Fundamentos de Química: Modelos Atómicos, Leyes Ponderales y Estructura Cristalina
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Modelos Atómicos Fundamentales
Modelo Atómico de Dalton (1808)
El modelo atómico de Dalton se basa en los siguientes postulados:
- La materia está formada por partículas pequeñas llamadas átomos.
- Los átomos de un mismo elemento químico son idénticos (en masa y propiedades).
- Los átomos de un elemento químico tienen masas y propiedades diferentes a las de otros elementos.
- Los átomos de diferentes elementos se pueden combinar en una proporción fija y sencilla para formar compuestos químicos.
- En las reacciones químicas, los átomos de dos elementos se combinan entre sí para formar nuevas agrupaciones atómicas. Los átomos no se destruyen ni se transforman en otros átomos, solo se recombinan.
Modelo Atómico de Thomson (1897)
Los átomos se comportan como pequeñísimas masas esféricas con carga positiva, dentro de las cuales se encuentran los electrones con carga negativa, en posiciones fijas (el modelo del "pudín de pasas").
Thomson propuso que para que el átomo fuese eléctricamente neutro, debía haber carga positiva dentro del mismo para compensar el número de electrones negativos:
Carga positiva del átomo = Carga negativa del átomo
Modelo Atómico de Rutherford (1911)
La carga positiva de los átomos, y casi toda su masa, estaba concentrada en una zona central, denominada núcleo.
El núcleo tiene carga positiva debido a unas partículas llamadas protones, de igual carga que la de los electrones, pero opuesta, siendo neutra la carga total del átomo.
El radio de un átomo es, aproximadamente, 100 000 veces mayor que el radio del núcleo.
Modelo Atómico de Bohr (1913)
Los electrones solo pueden girar en órbitas a determinadas distancias del núcleo.
En las órbitas o capas, los electrones giran con energía constante.
Cada capa es también llamada nivel de energía. El número máximo de electrones ($N_e$) por nivel ($n$) se calcula mediante la fórmula $N_e = 2n^2$.
Leyes Ponderales de la Química
Ley de Conservación de la Masa
Autor: Antoine Lavoisier
Primera ley ponderal
La masa total de las sustancias que intervienen en una transformación química permanece constante.
Ley de Proporciones Definidas
Autor: Joseph Proust
Segunda ley ponderal
Siempre que dos elementos se combinan para originar un compuesto determinado, lo hacen en una relación de masa constante.
Conceptos de Masa Atómica
| Átomo de Referencia | Unidad de Masa Atómica (u) | Masa Atómica Relativa |
|---|---|---|
| El átomo tomado como referencia para la medida de la masa de los átomos es el carbono-12. A este átomo se le asigna el valor exacto de 12. | Se define como la doceava parte de la masa del átomo de carbono-12. Así, a la masa del carbono le corresponde 12 u y a la masa del hidrógeno 1 u (aproximadamente). | La masa atómica relativa es el número de veces que la masa de un átomo contiene a la unidad de masa atómica. La masa atómica relativa del carbono es 12. |
Isótopos y sus Aplicaciones
Los isótopos se pueden clasificar en:
- Isótopos estables (existen menos de 300).
- Isótopos inestables o isótopos radiactivos (existen unos 1200), dependiendo de la estabilidad del núcleo.
Estos últimos se desintegran con el tiempo para dar lugar a otros isótopos más estables, emitiendo partículas o radiación electromagnética.
Los isótopos radiactivos tienen aplicaciones en numerosos campos como la energía, la industria, la investigación, la alimentación, etc.
Tipos de Cristales Químicos
Cristales Iónicos
- Son sólidos con altos puntos de fusión y ebullición.
- No conducen la corriente en estado sólido, pero sí fundidos o en disolución.
- Son solubles en agua.
- Son duros pero frágiles.
Cristales Covalentes
- Son sólidos a temperatura ambiente.
- Presentan temperaturas de fusión y de ebullición altas.
- Son muy duros y no conducen el calor ni la electricidad, porque no tienen electrones libres.
- No son solubles en agua ni en otros disolventes.
Cristales Metálicos
- Son buenos conductores del calor y de la electricidad, incluso fundidos, porque sus átomos tienen electrones libres.
- Son dúctiles y maleables.
- Algunos metales denominados nobles no se oxidan frente al oxígeno del aire.
Clasificación de la Materia y Propiedades de Elementos
Definiciones Fundamentales
Elemento Químico: Es el conjunto de átomos de la misma clase. Las sustancias simples (ej. la plata) están formadas por átomos de un solo elemento.
Compuesto: Sustancia formada por átomos diferentes. Cada compuesto presenta siempre la misma composición.
Propiedades de Metales y No Metales
Metales
- Conducen bien el calor y la electricidad.
- Presentan temperaturas de fusión y de ebullición diversas, generalmente elevadas.
- Suelen ser sólidos a temperatura ambiente (excepto el mercurio).
No Metales
- No conducen bien el calor ni la electricidad.
- Temperaturas de fusión y de ebullición bajas.
- Suelen ser gases, líquidos o sólidos blandos.