Conceptos Fundamentales de Química: Estructura Atómica, Radiación y Propiedades de la Materia

Estructura Atómica y Partículas Fundamentales

El átomo está formado por:

• Corteza: En ella se encuentran los electrones, con carga negativa, girando alrededor en órbitas. Forman la pequeña masa del átomo.
• Isótopos: Son átomos que tienen el mismo número atómico y diferente número másico. Cada isótopo tiene una masa distinta que depende del tanto por ciento que exista en la naturaleza.
• Iones: Son átomos que han perdido o ganado electrones. Este proceso ocurre siempre en la última capa electrónica.
• Cationes: Son iones con carga positiva (+) porque han perdido electrones.
• Aniones: Son iones con carga negativa (-) porque han ganado electrones.

Fenómenos Radiactivos

La radiación se clasifica en:

• Radiación Alfa ($\alpha$): Son flujos de partículas cargadas positivamente compuestas por dos neutrones y dos protones (núcleos de helio).
• Radiación Beta ($\beta$): Este tipo de radiación está compuesto por electrones.
• Radiación Gamma ($\gamma$): Son ondas electromagnéticas de gran energía, parecidas a los rayos X.

Propiedades Fundamentales de la Materia

1. Masa: (Se mide en kg). Es la cantidad de materia que forma un cuerpo. Se mide utilizando balanzas: granatario y de homoplato.
2. Volumen: Cantidad de espacio ocupado por un cuerpo. Se mide en m³, y se emplean probetas, pipetas y buretas.
3. Densidad: Se calcula como masa/volumen (kg/m³ en el S.I.).
4. Temperatura: Está directamente relacionada con el grado de agitación de las partículas del cuerpo. Se mide en Kelvin (K). Se usan termómetros: de mercurio (Hg) y de alcohol.

Métodos de Separación de Mezclas

Los principales métodos físicos para separar componentes son:

1. Cribado o Tamizado: Para separar sólidos de distinto tamaño.
2. Filtrado: Separación de sólido y líquido. Las partículas líquidas pasan por los poros de un papel de filtro y las sólidas no.
3. Decantación: Para separar líquidos inmiscibles.
4. Destilación: Para separar líquidos miscibles de diferente punto de ebullición.
5. Cristalización: Para separar el sólido que está disuelto en un determinado disolvente. El disolvente se evapora y el sólido cristaliza en el fondo y las paredes del cristalizador.

Modelos Atómicos Históricos

A lo largo de la historia, la comprensión del átomo ha evolucionado a través de varios modelos:

Modelo de Dalton

1. La materia está formada por átomos que son muy pequeños, indivisibles e indestructibles.
2. Los átomos de un mismo elemento son iguales en masa y propiedades.
3. Los átomos de diferentes elementos son distintos en masa y propiedades.
4. Los átomos de diferentes elementos se combinan en proporciones enteras y sencillas para formar compuestos.

Modelo de Thomson (1904)

Propuso un modelo muy elemental que tuvo que ser modificado: el átomo está formado por una esfera de materia con carga positiva donde se encuentran incrustados los electrones para neutralizar la carga negativa.

Modelo de Rutherford

Tras observar que ciertos elementos radiactivos emiten una radiación alfa de carga positiva, su interpretación fue que los átomos tienen dos zonas diferenciadas: el núcleo atómico y la corteza electrónica. El núcleo es muy pequeño, pero contiene casi toda la masa y la carga positiva. Los electrones giran alrededor del núcleo en un espacio mucho mayor. El número de electrones es tal que iguala la carga positiva del núcleo, y el átomo es eléctricamente neutro.

Modelo de Bohr (1913)

Estableció cómo debe ser una distribución ordenada de electrones en torno al núcleo, introduciendo el concepto de niveles de energía cuantizados.

Modelo Atómico de Orbitales (Mecánica Cuántica)

Se basa en las ideas expuestas por Schrödinger y Heisenberg:

• El electrón se comporta como una onda en torno al núcleo.
• No es posible predecir la trayectoria del electrón (Principio de Incertidumbre).
• Un orbital atómico es una región del espacio donde es posible encontrar un electrón.
• Hay varias clases de orbitales según su forma: tipo s (máx. 2 electrones), tipo p (máx. 6 electrones), tipo d (máx. 10 electrones) y tipo f (máx. 14 electrones).

La secuencia de llenado de orbitales (Regla de Madelung) es: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d...

Unidades del Sistema Internacional (S.I.)

• Longitud: metro (m)
• Masa: kilogramo (kg)
• Tiempo: segundo (s)
• Intensidad de corriente: amperio (A)
• Temperatura: Kelvin (K)

Nomenclatura de Elementos Químicos

A continuación, se listan algunos elementos químicos con su símbolo y número atómico (Z):

Hidrógeno (Z=1, H), Helio (Z=2, He), Litio (Z=3, Li), Berilio (Z=4, Be), Boro (Z=5, B), Carbono (Z=6, C), Nitrógeno (Z=7, N), Oxígeno (Z=8, O), Flúor (Z=9, F), Neón (Z=10, Ne), Sodio (Z=11, Na), Magnesio (Z=12, Mg), Aluminio (Z=13, Al), Silicio (Z=14, Si), Fósforo (Z=15, P), Azufre (Z=16, S), Cloro (Z=17, Cl), Argón (Z=18, Ar), Potasio (Z=19, K), Calcio (Z=20, Ca), Cromo (Z=24, Cr), Manganeso (Z=25, Mn), Hierro (Z=26, Fe), Cobalto (Z=27, Co), Níquel (Z=28, Ni), Cobre (Z=29, Cu), Zinc (Z=30, Zn), Arsénico (Z=33, As), Selenio (Z=34, Se), Bromo (Z=35, Br), Kriptón (Z=36, Kr), Plata (Z=47, Ag), Cadmio (Z=48, Cd), Estaño (Z=50, Sn), Antimonio (Z=51, Sb), Telurio (Z=52, Te), Yodo (Z=53, I), Bario (Z=56, Ba), Oro (Z=79, Au), Mercurio (Z=80, Hg), Plomo (Z=82, Pb), Radio (Z=88, Ra), Uranio (Z=92, U), Plutonio (Z=94, Pu).