómico del aluminio es 13 y su número másico es 27. El núcleo del átomo de aluminio
tiene .....protones y.... neutrones. En su corteza hay...............
13. El número atómico del uranio es 92, ¿Cuántos protones y cuántos electrones hay en un átomo de
uranio?
14. Calcular el número de electrones, de protones y de neutrones de los siguientes átomos:
28
4
31
14 Si
3 Li
15 P
15. La masa atómica del oro es 197. ¿Qué significa esta afirmación?
5
16. La masa atómica del neón es 20,2. ¿Cuál es su masa atómica expresada en gramos?
17. Describir la distribución de los electrones en capas para los átomos de nitrógeno, neón y sodio,
18. Clasificar como metales, semimetales, no metales o gases nobles los siguientes elementos: litio
(Li), carbono (C), flúor (F), neón (Ne), magnesio (Mg), silicio (Si), potasio (K), hierro (Fe) y
germanio (Ge). ¿Cuáles de los elementos anteriores serán sólidos a temperatura ambiente y
conductores de la electricidad?
19. Calcular el número de protones, el número de electrones y el número de neutrones de los isótopos
del carbono 12C y 14C.
20. Identificar en el sistema periódico el nombre, el símbolo, la masa atómica, el número de protones
y de electrones de los elementos cuyos números atómicos son Z = 5, Z = 30 y Z = 79.
21. Completar, utilizando el sistema periódico, la siguiente tabla:
Nombre
Símbolo
Z
19
34
36
A Nº protones
39
79
84
Nº neutrones Nº electrones
22. Dibujar un esquema de los átomos de litio, silicio y fósforo.
23. ¿Cómo pueden conseguir una configuración de gas noble los átomos siguientes: sodio, calcio,
cloro?
24. Completar el siguiente cuadro para los iones Mg2+(Z = 12, A = 24) y S2- (Z = 16, A = 32):
Nº electrones:
Ion Nº protones Nº netrones 1ª capa 2ª capa 3ª capa
Mg2+
S225. Colocar en orden creciente de tamaño de sus átomos los elementos siguientes: azufre, magnesio,
potasio, calcio, cloro y silicio.
26. Colocar en por orden creciente de reactividad los siguientes metales: calcio (Z = 20), cesio (Z =
55), hierro (Z = 26), potasio (Z = 19) Y cinc (Z = 30).
27. Colocar en orden creciente de reactividad los siguientes no metales: azufre (Z = 16), cloro (2 =
17), flúor (Z = 9) y selenio (Z = 34).
28. Completar la tabla siguiente:
Nº electrones:
1ª capa 2ª capa 3ª capa
Símbolo A Nº protones Nº netrones
O216
+
Na
23
Cl
35
Ca2+
40
¿Algunos de estos iones tienen la misma configuración electrónica que un gas noble? En caso afirmativo,
identificar el gas noble correspondiente a cada ion.
6
7