Estructura Atómica y Modelos Atómicos

El átomo

es la partícula más pequeña de un elemento que conserva sus propiedades. Los elementos se representan por su símbolo químico, que es una o dos letras (la primera con mayúscula) que suele coincidir con las iniciales del nombre del elemento. Se encuentran tabulados en la tabla periódica. Los compuestos son también una única sustancia, sus partículas más pequeñas que conservan sus propiedades se llaman moléculas. Se representan con su fórmula química, que nos indica qué elementos forman el compuesto y en qué proporción se encuentran. Hoy en día sabemos que los átomos están formados por varias partículas más pequeñas, llamadas partículas subatómicas.

Los átomos se caracterizan por el número de protones que hay en su núcleo, átomos con diferente número de protones en el núcleo son átomos de diferentes elementos. Se llama número atómico, Z, al número de protones que tiene el átomo en el núcleo. Se llama número másico, A, al número de protones más neutrones que tiene un átomo en su núcleo. Un elemento se representa simbólicamente poniendo el símbolo del elemento, Z en la parte inferior izquierda y A en la superior izquierda.

Se llaman isótopos a los átomos de un mismo elemento con distinto número de neutrones, es decir deben tener igual Z pero diferente A. Por ejemplo 1 1H, 2 1H y 3 1H son los tres isótopos que existen del elemento hidrógeno.

Los átomos tienen igual número de protones que de electrones, por lo tanto son neutros, su carga total es cero. En este caso el número de electrones coincide con Z. Puede suceder que un átomo pierda o gane los electrones más externos, entonces se convierte en un ión, que es un átomo con carga eléctrica. Si el átomo gana electrones queda cargado negativamente, porque hay más electrones que protones, y se llama anión. Si el átomo pierde electrones queda cargado positivamente, porque hay más protones que electrones, y se llama catión. Un ion se representa simbólicamente como el átomo neutro pero en la parte superior derecha ponemos un signo +, si es catión, o un signo -, si es anión, y un número que nos indica la cantidad de carga. Por ejemplo: 23 11Na+ , 40 20Ca+2 , 35 17Cl- , 32 16S -2 .

Modelo atómico de Dalton

, (principios siglo XIX) considera que las sustancias pueden ser elementos y compuestos. Las partículas más pequeñas de los elementos se llaman átomos, son indivisibles y todos los átomos de un mismo elemento son iguales en masa y propiedades y diferentes de los de otros elementos. Las moléculas son las partículas más pequeñas de los compuestos que conservan sus propiedades, están formadas por átomos que se encuentran en todas las moléculas de un mismo compuesto en la misma proporción, todas las moléculas de un compuesto son iguales en masa y propiedades y diferentes de las de otro compuesto.

Modelo atómico de Thomson

, (finales siglo XIX), experimentalmente descubre la existencia de protones y electrones dentro del átomo, mide su carga eléctrica y su masa. Supone que el átomo son esferas donde los protones y los electrones están mezclados, como la masa del protón es mucho mayor que la del electrón el átomo sería como un puding de pasas donde el bizcocho serían los protones y las pasas los electrones. Este modelo explicaría las propiedades eléctricas de la materia.

Modelo atómico de Rutherford

, (principios siglo XX), hizo el siguiente experimento: bombardeó una finísima lámina de oro con partículas alfa; que son núcleos de He, por lo tanto tienen carga eléctrica positiva. Puso una pantalla y vio que la mayoría atravesaban la lámina de oro como si no hubiera nada, una pequeña porción se desviaba y una parte extremadamente pequeña rebotaba. Rutherford explica este comportamiento suponiendo que el átomo está prácticamente vacío, en su interior existe un núcleo extremadamente pequeño donde se encuentran los protones, y girando a su alrededor, en la corteza electrónica están los electrones. Así la pequeñísima cantidad de partículas alfa que rebotan es porque chocaron con el núcleo positivo, las que se desvían es porque pasan cerca de un electrón o del núcleo y la mayor parte pasa como si no hubiera nada porque la mayor parte del átomo la ocupan los electrones que son pequeñísimos. Es el primer modelo atómico nuclear, pero pronto se vio que había hechos experimentales que no podía explicar.

Modelo atómico de Borh

, (principios siglo XX), es también un modelo nuclear, pero explica que los electrones giran en órbitas circulares alrededor del núcleo y cuando está en estas órbitas tiene unos valores concretos de energía, de manera que si un electrón pasa a otra órbita tiene que emitir o absorber una cantidad fija de energía llamada “cuanto”. Este modelo atómico solo permite explicar átomos con un único electrón.

Modelo atómico actual o mecano-cuántico

, (principios siglo XX), modifica el modelo anterior pudiendo explicar átomos polielectrónicos. Es un modelo nuclear en el que los electrones están en la corteza electrónica, pero ahora los electrones están en orbitales que no son lugares concretos si bien tienen una energía característica. Para pasar de un orbital a otro también se emite o capta un “cuanto” de energía. Un orbital atómico viene dado por una ecuación matemática, llamada ecuación de onda, y representa el lugar del espacio donde existe un 99,95% de probabilidades de encontrar un electrón.

Los orbitales se representan con un número y una letra. El número da una idea de la energía del orbital y la letra de su forma. En general, cuanto menor es el número menor es la energía del orbital atómico, aunque hay algunas alteraciones. Según su forma los orbitales atómicos pueden ser de cuatro tipos: s, p, d y f.

Se llama configuración electrónica al conjunto de todos los electrones que tiene un átomo ordenados en los orbitales atómicos de menor a mayor energía. Para recordar el orden de energías de los orbitales se recurre al diagrama de Moeller. Hay que tener en cuenta además que en los orbitales s caben 2 electrones como máximo, en los p 6 electrones, en los d 10 electrones y en los f 14 electrones como máximo. El número de electrones que hay en cada orbital se indica con un superíndice en la parte superior derecha. Así la configuración electrónica del 26Fe será: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6.

Se llama radioactividad al fenómeno por el cual un núcleo inestable se transforma en otro núcleo de forma espontánea o provocada, esta transformación suele ir acompañada de la emisión de ciertas partículas y de gran cantidad de energía.

Radiactividad natural Si la desintegración del núcleo se produce de forma espontánea hablamos de radiactividad natural. Existen tres tipos principales de partículas o radiaciones que acompañan a la desintegración nuclear: radiación alfa (α), radiación beta (β) y radiación gamma (γ).

• este tipo de radiación está formada por núcleos de He, tiene 2 protones y dos neutrones, por ello tiene carga eléctrica positiva y son desviadas por los campos eléctricos

• es poco penetrante, se para con una hoja de papel o en nuestra piel.

• si un núcleo emite una partícula α se transforma en otro núcleo con dos unidades menos de Z y 4 unidades menos de A

• está formada por electrones que salen del núcleo a una velocidad de 270000 km/s, estos electrones no existían en el núcleo se forman cuando un neutrón se transforma en un protón que queda en el núcleo y un electrón que sale del a gran velocidad. Tienen carga eléctrica por ello también son desviadas por los campos eléctricos

• es más penetrante que la anterior, se frena con una hoja de papel de aluminio

• si un núcleo la emite se transforma en otro núcleo que tiene Z -1 y el mismo A

• es radiación electromagnética de gran energía, suele acompañar a los otros dos tipos de radiación

• es la más penetrante, para pararla necesitamos un aplaca de plomo o de hormigón

• es la más perjudicial para la salud

• cuando se emite el núcleo no cambia su composición, solo varía su energía.

Cuando nosotros provocamos la transformación de un núcleo en otro hablamos de radiactividad artificial. Se produce cuando bombardeamos un núcleo atómico con ciertas partículas a gran velocidad y por ello con mucha energía, generalmente se usan protones pero también partículas α. En 1919, Rutherford bombardeó N con partículas alfa, procedentes de una sustancia radiactiva, provocó la primera reacción nuclear produciendo un isótopo del O, así el N se transmutaba en O y al mismo tiempo se formaba un protón.

Existen dos tipos fundamentales de transformaciones nucleares artificiales: fisión y fusión.

Fisión nuclear: se bombardea un núcleo pesado, generalmente con neutrones, y se rompe en dos trozos más ligeros, esta transformación viene acompañada de la emisión grandes cantidades de energía.

Fusión nuclear: es la unión de dos núcleos pequeños para formar uno mayor, este proceso viene acompañado de cantidades de energía muchísimo mayores que la fisión. Es el proceso que tiene lugar en las estrellas.

Er=Ea · 100/ vm

V1/T1=V2/T2

P1/T1=P2/T2

P1 · V1=P2 · V2

%en masa= Msoluto · 100/Mdisolucion

%disolvente=Vsoluto · 100/Mdisolvente

G/L=Msoluto(g)/Vdisolucion(L)