quimica-guia de estudio
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GUÍA DE ESTUDIO – QUÍMICA Primero Medio Nombre: ____________________________________________________________________________________ Contenidos: Modelos atómicos. Estructura y composición del átomo. Objetivo: Reconocer la estructura e identificar los componentes del átomo. Instrucciones: Lee atentamente cada párrafo y luego contesta cada pregunta de la manera más completa posible. MODELO ATÓMICO DE LA MATERIA El físico Ernest Rutherford; alumno del reconocido Joseph Jonh Thomson, propuso un modelo atómico similar al sistema solar. En el año 1911; en un experimento simple y muy bien acabado, Rutherford demostró que el átomo debía contener un cúmulo de partículas positivas en un espacio mínimo al que denominó núcleo atómico. En la periferia los electrones se acomodaban girando de forma muy rápida para romper la atracción que el núcleo ejerce sobre ellos. A la par realizó muchos trabajos sobre la constitución de la materia, la radiactividad, las transmutaciones y la ionización de los gases. En 1906 midió el cociente e/m de la carga y la masa de las partículas alfa demostrando que estas partículas están formadas por núcleos de helio, recibe el premio Nobel de Física en 1908. Conceptos elementales de química La química puede considerarse como una asignatura que trata de los átomos, de sus uniones y de la energía que sus cambios llevan consigo. Hasta finales del siglo XIX la química era un conjunto de leyes obtenidas de la observación y de la experimentación, fue a partir de principios del siglo XX cuando los conceptos fundamentales de la química se asentaron y pasaron a dirigir el pensamiento de los químicos. Cualquier explicación sobre una reacción química o sobre las propiedades de un determinado material tiene su fundamento en la interpretación que podemos hacer del tipo de átomos que forman las sustancias y como están unidos. Al estallar la primera bomba atómica en Hiroshima, la palabra átomo apareció en los titulares de los periódicos, cuando el estudio de la estructura atómica no estaba aun incluido en los libros escolares de física y química. Hoy en día los calificativos atómico y electrónico forman parte de nuestro vocabulario habitual. Y seguramente olvidamos que nuestra era electrónica proviene de unos modestos experimentos que algunos científicos iniciaron sobre descargas de electricidad en gases hace ya un siglo. La materia El estudio de la materia, sus propiedades y transformaciones ha sido objeto primordial de la humanidad desde la Antigüedad. La Química es la disciplina que estudia la materia y sus transformaciones. La importancia de la química en nuestra sociedad se comprende si observamos nuestro entorno. La cocción de los alimentos, su digestión en el estomago, la acción de un adhesivo, la combustión de un motor,… todos ellos son procesos químicos. Actualmente la química se enfrenta a nuevos retos, investigando materiales más resistentes, ligeros para la investigación espacial, fármacos, superconductores, y también para paliar las consecuencias negativas que provoca su utilización indiscriminada y descontrolada, como es el caso de la contaminación, frente a la cual intervienen sistemas de depuración, procesos de adsorción…. Las propiedades de las sustancias dependen de su propia naturaleza, y esta se comprende cuando se conocen las partículas que las forman y las fuerzas que las mantienen unidas (enlaces). Las partículas que forman la materia se atraen entre sí por fuerzas de tipo eléctrico, según la intensidad de estas fuerzas, la materia la podemos encontrar los estados de agregación sólido, líquido y gaseoso. Modelos atómicos La idea de la existencia de los átomos se remonta al año 500 a. de C. porque Demócrito consideraba la materia formada por partículas indivisibles, llamadas átomos. Teoría de Dalton. Cuando Dalton elaboró su teoría atómica 1803, se conocía la ley de la conservación de la materia, la de proporciones definidas y proporciones recíprocas y proporciones múltiples enunciada por el mismo. La teoría se puede resumir en los siguientes puntos: Los elementos están formados por partículas independientes e indestructibles (átomos). Todos los átomos de un elemento determinado son iguales en masa y en propiedades y diferentes a los de cualquier otro elemento. Los compuestos están formados a partir de átomos de distintos elementos, entre los que se establece una relación numérica sencilla. Las relaciones que se establecen entre los átomos que forman un compuesto, hacen que esté presente unas propiedades características y que su masa sea siempre la misma. Modelo atómico de Thompson. J.J. Thomson, en 1897 estudiando la naturaleza de los rayos catódicos, descubrió el electrón. En su trabajo utilizó un tubo de rayos catódicos. Ampere y Faraday profundizaron en el estudio de la electricidad y la electroquímica sugiriendo una relación íntima entre la materia y las cargas eléctricas. El descubrimiento de las partículas subatómicas comenzó cuando se impuso el tubo de descarga (esquema en la imagen siguiente) como herramienta de investigación en la naturaleza de la materia. - Eran partículas o radiaciones que se alejaban del cátodo en línea recta. Por ello recibieron el nombre de rayos catódicos. - Eran partículas provistas de una gran energía cinética. Por tanto, indicaba que eran partículas materiales y no radiaciones (giraban una rueda de paletas colocada en el camino). - Se comportaban como una corriente eléctrica de carga negativa porque se desviaban hacia la placa positiva al aplicar un campo eléctrico externo. Se comprobó que los rayos catódicos obtenidos con gases diferentes son iguales entre si y que, en todos los casos, las partículas tenían una relación carga / masa idéntica. El valor de esta relación fue determinado por Thomson. Como consecuencia, se dedujo que la electricidad no era una magnitud continua, sino que estaba formada por partículas elementales llamadas electrones. Thomson propuso que el átomo no debía considerarse como una partícula indivisible tal y como decía Dalton, sino que estaba formado por cargas negativas, electrones. Estos estaban incrustados en una masa esférica de densidad uniforme, con carga positiva y naturaleza aun no conocida. El átomo era eléctricamente neutro por lo que la carga negativa total de los electrones era la misma que la positiva de la masa en la que se encontraban incrustados. Este modelo atómico desvelaba la naturaleza de los rayos catódicos (electrones liberados de los átomos del gas) y daba una explicación a que sean idénticos independientemente del gas analizado. Modelo atómico de Rutherford. Becquerel (1896) descubrió la radiactividad natural, lo cual llevo al conocimiento de tres tipos de partículas: - Rayos alfa [α]: partículas con carga positiva - Rayos beta [β]: partículas con carga negativa - Rayos gamma [γ]: naturaleza inmaterial y sin carga. Son ondas electromagnéticas. Todo esto sugería la posibilidad de que los átomos no eran partículas indivisibles. El estudio con más detalle del fenómeno que se produce en el tubo de descarga, revela la existencia de otra radiación. Si se utiliza un cátodo perforado, se observa una radiación de partículas con carga positiva que proviene de los canales abiertos en el cátodo. Por ello, esta nueva radiación recibe el nombre de Rayos Canales. Sus características son las siguientes: - Está formada por partículas con carga positiva porque se dirigen hacia el cátodo e incluso lo atraviesan si presenta orificios o canales. - La relación entre la carga y la masa es diferente según el gas empleado en el tubo. Más tarde, se comprobó que la carga de estas partículas era igual a la del electrón pero de signo contrario, por lo que sugería la existencia de otra partícula subatómica con carga positiva: el protón. Rutherford discípulo de Thomson (1903) empleo las partículas α para determinar la estructura interna de la materia. Cuando estas partículas atravesaban laminas delgadas de metal, se observaba lo siguiente: · La mayoría de las partículas atravesaba la lámina sin desviarse. · Algunas partículas se desviaban de su trayectoria inicial. · Otras partículas rebotaban contra la lámina. Por tanto, estas observaciones no podían explicarse por el modelo de Thomson, que no preveía desviaciones de este tipo. Los resultados de Rutherford le llevaron a establecer un nuevo modelo atómico denominado Modelo Nuclear del átomo. Según este modelo, el átomo está formado por un núcleo y una corteza. - El átomo posee un núcleo central pequeño, con carga positiva y que contiene casi toda la masa del átomo. - La corteza está formada por los electrones, que giran alrededor del núcleo en orbitas circulares. - La suma de las cargas negativas de los electrones debe ser igual a la carga positiva del núcleo, ya que el átomo es eléctricamente neutro. Partículas constituyentes del átomo Al bombardear una muestra de berilio con partículas alfa se detecta una nueva radiación, que carece de carga, es muy penetrante y hace retroceder a los átomos con los que choca. Para explicarlo, se supuso que la radiación estaba formada por neutrones, unas partículas cuya masa es similar a la del protón pero carece de carga. El descubrimiento del neutrón nos permite imaginar un átomo en el que el núcleo atómico está formado por protones y neutrones. De acuerdo con ese modelo, se denomina número másico (A) a la suma de protones y neutrones del núcleo. Se representa por la letra A y determina el isotopo del elemento. Se denomina numero atómico (Z) al número de protones del núcleo. Se representa por la letra Z y determina el elemento de que se trata. Por tanto, el número de neutrones del núcleo es N = A – Z La notación isotópica incluye el número másico (A), el número atómico (Z) y el símbolo del elemento:
