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RECUERDA:
Materia es todo lo que tiene masa y ocupa un volumen.
La masa y el volumen son propiedades generales de la materia.
La densidad y los puntos de fusión y ebullición son propiedades características de la materia, ya que sirven para identificar las distintas sustancias.
Hasta ahora hemos estudiado cómo se presenta la materia:
Y cómo se clasifica:
De entre los distintos tipos de sustancias, nos hemos centrado en el estudio de las mezclas homogéneas o disoluciones.
Ahora vamos a estudiar las sustancias puras:
Los elementos y los compuestos.
El átomo es la partícula más pequeña de un elemento que conserva sus propiedades. Un elemento está formado por una sola clase de átomos.Un compuesto está constituido por dos o más clases distintas de átomos.
RECUERDA PAG.73
Desde la Antigüedad, los científicos y filósofos han intentado responder a las siguientes preguntas:
¿Cómo es por dentro la materia?
¿Existe una unidad de materia?
¿A qué se debe la gran variedad de
sustancias?
El filósofo griego Leucipo y su discípulo Demócrito de Abdera defendieron, en los siglos V y IV antes de Cristo, la teoría atomista, según la cual la materia está formada por partículas muy pequeñas e indivisibles llamadas átomos.
Por esa misma época, otros filósofos griegos, como Platón y Aristóteles, apoyaron la teoría contraria, según la cual la materia es algo continuo que siempre podremos dividir en partes más pequeñas, hasta el infinito.
Dado que Platón y Aristóteles tenían mucho más prestigio, sus teorías se consideraron más fiables y se tomaron como ciertas hasta finales del siglo XVIII, cuando científicos como el francés Antoine-Laurent Lavoisier y el británico John Dalton realizaron una serie de experiencias científicas en sus laboratorios y demostraron que la materia estaba formada por átomos.
El modelo del atomismo griego.El modelo atómico de Dalton 74.
El modelo atómico de Thomson77.El modelo atómico de Rutherford77.El modelo atómico de Bohr78.
A lo largo de la historia se han propuesto diversos modelos atómicos para explicar la constitución y estructura de los átomos:
Dalton definió un símbolo para referirse a cada elemento químico...
...y escribía las fórmulas de los compuestos combinando los símbolos de los elementos que los formaban.
La teoría atómica de Dalton permite explicar por qué existen tantos compuestos químicos.
Los átomos de los distintos elementos se combinan para formar compuestos.
Estas combinaciones se pueden hacer de varias formas, aunque no de cualquier forma, lo que da lugar a muchos compuestos.
Además, dos elementos pueden combinar sus átomos en distintas proporciones, lo que dalugar a compuestos diferentes.
Coloca dos pajitas sobre una mesa, paralelas, a 5 cm de distancia.Frota otras dos pajitas con un paño de lana, después coloca una atravesada sobre las dos primeras y aproxima la otra alternativamente a su derecha y a su izquierda, sin tocarla.
¿Qué ocurre?
Realiza el siguiente experimento:
La pajita colocada sobre las dos primeras retrocede o avanza como si la empujara la electrizada.
Ahora haz lo mismo con una barrita de cristal. Después de frotarla con la lana,¿qué ocurre?La pajita se lanza hacia la barrita de cristal y
la sigue aunque la separes.Porque...
….el plástico se carga negativamente, mientras que el cristal adquiere por frotamiento carga positiva.
Las dos pajitas de plástico, al tener la misma carga, se repelen, mientras que el cristal y el plástico, con cargas opuestas, se atraen.
¿Qué ha ocurrido en cada caso?
La carga eléctrica es una propiedad de la materia.Existen cargas positivas y negativas.
Existen dos fenómenos eléctricos: atracción y de repulsión. Las cargas del mismo tipo se repelen y las de distinto tipo se atraen.Los fenómenos de electrización se ponen de manifiesto cuando se produce un desequilibrio en el número de cargas positivas y negativas.
Estos fenómenos son conocidos desde la antigüedad.
El filósofo griego Tales de Mileto ya explicaba en el siglo VI a.C. la propiedad que adquiere el ámbar* (resina fosilizada) al ser frotado sobre la piel de una oveja, de atraer cuerpos ligeros como plumas o virutas de madera.
* Los griegos llamaban al ámbar electrón ()
A partir del siglo XVII se estableció que también el cristal podía “electrizarse”, aunque de otro modo.
Desde entonces los estudios científicos han tratado de desvelar todos los secretos de esta fuerza misteriosa, hasta hallar sus orígenes en el átomo.
Cuando propuso su teoría atómica, Dalton postuló que el átomo era indivisible. Sin embargo, a finales del siglo XIX se comprobó que realmente no es así, sino que están formados por partículas más pequeñas.
Distintas experiencias demostraban que la materia podía ganar o perder cargas eléctricas.La cuestión que se planteaba era: ¿las cargas eléctricas forman parte de los átomos? Para responder era necesario «ver» en el interior de los átomos, algo que parecía muy difícil, pues nadie había conseguido aislar un átomo.
En 1897 el científico británico J.J. Thomson encontró que en los átomos de los elementos químicos existe una partícula con carga eléctrica negativa, a la que denominó electrón.
Como la materia es neutra y los átomos tienen partículas con carga negativa, también deben poseer partículas con carga positiva, de tal manera que cada átomo tenga tantas partículas positivas como negativas.
Posteriores experiencias permitieron al científico Ernest Rutherford descubrir el protón. El protón es una partícula que tiene la misma carga que el electrón, pero positiva, mientras que su masa es unas 1840 veces mayor que la del electrón.Finalmente, en 1931, el científico James Chadwick descubrió que en los átomos había una tercera partícula que no tenía carga eléctrica, pero cuya masa era similar a la del protón; la llamó neutrón.
Después de demostrar que el átomo no era indivisible, como suponía Dalton, los científicos diseñaron nuevos modelos atómicos, es decir, se imaginaron cómo serían los átomos para comprobar estos modelos realizaron experiencias, resultados de algunas de ellas demostraron que los modelos atómicos no eran los adecuados y hubo que modificarlos.
El modelo de Thomson.Según Thomson, el átomo debía ser como una gran masa de carga positiva, e insertados en ella debían estar los electrones.La carga negativa de los electrones compensaba la carga positiva, para que el átomo fuera neutro.
“EL PUDING DE PASAS”
Para comprobar si el modelo de Thomson era cierto, los científicos Hans Gelger y Ernest Marsden, colaboradores de Rutherford, diseñaron el siguiente experimento77:
El modelo de Rutherford77.
Basándose en este experimento, Rutherford estableció su modelo atómico:El átomo está formado por un núcleo y una corteza.En el interior del átomo se encuentra el núcleo. En él se encuentra concentrada toda su carga positiva y casi toda su masa y es muy pequeño en comparación con el tamaño total.
En la corteza están los electrones girando alrededor del núcleo describiendo órbitas circulares, de forma similar al movimiento de los planetas alrededor del Sol.
El modelo de Rutherford tenía un fallo; según las leyes de la Física, los electrones, al girar, debían perder energía y caer finalmente sobre el núcleo. En 1913, el físico danés Niels Bohr, colaborador de Rutherford, propuso un nuevo modelo.
El modelo de Bohr78
El modelo de Bohr introduce lassiguientes novedades:Existen algunas órbitas permitidas en las cuales los electrones mantienen su estabilidad sin perder energía.Los electrones pueden pasar de unas órbitas a otras absorbiendo o emitiendo cantidades exactas de energía.
El modelo aceptado actualmente78 es el modelo mecano-cuántico, según el cual no es posible determinar la posición exacta del electrón, sino que existen regiones donde hay más probabilidad de encontrarlo que se denominan orbitales atómicos.
Orbital 1s Orbital 2s
Orbital 2px Orbital 2py Orbital 2pz
En la actualidad, gracias a la aportación de varias generaciones de científicos, tenemos un gran conocimiento de las partículas que forman el átomo76. El átomo está compuesto por tres tipos de partículas:
Electrones, e-.Protones, p+.Neutrones, n.
El átomo está compuesto por un pequeño núcleo con protones y neutrones, en el que se concentra prácticamente toda la masa, y una zona que lo rodea (corteza) en la que los electrones están en constante movimiento.
En un átomo en estado neutro existe el mismo número de protones que de electrones.
El electrón es la carga negativa más pequeña del átomo, y el protón, la carga positiva más pequeña. El valor de la carga del electrón es igual que la del protón.
El núcleo es muy pequeño y está muy separado de los electrones, por lo que un átomo es prácticamente un espacio vacío.
PAG. 79 Y 80El número atómico, Z, es el número de protones que tiene un átomo en su núcleo.
El número másico, A, es el número total de partículas que hay en el núcleo del átomo, es decir, la suma de protones y neutrones que tiene el átomo.El número másico representa la masa del átomo expresada en unidades de masa atómica, u.
Número másico A Símbolo Número atómico Z X
El número atómico, Z, y el número másico, A, suelen representarse, junto con el símbolo del átomo correspondiente, de la manera siguiente:
Si conocemos el número atómico, Z, y el número másico, A, podemos determinar el número de partículas subatómicas que contiene un átomo.
AZ
Z protonesNúcleo
A-Z neutronesX
Corteza Z electrones
Por ejemplo:
19779
79 protonesNúcleo
197-79=118 neutronesAu
Corteza 79 electrones
Y al revés; si conocemos el número de protones y neutrones de un átomo podemos determinar el número atómico y el número másico.
Nº ATÓMICO:
11 protones
Se trata del sodio (Na)
Nº MÁSICO:11 protones + 12 neutrones A = 11 + 12 = 23
Z = 11
Los isótopos (pag. 82) son átomos de un mismo elemento que tienen el mismo número de protones, pero diferente número de neutrones.Tienen, por tanto, el mismo número atómico pero distinto número másico.La configuración electrónica (pag.81) es la manera en que están colocados los electrones en las distintas capas o niveles energéticos.
En el primer nivel caben 2 electrones.
En el segundo nivel caben 8 electrones.
En el tercer nivel caben 18 electrones.
En la experiencia con las pajitas y con la varilla de vidrio observamos como el plástico se carga negativamente, mientras que el cristal adquiría por frotamiento carga positiva.
Pues bien, vamos a fijarnos en el modelo atómico de Bohr para intentar explicar el fenómeno.
Este átomo tiene 19 protones y 19 electrones, es decir, es un átomo neutro.
Fijaos en este electrón
Aunque está atraído por las cargas positivas del núcleo, está muy alejado de éste. Por ello es fácil arrancar dicho electrón.
¿En qué queda entonces convertido el átomo?
Ahora sigue teniendo 19 protones, pero sólo tiene 18 electrones El átomo quedará cargado positivamente
Si un átomo pierde electrones, tiene mayor número de protones que de electrones y se le denomina IÓN POSITIVO o CATIÓN.
Observa ahora este otro átomo:Tiene 9 protones y 9 electrones.Si captase un electrón podría completar su segunda capa.
¿En qué queda entonces convertido el átomo?
Ahora sigue teniendo 9 protones, pero tiene 10 electrones El átomo quedará cargado negativamente
Si un átomo gana electrones, tiene mayor número de electrones que de protones y se le denomina IÓN NEGATIVO o ANIÓN.
Un ión se representa mediante el símbolo del elemento del que procede, con un superíndice a la derecha, que indica la carga que posee mediante un número y los signos más o menos, dependiendo de su carga.(Pág. 83)
Al3+
Se denomina ENLACE QUÍMICO entre átomos la unión que mantiene unidos a los átomos debido a las fuerzas de atracción existentes entre ellos. Son fuerzas de naturaleza eléctrica, pero con algunas variaciones, dependiendo de cómo sean los átomos que se enlazan. (Pág. 83)
El ENLACE IÓNICO (Pág. 84) se produce cuando se combinan un metal y un no metal. El metal alcanza la configuración electrónica del gas noble cediendo electrones convirtiéndose en un catión. El no metal capta electrones convirtiéndose en un anión. Y ambos permanecen unidos por la fuerza electrostática de atracción.
El ENLACE COVALENTE (Pág. 85) se produce cuando se combinan dos no metales. Los no metales necesitan captar electrones para alcanzar la configuración de gas noble y el único modo de conseguirlo es compartiendo electrones. El enlace covalente se da entre átomos que comparten electrones.Estos electrones son atraídos por los núcleos de los dos átomos.
F2
El ENLACE METÁLICO (Pag. 86) se produce cuando se combinan metales entre si.Los átomos de metales necesitan ceder electrones para alcanzar la configuraciónde un gas noble. EI enlace metálico se debe a la atracción entre los electrones de valencia de todos los átomos y los iones positivos que se forman.
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