Teoría Atómica

Preuniversitario Belén UC Macul
Área: Química
Contenido: Teoría Atómica
Pastoral UC
EL ÁTOMO
Desde tiempos remotos muchas personas
han tenido la inquietud por saber de qué están
compuestas las cosas que nos rodean, es decir,
cuál es la composición de la materia. Los
primeros filósofos, inclusive, han especulado
acerca de la naturaleza de la materia que
compone al mundo.
continuación mencionaremos algunas de sus
deficiencias:
-
Demócrito de Abdera (460 – 370 a.C.),
basándose sólo en su intuición postuló que la
materia estaba constituida por partículas muy
diminutas e indivisibles, a las que denominó
átomos. El defendía la idea de que la materia
era discontinúa, es decir, que no podía
subdividirse infinitamente y que había una
partícula límite de la división.
A comienzos del siglo XIX, se sabía que
la materia estaba formada por átomos, y
diferentes experiencias demostraban que la
materia podía ganar o perder electrones, por lo
tanto… ¿las cargas eléctricas forman parte del
átomo?
La idea de la existencia de los átomos no
fue considerada hasta 1805 cuando John
Dalton presentó la primera teoría atómica de la
materia. Los postulados de esta teoría son los
siguientes:
-
-
-
En ciertas condiciones los átomos se
pueden dividir
Se sabe que los átomos están
formados por partículas subatómicas
Los átomos de un mismo elemento
pueden tener distintas masas.
Es así como Joseph Thomson, en 1903,
propuso su modelo atómico en base a los
experimentos que había realizado.
Toda la materia se compone de
átomos.
Los átomos son partículas diminutas e
indivisibles.
Los átomos de un mismo elemento
son idénticos y poseen igual masa.
Los átomos de elementos diferentes
se combinan en razón de números
enteros y pequeños para formar
compuestos.
En las reacciones químicas se
produce
un
reordenamiento
de
átomos.
En las reacciones químicas los átomos
no se crean ni se destruyen.
Figura 1: Tubo de rayos catódicos
Thomson trabajó con tubos de rayos
catódicos, y a través de sus experimentos puedo
demostrar que los rayos catódicos viajaban en
línea recta, y que además se podía variar su
dirección en presencia de un campo
electromagnético
Si bien esta teoría fue muy eficaz para
explicar las leyes que hasta ese momento se
habían planteado, no era una teoría perfecta. A
1
Con esta información, Thomson dedujo
que los rayos catódicos no estaban constituidos
por átomos con carga, sino por partículas
negativas, resultantes de la fragmentación de los
átomos. Estas partículas fueron llamadas
electrones.
desviar su trayectoria, una minoría desviaba su
trayectoria y muy pocas incluso rebotaban.
De acuerdo a las conclusiones obtenidas
del experimento, Rutherford plantea su modelo
atómico nuclear:
-
Considerando entonces que la materia
era neutra, Thomson sugirió que el átomo debía
ser una esfera sólida cargada positivamente, en
la cual se encuentran incrustados los electrones.
-
-
El átomo está formado por una región
central muy pequeña llama nucleo, en
la cual se concentran las cargas
positivas y la mayor parte de la masa
del átomo.
El resto del átomo es un espacio
prácticamente vacío, que ocupa la
mayor parte del volumen del átomo.
El átomo es neutro, porque posee el
mismo número de cargas positivas en
el núcleo y cargas negativas en torno
a él.
Figura 2: Modelo de Thomson (Budín de pasas)
A finales del siglo XIX, Eugen Goldstein
demostró la existencia de las partículas con
carga positiva, los protones. Para ello utilizo un
tubo de rayos catódicos modificado. Allí observo
que además de los rayos catódicos existían
otros rayos que se desplazaban en sentido
contrario, los rayos canales.
Figura 4: Modelo de Rutherford
Rutherford, continuando sus estudios,
logró determinar la cantidad de protones de
algunos átomos. Según sus cálculos, el núcleo
del átomo de hidrógeno consistía en un protón, y
los núcleos de los átomos más grandes
contenían varios protones. Sin embargo, a
excepción del átomo de hidrógeno, encontró que
los núcleos atómicos tenían una masa mayor a
la que indicaba su contenido de protones.
Este exceso de masa en el núcleo de los
átomos intrigó a los científicos hasta 1932,
cuando James Chadwick comprobó al
bombardear átomos de berilio con partículas α,
la emisión de partículas neutras, con una masa
levemente mayor a la de los protones. Chadwick
descubría así la existencia del neutrón.
Figura 3: Rayos canales
Con el fin de obtener una idea más
precisa de la estructura interna del átomo, en
1910 Ernest Rutherford llevó a cabo junto a sus
colaboradores, un experimento para poner a
prueba el modelo de Thomson: bombardeó una
delgada lámina de oro con partículas alfa (α) y
observó que sorprendentemente la mayoría de
las partículas α lograban atravesar la lámina sin
Con todo, la estructura electrónica del
átomo quedó definida, fundamentalmente, por la
presencia de protones, neutrones y electrones.
2
ESTRUCTURA DEL ÁTOMO
El átomo está formado por un núcleo y
una envoltura. En el núcleo se encuentran los
protones (p+) y neutrones (n), y en la envoltura,
girando alrededor del núcleo, se ubican los
electrones (e-). Estas partículas se denominan
partículas subatómicas:
decir, los átomos tienen el mismo número de
protones pero diferente número de neutrones.
hidrógeno
Tabla 1: Partículas subatómicas
Partícula
Neutrón
Protón
Electrón
Carga (C)
0
+1,602x10-19
+1,602x10-19
deuterio
tritio
Isóbaros
Los isóbaros poseen distinto número
atómico (Z), pero igual número másico (A).
Masa (g)
1,70x10-24
1,67x10-24
9,11x10-28
r
a
Número atómico y número másico
El número atómico (Z) es propio de
cada átomo. Este valor representa el número
de protones que se encuentran en el núcleo;
sin embargo, si se habla de un átomo neutro,
representa el número de protones y
electrones.
Z = p+ = e-
Isótonos
Los isótonos son elementos distintos,
con distinto Z, pero con igual cantidad de
neutrones.
El número másico
masa nuclear, es decir,
protones y neutrones
determinado átomo.
A = p+ +
Masa Atómica
La mayor parte de los elementos se dan
en la naturaleza como mezclas de isótopos.
Podemos calcular la masa atómica promedio o
peso atómico de un elemento a partir de la
masa de sus diversos isotopos y de sus
abundancias relativas. Por ejemplo, el carbono
natural se compone en un 98,93% de 12C y en
un 1,07% de 13C. Las masas de estas dos
formas alternativas del carbono, son 12uma y
13,00335uma respectivamente. Para calcular
la masa atómica promedio del carbono,
tomamos las abundancias relativas de cada
carbono y lo ponderamos con la masa de cada
isótopo, de la siguiente manera:
a
.
(A) representa la
la suma de los
que posee un
n
.
Para representar el número atómico y el
número másico se procede de la siguiente
manera:
- El número atómico (Z) se escribe en
la parte inferior izquierda del símbolo
del elemento (E)
- El número másico (A) se escribe en
la parte superior izquierda del
símbolo del elemento (E).


Isótopos
Los isótopos son átomos de un mismo
elemento químico, por lo que poseen igual Z,
pero difieren en su número másico (A). Es
La contribución del 12C a la masa total es
de: (0,9893)(12uma) = 11,8716g
La contribución del 13C a la masa total es
de: (0,0107)(13,00335uma) = 0,1391g
Finalmente, la masa atómica promedio
del carbono seria la suma de los aportes de
cada uno de los isótopos: 12,01uma.
3
EJERCICIOS PSU
1. Según Aristóteles la materia:
a) Está constituida por átomos.
b) Es única.
c) Está constituida por energía.
d) Es continua.
e) Está constituida por agua y aire.
6. ¿Qué representa el número atómico Z?
a) La cantidad de protones
b) La cantidad de neutrones
c) La cantidad de electrones
d) Las partículas beta
e) La cantidad de protones y electrones.
2. ¿Quién propuso el primer modelo atómico?
a) Leucipo.
b) Aristóteles.
c) Demócrito.
d) Dalton.
e) Thomson.
7. Un protón tiene una masa equivalente a:
a) 1.840 mayor que el neutrón
b) 1.840 veces menor que el positrón.
c) 1.840 veces mayor que el electrón.
d) 1.840 veces menor que la partícula alfa.
e) Igual a la partícula beta.
3. Los protones, electrones y neutrones fueron
descubiertos respectivamente por:
a) Thomson, Chadwick, Goldstein.
b) Rutherford, Thomson y Bohr.
c) Goldstein, Rutherford; Chadwick.
d) Goldstein, Thomson, Chadwick.
e) Chadwick, Thomson, Bohr.
8. Un elemento químico tiene un número másico
de 67 y posee 30 protones. Con esta
información podemos decir que:
a) Posee un numero atómico 67.
b) Tiene carga 3+.
c) Posee 37 neutrones.
d) Su número atómico es 37.
e) Posee 37 electrones.
4. El primero en proponer un modelo atómico
nuclear fue:
a) Bohr.
b) Rutherford.
c) Dalton.
d) Thomson.
e) Chadwick.
9. ¿Cuál de los siguientes iones posee 6
protones y 8 electrones?
a)
b)
5. Tomando en cuenta los siguientes elementos
químicos
I)
II)
III)
IV)
-
d)
-
e)
-
10. Al comparar los protones y los neutrones, se
puede afirmar que:
a) Ambos tienen carga eléctrica.
b) Se atraen entre sí.
c) Ambos se ubican en el hemisferio del
núcleo.
d) Ambos repelen a los electrones.
e) Tienen masas similares.
¿Cuál de ellos son isótopos entre sí?
a)
b)
c)
d)
e)
c)
I y II
II y IV
I y III
II y III
I, II, III y IV
4