Química - Estructura Atómica

PRECIPITADOS
1.-) INTRODUCCION. ESTRUCTURA DE UN ATOMO.
Atomo, la unidad más pequeña posible de un elemento químico. En la filosofía de la antigua
Grecia, la palabra “átomo” se empleaba para referirse a la parte de materia más pequeño que
podía concebirse. Esa “partícula fundamental”, por emplear el término moderno para ese
concepto, se consideraba indestructible. De hecho, átomo significa en griego “no divisible”. El
conocimiento del tamaño y la naturaleza del átomo avanzó muy lentamente a lo largo de los
siglos ya que la gente se limitaba a especular sobre él.
Con la llegada de la ciencia experimental en los siglos XVI y XVII, los avances en la teoría
atómica se hicieron más rápidos. Los químicos se dieron cuenta muy pronto de que todos los
líquidos, gases y sólidos pueden descomponerse en sus constituyentes últimos, o elementos.
Por ejemplo, se descubrió que la sal se componía de dos elementos diferentes, el sodio y el
cloro, ligados en una unión íntima conocida como compuesto químico. El aire, en cambio,
resultó ser una mezcla de los gases nitrógeno y oxígeno.
Los griegos creían que el átomo era la partícula indivisible de la materia, por eso átomo
significa indivisible.
En el siglo XVIII Lavoisier revolucionó la concepción de la química con la ley de la conservación
de la masa.
Mas tarde Dalton y Proust introdujeron la idea de la materia como la unión de miles de
partículas indivisibles.
La teoría de Bohr incluso perfeccionada por Sommerfeld, solo podía aplicarse al átomo de
hidrógeno y a iones con un solo electrón. Para intentar explicar los aspectos de los demás
átomos se modifica la teoría de Bohr imaginando un modelo adecuado de órbitas y electrones
que se mueven en ellas, el cual se conoce como modelo vectorial del átomo.
2.-) LEY DE LA CONSERVACION DE LA MATERIA
La masa de un sistema permanece in variable sea cual sea la transformación que sufra dentro
de él; esto es, en términos químicos, la masa de los cuerpos reaccionantes es igual a la masa
de los productos resultantes de la reacción. Esta ley se considera enunciada por Lavoisier,
pues si bien era utilizada en las teorías de trabajo por químicos anteriores a él, se debe a
Lavoisier su confirmación y generalización.
Un ensayo riguroso de esta ley fue elaborado por Landau (fundador de las tablas químico físicas constantes de Landau – Brönsted) entre 1893 y 1809. No encontrándose diferencia
alguna entre el sistema antes y después de verificarse la reacción.
La ley de la conservación de la materia no es absolutamente exacta. En la física actual la
materia y la energía son la misma esencia, pues no sólo la energía tiene un peso, y por lo tanto
una masa, si no que la materia es una forma de energía que puede transformarse en otra
forma distinta de energía.
Esta ley dice que la materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma.
Cogemos 1,5 gramos de AgNO3 y lo disolvemos el agua, lo ponemos en contacto con cobre y
se crea Ag, que pesa 0,88. Luego esta a esta plata se le añade HNO3 y se vuelve a crear
AgNO3 que ahora debería pesar 1,5 g, pero al haber perdido un poco en los pasos anteriores,
por ejemplo impregnada en la barilla oxidación que se haya caído del vaso, pesa 1,46g. Ahora
este AgNO3 se mezcla con 1g NaCl y se forma un sólido, se filtra y la disolución se deja
evaporar, se pesan las dos sustancias y al sumarlas tiene que dar 2,5g, uno de NaCl y 1,5 de
AgNO3 pero al haber perdido otra vez sólo pesa 2,44g. Si la practica se hubiera realizado
perfectamente pesaría mas, porque en los primeros pasos se ha arrastrado un poco de cobre.
2 AgNO3 + Cu → 2Ag + CuNO3
Ag + HNO3 → HNO2 + AgNO3
AgNO3 + NaCl → AgCl + NaNO3
3.-) LEY DE LAS PROPORCIONES DEFINIDAS
Dos substancias que reaccionan para dar una tercera se combinan en una reacción constante.
También llamada ley de la composición constante, establecida por Proust en 2801, según la
cual cuando dos o más elementos se combinan pare formar un determinado compuesto, lo
hacen en una reacción de peso invariable.
A +B → C 2A = C B=C
MASA DE A MASA DE B MASA DE C SOBRA DE A
0,85
6,3
3,2
6,7
14
8,4
1,5
12,6
6,4
0
0
0
SOBRA DE B
5
1,7
2
Joseph Louis Proust: Nacido en 1754 y muerto en 1826, químico francés, conocido por haber
formulado la ley química de las proporciones definidas, llamada algunas veces ley de Proust.
Nació en Angers y se estableció en París. En 1789 se trasladó a España, donde ejerció la
enseñanza y dirigió un laboratorio bajo la protección de Carlos IV. Regresó a Francia en 1808 y
vivió retirado el resto de su vida. Su ley de las proporciones definidas establece que los
elementos de un compuesto están todos presentes en una proporción fija en masa,
independientemente de cómo se prepare el compuesto. Proust incluyó la ley en un ensayo que
publicó en 1794. Sin embargo, esta ley no fue aceptada totalmente hasta que el químico sueco
Jöns Jacob Berzelius le dio crédito en 1811. Proust también descubrió el azúcar de uva, lo que
hoy se denomina glucosa. En 1816 fue elegido miembro de la Academia Francesa de Ciencias.
La ley de las proporciones definidas, puede servirnos como ejemplo de la aplicación del
método científico. Observamos, por ejemplo, que en contacto con el aire el hierro se corroe y
otros metales, como e zinc y el aluminio se transforman a su vez en substancias distintas.
Estos hechos nos permiten elaborar esta conclusión general: “bajo la acción del aire los
metales se corroen”.
La siguiente etapa consiste en estudiar la naturaleza de los productos de la reacción de
corrosión. Si se deja transformas por completo un peso conocido de hierro, hayamos que el
producto tiene una masa mayor que el hierro primitivo. Lo mismo ocurre con el cinc oxidación el
aluminio corroídos, oxidación sea, algo se ha agregado al metal para corroerlo.
La ley de las proporciones definidas no fue inmediatamente aceptada por Berthollet
(colaborador de Lavoisier en la nueva nomenclatura química), el cual, al establecer que
algunas reacciones químicas son limitadas, defendía la idea de que la composición de los
compuestos era variable. Después de numerosos experimentos pudo reconocerse en 1807 la
exactitud de la ley de Proust. No obstante, ciertos compuestos sólidos muestran una pequeña
variación en su composición por lo que reciben el nombre de <<berthóllidos>>. Los
compuestos de composición fija y definida reciben el nombre de <<daltónicos>> en honor a
Dalton.
4-.) LEY DE LAS PROPORCIONES MULTIPLES
La ley de Proust no impide que dos o mas elementos se unan en distintas proporciones para
formar de acuerdo con dicha ley distintos compuestos. Así por ejemplo el oxígeno y el cobre se
unen en dos proporciones distintas formando dos óxidos de cobre que contienen 79,90% y
88,83% de cobre. Si calculamos la cantidad de cobre combinado con un mismo peso de
oxígeno, se obtiene en cada caso:
Las dos proporciones son, aproximadamente, una el doble de la otra y, por tanto, los pesos de
cobre que se unen con un mismo peso de oxígeno para formar el óxido están en la relación de
I es igual a II.
En la investigación de otros casos en los que dos elementos se unen en varias proporciones se
obtienen resultados análogos, por lo que puede enunciarse la siguiente generalización: “Las
cantidades de un mismo elemento que se unen con una cantidad fijada de otro elemento para
formar en cada caso un compuesto distinto están en la relación de números enteros sencillos.
Este enunciado constituye la ley de las proporciones múltiples formulada por Dalton (Fundador
de la teoría atómica), en 1803 como resultado su teoría atómica y establecida definitivamente
para un gran número de compuestos por Bercelius.
5.-) TEORIA ATOMICA DE DALTON
A través de todas la teorías anteriores Dalton dedujo su teoría atómica.
John Dalton, profesor y químico británico, estaba fascinado por el rompecabezas de los
elementos. A principios del siglo XIX estudió la forma en que los diversos elementos se
combinan entre sí para formar compuestos químicos. Aunque muchos otros científicos,
empezando por los antiguos griegos, habían afirmado ya que las unidades más pequeñas de
una sustancia eran los átomos, se considera a Dalton como una de las figuras más
significativas de la teoría atómica porque la convirtió en algo cuantitativo. Dalton mostró que los
átomos se unían entre sí en proporciones definidas. Las investigaciones demostraron que los
átomos suelen formar grupos llamados moléculas. Cada molécula de agua, por ejemplo, está
formada por un único átomo de oxígeno (O) y dos átomos de hidrógeno (H) unidos por una
fuerza eléctrica denominada enlace químico, por lo que el agua se simboliza como HOH o
H2O.
Todos los átomos de un determinado elemento tienen las mismas propiedades químicas. Por
tanto, desde un punto de vista estrictamente químico, el átomo es la entidad más pequeña que
hay que considerar. Las propiedades químicas de los elementos son muy distintas entre sí; sus
átomos se combinan de formas muy variadas para formar numerosísimos compuestos
químicos diferentes. Algunos elementos, como los gases nobles helio y argón, son inertes; es
decir, no reaccionan con otros elementos salvo en condiciones especiales. Al contrario que el
oxígeno, cuyas moléculas son diatómicas (formadas por dos átomos), el helio y otros gases
inertes son elementos monoatómicos, con un único átomo por molécula.
John Dalton (1766-1844), químico y físico británico, que desarrolló la teoría atómica en la que
se basa la ciencia física moderna. Nació el 6 de septiembre de 1766, en Eaglesfield,
Cumberland (hoy Cumbria), hijo de un tejedor. Fue educado por su padre en una escuela
cuáquera en su ciudad natal, en donde comenzó a enseñar a la edad de 12 años. En 1781 se
trasladó a Kendal, donde dirigió una escuela con su primo y su hermano mayor. Se fue a
Manchester en 1793 y allí pasó el resto de su vida como profesor, primero en el New College y
más tarde como tutor privado. Murió el 27 de julio de 1844 en Manchester.
Dalton comenzó una serie de observaciones meteorológicas en 1787 que continuó durante 57
años, acumulando unas 200.000 observaciones y medidas sobre el clima en el área de
Manchester. El interés de Dalton por la meteorología le llevó a estudiar un gran número de
fenómenos así como los instrumentos necesarios para medirlos. Fue el primero en probar la
teoría de que la lluvia se produce por una disminución de la temperatura, y no por un cambio
de presión atmosférica.
Sin embargo, a la primera obra de Dalton, Observaciones y ensayos meteorológicos (1793), se
le prestó muy poca atención. En el año siguiente presentó un ensayo sobre el daltonismo, un
defecto que él mismo padecía, en la Sociedad Filosófica y Literaria de Manchester. El ensayo
fue la primera descripción de este fenómeno, denominado así por el propio Dalton.
Su contribución más importante a la ciencia fue su teoría de que la materia está compuesta de
átomos de diferentes masas que se combinan en proporciones sencillas para formar
compuestos. Esta teoría, que Dalton formuló primeramente en 1803, es la piedra angular de la
ciencia física moderna. En 1808 se publicó su obra Nuevo sistema de filosofía química. En este
libro listaba las masas atómicas de varios elementos conocidos en relación con la masa del
hidrógeno. Sus masas no eran totalmente precisas pero constituyen la base de la clasificación
periódica moderna de los elementos. Dalton llegó a su teoría atómica a través del estudio de
las propiedades físicas del aire atmosférico y de otros gases. En el curso de la investigación
descubrió la ley de las presiones parciales de los gases mezclados (conocida como la ley de
Dalton), según la cual, la presión ejercida por una mezcla de gases es igual a la suma de la
presiones parciales que ejercería cada uno de los gases si él solo ocupara el volumen total de
la mezcla.
En 1804 y 1809 fue invitado a impartir unos cursos a la Institución Real de Londres. Fue
admitido como miembro de la Sociedad Real en 1822 y se le concedió la medalla de oro de la
Sociedad en 1826. En 1830 Dalton se convirtió en uno de los ocho socios extranjeros de la
Academia de Ciencias Francesa.
Las leyes ponderadas de las combinaciones químicas encontraron una explicación satisfactoria
en la teoría formulada por Dalton en 1803 y publicada en 1808.
La teoría atómica de Dalton consta de tres postulados:
1) Los elementos están constituidos por átomos consistentes en partículas materiales divididas
e indestructibles.
2) Los átomos de un mismo elemento tienen la misma masa y son iguales en todas las demás
cualidades.
3) Los compuestos se forman por la unión de átomos de los correspondientes elementos en
una relación numérica sencilla. Los átomos de un determinado compuesto son a su vez
idénticos en masa y en todas sus propiedades.
Las suposiciones de Dalton permiten explicar fácilmente las leyes ponderables de las
composiciones químicas ya que la composición en peso de un determinado compuesto viene
determinada por el número y peso de los átomos elementales que integran el átomo del
compuesto.
La teoría atómica constituyó sólo una hipótesis de trabajo, muy fecunda en el desarrollo
posterior de la química. Pues no fue hasta finales del siglo XIX, cuando entonces fue aceptada
al conocerse pruebas físicamente concluyentes de la existencia real de átomos, que eran
entidades complejas formadas a partir de partículas más sencillas, y que los átomos de un
mismo elemento tenían en muchísimos caso masa distinta. Estas modificaciones
sorprendentes de la ideas de Dalton a cerca de la naturaleza de los átomos invalidan, en el
campo de la química los resultados brillantes de la teoría atómica.
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