Fundamentos de la Estructura Atómica y Fenómenos Nucleares

Modelos Atómicos Iniciales y Definiciones Fundamentales

Teoría Atómica de Dalton

La teoría de Dalton establece los siguientes postulados sobre la composición de la materia:

• La materia está formada por partículas extremadamente pequeñas, indivisibles e indestructibles llamadas átomos.
• Cada elemento químico tiene todos los átomos idénticos, pero distintos a los de otros elementos químicos.
• Cada compuesto químico está formado por la unión de átomos de diferentes elementos, siempre del mismo tipo y en una misma proporción.

Definiciones Químicas Básicas

Elemento Químico

Es aquella sustancia que no se puede descomponer en otras más sencillas, por estar formada por un único tipo de átomos.

Compuesto

Es aquella sustancia que se puede descomponer en otras más sencillas, ya que está formada por átomos de más de un elemento.

Electrólisis

Proceso mediante el cual, al pasar la corriente eléctrica a través de agua, se observó que se desprendían unos gases (oxígeno e hidrógeno). La electrólisis sirve para descomponer una sustancia pura en sus elementos constituyentes.

Descubrimiento del Electrón y Modelos Atómicos Posteriores

Modelo Atómico de Thomson

Thomson descubrió una partícula subatómica, el electrón, que presentaba la propiedad de tener carga eléctrica. Los electrones son partículas muy pequeñas con carga eléctrica negativa.

Naturaleza Eléctrica de la Materia

• Hay cargas eléctricas de dos tipos, simbolizadas como positivas (+) y negativas (-).
• Las cargas eléctricas de distinto tipo se atraen, mientras que las de igual tipo se repelen.
• Las cargas eléctricas pueden pasar de un objeto a otro.
• A menor distancia entre las cargas, mayor será la fuerza de atracción o de repulsión.

Modelo Atómico de Rutherford

• Los átomos tienen dos zonas diferenciadas: el núcleo atómico y la corteza electrónica.
• El núcleo es muy pequeño comparado con el átomo, pero contiene casi toda la masa y toda 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.

Identidad Atómica: Número Atómico, Másico e Isótopos

Número Atómico (Z) y Número Másico (A)

El número atómico, Z, es el número de protones que tiene un átomo. Un elemento químico se caracteriza porque todos sus átomos tienen en su núcleo el mismo número de protones.

El número másico, A, es el número total de partículas que hay en el núcleo de un átomo, siendo la suma de protones y neutrones.

Isótopos

Los isótopos son aquellos átomos que tienen el mismo número atómico (Z), pero diferente número másico (A).

Masa Atómica Relativa

La masa atómica relativa de un elemento, Ar, es la media ponderada de las masas de sus isótopos naturales.

Radiactividad y Desintegración Nuclear

Radiactividad

A finales del siglo XIX se descubrió que algunas sustancias emitían una radiación desconocida. Este fenómeno fue explicado admitiendo que algunos isótopos, llamados radioisótopos, mostraban radiactividad porque sus núcleos eran inestables y acababan desintegrándose.

Tipos de Radiación

• Alfa (α): Son núcleos de helio formados por dos protones y dos neutrones.
• Beta (β): Son electrones emitidos a gran velocidad.
• Gamma (γ): Es una radiación semejante a la luz o a los rayos X, pero de mucha mayor energía.

Período de Semidesintegración

Los radioisótopos tienen núcleos inestables, pero no se desintegran todos a la vez. El período de semidesintegración define el ritmo al que se desintegra cada isótopo.

Aplicaciones de los Radioisótopos

• Aplicaciones en la medicina:
  • Para realizar exploraciones diagnósticas.
  • Para tratar el cáncer.
• Datación por Carbono-14: Es un radioisótopo del carbono que se genera continuamente en la atmósfera a causa de la radiación cósmica. Determinar la proporción de carbono-14 en restos orgánicos permite fijar su antigüedad.

Energía Nuclear: Fisión y Fusión

Fisión Nuclear

La fisión nuclear ocurre al bombardear átomos de uranio con neutrones, provocando que los núcleos se rompan. En esta rotura se libera una gran cantidad de energía.

Centrales Nucleares (Riesgos)

• Las reacciones nucleares pueden descontrolarse accidentalmente.
• Se generan muchos residuos radiactivos que no pueden tratarse fácilmente para convertirlos en inocuos.

Fusión Nuclear

La fusión nuclear se produce cuando núcleos pequeños se unen para formar núcleos de mayor masa. En este proceso también se desprende una gran cantidad de energía.