CAPITULO ICÓMO EMPEZARON TODAS LAS COSAS

EL BIG BANG

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Antes de hablar de Química o física, es pertinente saber cómo apareció el Universo, cómo se formó la tierra y también cómo aparecieron los elementos constitutivos de la tierra y el espacio exterior.

I-1 INICIEMOS EL PASEO EN EL BIG-BANG O PUNTO CERO DE LA CREACIÓN DEL UNIVERSO.

1. En un principio, en el primer microsegundo, todo era vacío y la materia del universo, estaba contenida en un primitivo núcleo, muy denso (aproximadamente 1096 g/cm3 ) y una temperatura aproximada a 1032 K.

En estas condiciones, tan extremas, se supone que este núcleo explosionó y distribuyó materia y radiación a través del espacio. Se inicia así la expansión del universo; a medida que la expansión aumentaba, la temperatura decrecía, hasta que se enfrió lo suficiente, para permitir la formación de las primeras partículas llamadas quarks y los gluones.

1 En esta primera etapa ya se diferencian las cuatro fuerzas principales: gravitacional, electromagnética, nuclear fuerte y débil.

2 Transcurrido un tiempo de aproximadamente seismillonésimas de segundo, desde el Big-Bang, se cree que la temperatura había bajado ostensiblemente

3 ( ≈1,4·1012 K), en estas condiciones, los quarks interaccionan entre sí y forman protones, neutrones y luego los electrones. Aquí termina la segunda etapa.

4 En la tercera etapa, las fuertes fuerzas nucleares hicieron que una gran cantidad de neutrones y de protones se combinaran para dar núcleos de Deuterio (n +p+) La temperatura en esta etapa, es tan alta que solo podía existir el H.

5 Transcurre un tiempo, entre 10 y 500 seg, el universo entra en su cuarta etapa, comportándose como un colosal reactor nuclear de fusión, y va a convertir el H en He.

2

6 El universo sigue su enfriamiento y esto posibilita nuevas reacciones nucleares de fusión y por eso, se cree que a los 8 minutos del Big-Bang la composición del universo era: Hidrógeno = ¾ de la masa ; Helio = ¼ de la masa y se cree, además, que había trazas de Deuterio y núcleos de Li. Aquí finaliza la quinta etapa.

Hidrógeno, Helio y Litio, fueron los primeros elementos en aparecer en el escenario universal; pero el gran elemento, el primero de todos es, EL HIDROGENO, ya que origina a los otros mediante reacciones termonucleares.

“La gravedad es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. La teoría de la gravedad (relatividad general9 de Einstein, predice no solo los detalles de las orbitas de los cuerpos en el sistema solar y la naturaleza expansiva del Universo, predicciones estas corroboradas por observaciones, sino que también predice la existencia de ondas gravitatorias, que serian generadas por un cuerpo masivo en aceleración. En este sentido el Big-Bang, representa la aceleración mas grande de la colección de masa mas grande que el universo puede ofrecer; por lo tanto, se espera que, aunque el Big-Bang, es un evento muy distante en tiempo y espacio, algunos de sus ecos de ondas gravitatorias, todavía podrían ser detectados”( NASA/espacial.org)

I-2 FORMACION DE LOS ELEMENTOS

Los elementos se forman, gracias al llamado Horno de Hidrógeno y consiste en que se van acumulando los núcleos para formar estrellas densas en las cuales la fuerza de gravedad mantiene elevadas temperaturas en los núcleos, lo que facilita las reacciones nucleares. Inicialmente se forman

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Hidrógeno y Helio y a partir de estos, en los núcleos de las estrellas, se formarán otros elementos.

La segunda etapa de formación de los elementos, es el llamado Horno de HELIO

Para generar otros elementos se requiere el llamado Horno de Helio, el cual va a facilitar la combinación de H-He ó He-He por reacciones termonucleares de fusión, en las estrellas con mayor temperatura interna, aproximadamente 108K.

Después de la gran explosión, aparecen, en las galaxias los elementos: Berilio (Be), Boro (B) y Carbono (C), GRACIAS AL LLAMADO HORNO DE CARBONO- NITRÓGENO.Bibliografia. ELEMENTOS DEL UNIVERSO CANE – SELLWOOD EDITORIAL REVERTE – QUIMICA ELEMENTAL BASICA -2- BARCELONA- ESPAÑA – 1978.

E J E R C I C I O S

COMPRENSIÓN DE LECTURA

1. En la lectura se dice que en un principio, en el primer microsegundo, todo era vacío y la materia del universo, estaba contenida en un primitivo núcleo, muy denso (aproximadamente 1096 g/cm3) y una temperatura aproximada a 1032k Qué es un microsegundo? y en años cuanto representa? Represente en notación Científica un microsegundo.

1) Escriba en orden de formación, (siendo el número UNO, el que primero se formó), las siguientes partículas: neutrón, gluón, átomo, protón, electrón, neutrino, quarks.

2) Cual fue el primer átomo formado.

4

3) A partir de ese primer átomo se formaron otros dos, cuyos nombres escribo a continuación ___________ y ________________

4) Nombre 5 partículas, que se describen en la lectura. 5) ( ), ( ), ( ), ( ), (

).

INTERPRETACIÓN Y ARGUMENTACIÓN.1. Usted conoce bien el significado de las palabras nuevas en la lectura del Big-

Bang. Aquí tiene 5 palabras en orden: Núcleo, protón, neutron, quark, gluón.

POR QUE DIGO QUE ESTÁN EN ORDEN? Haga una frase con mucho sentido, desde la química y física, siguiendo el

orden de estas palabras. Haga una frase con igual sentido que la anterior, pero siguiendo el orden

inverso. Establezca una relación entre protón y neutrón (en que se parecen, en que

se diferencian, qué les es común). Lo que no se ve, no existe! Los electrones no se ven, entonces no existen.

Desarrolle una discusión de 5 renglones donde demuestre que esto es falso! Los protones y los electrones están en igual número en el átomo – los

protones son positivos y los electrones son negativos- El protón es 1600 veces más pesado que el electrón, en consecuencia el protón es más fuerte y el átomo es positivo. Entonces, por qué los libros dicen que los átomos son neutros? ( razone y de ejemplos de la vida diaria que sustenten su argumentación).

I-3 LOS ELEMENTOS EN EL SOL

Todo el sistema solar está dominado por el sol. Debido a que su temperatura es de varios millones de grados, allí no pueden existir sólidos, ni líquidos.

5

Al menos 67 de los 92 elementos conocidos en la tierra, se sabe que existen en el sol, claro, en estado gaseoso.Se han identificado y calculado sus cantidades, mediante observaciones, realizadas con espectroscopio. El elemento dominante es el Hidrógeno.El sol es una gigantesca masa de átomos de hidrógeno ardientes, con un átomo de helio por cada diez de hidrógeno. El resto de los elementos que conocemos en la tierra, constituyen solo el 0,3% del número total de átomos del sol. Podemos concluir, que la composición del sol es completamente diferente a la de la tierra y de los otros planetas.Debido a la gran temperatura del sol, los átomos de hidrógeno pierden sus electrones y se transforman en núcleos, que se mueven a velocidades enormes y que al chocar, se transforman en núcleos de helio. La energía que se produce en esta reacción es la fuente de la energía solar y de muchas estrellas. Con temperaturas superiores a los 10.000.000 de grados centígrados, se elevaría la velocidad de las partículas y produciría más transformaciones, pudiendo originarse nuevos núcleos que serían de berilio, carbono, neón…etc, o sea, que teóricamente podemos afirmar : Los elementos encontrados en los planetas podrían ser el último estado de una inmensa transformación atómica, en la que el hidrógeno y el helio, se transformaron en átomos más pesados.El hidrógeno y el Helio constituyen el 99% del universo. La composición química del universo es mucho más sencilla que la del planeta tierra. Si estudiáramos los elementos de acuerdo a la importancia en el universo, solo merecería la pena estudiarse, el Hidrógeno y el Helio.

I-4 LOS ELEMENTOS EN LA TIERRA

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En la tierra, perteneciente a un sistema solar de la galaxia, vía láctea, aparecen los elementos, como fruto de las transformaciones geológicas que por cuatro mil millones de años se han venido sucediendo.En realidad se ha calculado que el 70,8% de la superficie terrestre, está cubierta por agua y solamente el 29,2% por tierra.La teoría más acertada para explicar el origen de los elementos en la tierra, es la siguiente: En un principio, la tierra tenía una temperatura muy elevada, la tierra se expandió y luego se enfrió, generando las diferentes capas que conocemos hoy:

1. La corteza terrestre: Tiene un espesor de unos 32 km. La mayor parte de la corteza está formada por ocho elementos: O, Si, Al, Fe, Mg, Na, Ca y K. El elemento más frecuente en la corteza terrestre es el oxìgeno.

2. El nucleo central (probablemente líquido), de un diámetro de unos 6400 kms. Se cree que el núcleo esté compuesto fundamentalmente de Fe y Ni, lo que explicaría el campo magnético tan fuerte que tiene la tierra a diferencia de otros planetas.

3. Manto: sólidas rocas que se encuentran entre la corteza y el núcleo central.

La distribución de los elementos en la tierra ha dependido de las fuerzas que han actuado sobre ella. En la corteza, hallamos muchos depósitos de materiales (menas). Estos materiales proceden del magma fluido que asciende por grietas existentes en la corteza llegando a la superficie, en esta se solidifican formando filones u otros dispositivos, explicando así las distintas concentraciones de elementos de la corteza.

En resumen. Contamos con Un manto rico en carbono (C). Una corteza terrestre rica en silicio (Si) y Aluminio (Al).El Magma o núcleo de la tierra rico en Hierro (Fe) y Níquel (Ni).

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Otros elementos se forman al interior de la tierra, gracias a la acción de los volcanes.Algunos elementos como, el Oro(Au),Plata(Ag),Cobre(Cu),Plomo(Pb) y Mercurio(Hg), ya eran conocidos desde la antigüedad.El primer descubrimiento científico de un elemento, ocurrió en 1669, cuando el alquimista Henning Brand, descubrió el fósforo. (Wikipedia)

I-5 LOS ELEMENTOS QUIMICOS EN LA ATMOSFERA TERRESTRE

   

La atmósfera terrestre comenzó a formarse hace unos 4.500 millones de años con el nacimiento de la Tierra.

Está compuesta por una mezcla de varios gases que rodea la Tierra, ya que esta cuenta con un campo gravitatorio suficiente, para impedir que estos escapen.

La primera hipótesis es que la atmósfera de las primeras épocas de la historia de la Tierra estaría formada por vapor de agua, dióxido de carbono (CO2) y nitrógeno, junto a muy pequeñas cantidades de hidrógeno (H2) y monóxido de carbono (CO) pero con ausencia de oxígeno. A medida que la Tierra se solidificaba, la pérdida de gases de la parte interna más caliente dio lugar al comienzo de la formación de la atmósfera de nuestros días, constituida principalmente por.

1. Nitrògeno (78%)

2. oxígeno (21%).     El átomo de oxígeno fue uno de los primeros en formarse en el proceso de evolución química, sin embargo la forma diatómica molecular (O2) tardaría en aparecer porque la mayor parte del

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oxígeno se encontraba asociado a otros elementos (H, C, N, metales, etc.), y en este estado no era reactivo ni podía ser usado como aceptor final de electrones en las cadenas metabólicas.

    La capa de ozono en la Tierra se formó como consecuencia de la aparición del oxígeno molecular atmosférico, puesto que las moléculas de oxígeno que se encontraban a mayor altura fueron alcanzadas por la radiación ultravioleta produciendo una molécula triatómica de oxígeno (O3), denominada ozono.

3. El 1% restante lo forman el argón (0,9%), el dióxido de carbono (0,03%), distintas proporciones de vapor de agua, y trazas de hidrógeno, ozono, metano, monóxido de carbono, helio, neón, kriptón y xenón.

Bibliografía: De Wikipedia, la enciclopedia libre .es.wikipedia.org/wiki lGNU Free Documentation

License 1.2 .Enciclopedia Libre en Español http://club.telepolis.com/geografo/clima/agterr.htm de Google.

I-6 ELEMENTOS EN EL AGUA DE MAR

El agua de mar es la que se puede encontrar en los océanos y mares de la Tierra. Es salada por la concentración de sales minerales , con una concentración media del 35%, entre las que predomina el cloruro sódico, también conocido como sal de mesa.

El océano contiene un 97,25% del total de agua que forma la hidrosfera.

El agua de mar es una disolución en agua (H2O) de muy diversas sustancias. Hasta los 2/3 de los elementos químicos naturales están presentes en el agua de mar, aunque la mayoría sólo como trazas. Seis componentes, todos ellos iones, dan cuenta de más del 99% de la composición de solutos. La tabla adjunta enumera los más abundantes.

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Wikipedia, la enciclopedia libre .es.wikipedia.org/wiki

lGNU Free Documentation License 1.2 .Enciclopedia Libre en Español http://club.telepolis.com/geografo/clima/agterr.htm de Google.

E J E R C I C I O S

I VIII

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Composición de solutos sólidos del agua de mar,cada uno expresado

como porcentaje del total

Aniones Cationes

Cloruro (Cl-) 55,29 Sodio (Na+) 30,75

Sulfato (SO42-) 7,75 Magnesio (Mg++) 3,70

Bicarbonato (HCO3-) 0,41 Calcio (Ca++) 1,18

Bromuro (Br-) 0,19 Potasio (K+) 1,14

Flúor (F-) 0,0037 Estroncio (Sr++) 0,022

1 2 TABLA PERIODICA CON LOS ELEMENTOS DE FORMACION DEL PLANETA 1 2 13 4 II 1 SOL III IV V VI VII 3 4 K1 2 1 2 2 TIERRA 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 23 4 3 4 3 AGUA . MARES, RIOS 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 L1 2 1 2 4 ATMOSFERA 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 33 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4

M

1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 43 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 N1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 53 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 O1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 63 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 P1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 73 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 3 4 Q

INSTRUCCIONES. Cada casilla tiene 4 compartimentos, correspondientes al 1) sol, 2) tierra, 3) agua, 4) atmósfera. Escriba el símbolo del elemento en el compartimento, según esté presente o no dicho elemento . Ejemplo. En la atmósfera hay nitrógeno, escribimos el símbolo del nitrógeno en el compartimento 4 de la casilla del nitrógeno.2.) Cual fue el primer elemento en el universo3) Revise esta tabla y escriba tres conclusiones sobre los elementos primeros o de origen del planeta tierra, su importancia para la vida y la abundancia de los mismos.

CAPITULO II CLASIFICACION DE LOS ELEMENTOS.

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12

Para el año 1860 se contabilizaban unos 60 elementos conocidos y se los trabajaba artesanalmente, sin pensar en una ordenación de acuerdo a criterios que pudieran relacionarlos y sistematizar el trabajo con ellos.

“Uno de los primeros intentos, para agrupar los elementos de propiedades análogas, se debe a J.W. Dobereiner, quien en 1817, puso de manifiesto, el notable parecido que existía entre las propiedades de ciertos grupos de tres elementos, con una variación gradual, del primero al último. En 1827, señaló la presencia de otros grupos de tres elementos, entre los que se daba la misma relación

TRIADAS DE DOBEREINER

Litio ( Li ) Calcio ( Ca ) Azufre ( S )

Sodio ( Na ) Estroncio ( Sr ) Selenio ( Se )

Potasio ( K ) Bario ( Ba ) Teluro ( Te )

Hacia el año 1850, ya se habían encontrado unas 20 tríadas, lo que indicaba cierta regularidad, entre los elementos químicos. Dobereiner intentó relacionar las propiedades químicas de estos elementos y de sus compuestos, con sus pesos atómicos, observando una gran analogía entre ellos, y una variación gradual, del primero al último” (Wikipedia).

En 1864 Newlands, se propuso organizar los elementos conocidos de acuerdo a ciertas características comunes, dispuso los elementos en orden creciente de sus pesos atómicos, en hileras de siete y encontró que tal orden tendía a colocar los

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elementos con propiedades semejantes en el mismo grupo (columna); desafortunadamente la tabla periódica de Newlands, basada en lo que él llamó “La ley de las octavas “ solo funcionaba bastante bien para los elementos hasta el calcio, pero más allá era errónea.La Sociedad científica inglesa lo menospreció y lo ridiculizó, hasta que 23 años más tarde la Royal Society, reconoció su valioso trabajo y le concedió su más alta condecoración, la medalla Davy.

N E W L A N D S - 1864

Li Be B C N O FNa Mg Al Si P S ClK Ca Cr Ti Mn Fe Co, NiCu Zn Y In As Se BrRb Sr La, Ce Zr Nb,Mo,Ru,

RhPd

Ag Cd U Sn Sb Te ICs Ba, V

En 1867 Dimitri Mendeleiev y julius Lothar Meyer, trabajando por separado, ordenaron los 64 elementos conocidos, basando esta ordenación en la variación de las propiedades químicas de los elementos, con relación a sus masas atómicas, por parte de Mendeleiev y la variación de las propiedades físicas, con la variación de sus masas atómicas, por parte de Meyer. LA TABLA FUE PUBLICADA EN 1869, SOBRE LA BASE DE QUE LAS PROPIEDADES DE LOS ELEMENTOS, SON FUNCIÓN PERIÓDICA DE SUS PESOS ATÓMICOS.El crédito de la nueva tabla se le concedió a Mendeleiev, ya que la publicó un poco antes que MEYER y además, fue lo bastante inteligente para observar que los elementos posteriores al calcio quedarían en el orden adecuado solo si dejaba espacios en determinados lugares de la tabla. Mendeleev justificó lo anterior al argumentar que los elementos que llenarían estos espacios, aún no se habían

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descubierto. Fue bastante listo al predecir en detalle las propiedades químicas y fisicas de estos tres elementos, a los cuales llamó EKABORO (escandio), EKAALUMIO ( galio ), EKASILICIO ( germanio ) . MENDELEEV - revisada en 1871 )I II III IV V VI VII

Li Be B C N O FNa Mg Al Si P S Cl

K Ca - - Ti V Cr MnFe, Co

Ni

Cu Zn - - As Se Br Ru Rh PdAg Cd In Sn Sb Te ICs Ba

En 1876, todos estos elementos se habían aislado y mostraron tener propiedades prácticamente idénticas de las predichas. Esta impresionante concordancia con las predicciones, disiparon cualquier duda sobre la validez de la tabla periódica de Mendeleyev. Sin embargo, con el correr del tiempo, para poder integrar a la tabla propuesta por Mendeleyev los gases nobles, las "tierras raras" y los elementos radioactivos, fue necesario alterar el criterio de pesos atómicos crecientes en favor de la agrupación en familias con propiedades químicas semejantes. Se presentaron igualmente otras dificultades, en las parejas telurio-yodo, argon-potasio y cobalto-niquel, en las que durante algún tiempo, esta cuestión no pudo resolverse satisfactoriamente hasta que Henry Moseley (1867-1919) realizó un estudio sobre los espectros de rayos X, en 1913. Moseley comprobó que las propiedades de los elementos, son una función periódica del número atómico . El número atómico una magnitud que corresponde al número de protones que tiene un átomo de cualquier elemento en su núcleo, y que coincide con el número de electrones de la envoltura y con el número de la casilla que a dicho elemento le corresponde en la tabla periódica.

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Gracias a estas investigaciones y a los desarrollos posteriores, hoy se acepta que la ordenación de los elementos en el sistema periódico está relacionada con la estructura electrónica de los átomos de los diversos elementos, a partir de la cual se pueden predecir sus diferentes propiedades químicas.

Hoy se conocen alrededor de 114 elementos, de los cuales 90 elementos están presentes en la naturaleza y de estos, solo 18 se encuentran en estado libre, los demás están mezclados y debe separárselos por procesos de destilación, cristalización o por cromatografía y la mayoría se encuentra formando compuestos minerales y solo se los logra separar por medios químicos como, la electrólisis, la metalurgia o por otros procesos complejos

CÓMO ES LA TABLA PERIODICA HOYEn la actualidad, las tablas periódicas, siguen la distribución de los elementos químicos en bloques s, p ,d ,f hecha por el químico norteamericano Carl Seaborg. En consecuencia, se trata de la tabla periódica de Seaborg y no la tabla periodica de Mendeleiev, como muchos dicen.

Los Alamos National Laboratory's Chemistry Division Presents:

Period

1IA1A

lomm

18VIII

A8A

K

11H

1.008

2IIA2A

13IIIA3A

14IVA

4A

15VA5A

16VIA6A

17VIIA

7A

2He 4.003

l

23

Li 6.941

4Be 9.012

5B

10.81

6C 12.01

7N

14.01

8O

16.00

9F

19.00

10Ne 20.18

M

311Na 22.99

12Mg 24.31

3IIIB3B

4IVB

4B

5VB5B

6VIB6B

7VIIB

7B

8 9 1011IB1B

12IIB2B

13Al 26.98

14Si 28.09

15P 30.97

16S 32.07

17Cl 35.45

18Ar 39.95

N----- VIII -------

------- 8 -------

4 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 O

16

K 39.10

Ca  40.08

Sc 44.96

Ti 47.88

V 50.94

Cr 52.00

Mn

54.94

Fe 55.85

Co 58.93

Ni 58.69

Cu 63.55

Zn 65.39

Ga 69.72

Ge 72.59

As 74.92

Se 78.96

Br 79.90

Kr 83.80

537Rb 85.47

38Sr 87.62

39Y 88.91

40Zr 91.22

41Nb 92.91

42Mo

95.94

43Tc (98)

44Ru 101.1

45Rh 102.9

46Pd 106.4

47Ag 107.9

48Cd 112.4

49In 114.8

50Sn 118.7

51Sb 121.8

52Te 127.6

53I 126.9

54Xe 131.3

P

655Cs 132.9

56Ba 137.3

57La *138.9

72Hf 178.5

73Ta 180.9

74W 183.9

75Re 186.2

76Os 190.2

77Ir 192.2

78Pt 195.1

79Au 197.0

80Hg 200.5

81Tl 204.4

82Pb 207.2

83Bi 209.0

84Po (210)

85At (210)

86Rn (222)

 Q

787Fr (223)

88Ra (226)

89Ac ~(227)

104

Rf (257)

105

Db (260)

106

Sg (263)

107

Bh (262)

108

Hs (265)

109

Mt (266)

110

Ds (271)

111

Uuu

(272)

112

Uub

(277)

114

Uuq

(296)

116

Uuh

(298)

118Uuo

(?)

Lantanidoso

Tierras raras

58Ce 140.1

59Pr 140.9

60Nd 144.2

61Pm

(147)

62Sm

150.4

63Eu 152.0

64Gd 157.3

65Tb 158.9

66Dy 162.5

67Ho 164.9

68Er 167.3

69Tm 168.9

70Yb 173.0

71Lu 175.0

Actinidoso

Transurànidos~

90Th 232.0

91Pa (231)

92U (238)

93Np (237)

94Pu (242)

95Am

(243)

96Cm

(247)

97Bk (247)

98Cf (249)

99Es (254)

100

Fm

(253)

101

Md

(256)

102

No (254)

103

Lr (257)

17

Tomada del blog. MIS RALLADAS/ WWW.OZONEHOUSE.COM.PERIODIC TABLE.PNG

18

La tabla periódica, tiene su fundamento en la ley periódica, que en su enunciado actual, establece que : “ las propiedades de los elementos químicos, son una función periódica de su número atómico “.Este es el hecho fundamental. Todas las formas de la tabla periódica, no son sino intentos artificiales, para representar esta ley de la manera más útil posible.Entendemos por periodicidad aquellos hechos que se repiten a intervalos regulares. Así sucede con la tabla periódica, a intervalos regulares, van apareciendo elementos con propiedades semejantes.

COMO ESTAN LOS ELEMENTOS DISPUESTOS EN LA TABLA PERIODICA

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Tenemos todos los ingredientes necesarios para hacer el esqueleto de una tabla Periódica estándar y llenarla por fuera, es decir, escribir toda la simbología necesaria, que nos permita deducir muchas propiedades de un elemento cualquiera, situado en una casilla interna de la Tabla.OBSERVE LA TABLA 1Comencemos, construyendo el esqueleto de una tabla estándar y explicando por que se hace así.Tenemos dos columnas altas, luego diez columnas bajas y finalmente, seis columnas altas. Las columnas altas contienen elementos representativos. Las dos primeras columnas altas, corresponden a los grupos A y son las columnas o grupos correspondientes al subnivel S , las diez columnas bajas del centro, corresponden a los elementos de transición y son los grupos B o subgrupos del subnivel d y en la derecha, tenemos seis columnas altas o grupos A, correspondientes al subnivel p.

20

http/upload.wikimedia.org/ wikipedia /commons/Ptable_structure.png . Tabla 1

21

LLENEMOS LA TABLA PERIODICA

POR FUERA

Elementos representativosIA 0 n

1 IIA IIIA IVA VA VIA VIIA K 1

2 E L E M E N T O S D E T R A N S C I O N L 2

3 3B 4B 5B 6B 7B 8B 1B 2B M 3

4 N 4

5 O 5

6 P 6

7 Q 7

PERIODOS

Alcalinos

Alcal/Terreos

Del Boro

Anfóteros

Del

Nitrogeno

Anfígenos

Halógenos

Gases

Nobles

NIVELES

# /Cuant/ Ppal

<= G R U P O S Y S U B G R U P O S =>1

H

3 Li

11 Na

19 K

37 Rb

55 Cs

87 Fr

S1 S2 S2

d1S2

d2S2

d3S2

d4S2

d5S2

d6S2

d7S2

d8S2

d9S2

d10S2p1

S2p2

S2p3

S2p4

S2p5

S2p6

TABLA 2 ( Mario Rodas)

AHORA, REVISEMOS CON ATENCION LA TABLA 2 Miremos el primer grupo de la tabla periódica : H, Li ,Na, K, Rb, Cs, Fr. Observe que el Hidrógeno tiene número atómico 1 y el litio 3, el intervalo es DOS; ahora, miremos el intervalo entre el litio y el sodio, con números atómicos 3 y 11 respectivamente, el intervalo es OCHO. Hagamos lo mismo con el sodio 11 y el potasio 19, el intervalo sigue siendo OCHO. Tomemos la pareja siguiente, potasio 19 y rubidio 37, en este caso la diferencia es de DIECIOCHO; igual diferencia encontraremos entre el rubidio 37 y el cesio 55, el intervalo sigue siendo de DIECIOCHO. Tomemos, finalmente, el cesio con

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Z = 55 y el francio con Z = 87, el intervalo se remonta a TREINTA y DOS.

Detalle lo siguiente: Las columnas, más altas, están encabezadas por números romanos y la

letra “A “. Estas columnas son las familias o grupos de elementos REPRESENTATIVOS, y se llaman representativos porque siguen con bastante regularidad las reglas de distribución electrónica, que veremos más adelante.

Los nombres de los grupos representativos o familias son: Grupo-IA: Alkalinos; Grupo-IIA: Alkalinotérreos; Grupo-IIIA: Térreos o grupo del Boro; Grupo-IVA: Carbonoideos o anfóteros; Grupo-VA: Nitrogenoideos; Grupo-VIA: Calcógenos o anfígenos; Grupo-VIIA: Halógenos; Grupo-VIIIA-O: Gases nobles o inertes.

Observe que las columnas bajas, situadas en la parte central de la tabla, están encabezadas por números arábigos y letras minúsculas, estas columnas son los grupos o familias de transición, algunos autores consideran los grupos de transición, como subgrupos de los elementos representativos. DISTINGA BIEN LOS ELEMENTOS REPRESENTATIVOS DE LOS ELEMENTOS DE TRANSICIÓN; MIRE BIEN, DONDE ESTAN LOCALIZADOS EN LA TABLA.

La “ n “ está indicando los valores que toma el número cuántico principal a medida que recorremos una fila o período; también podemos decir que “n” indica el número de niveles de energía correspondientes a cada período.. Son siete filas y por eso los valores de “ n ” varían desde 1 hasta 7. Cada fila se llama PERÍODO y los elementos de un mismo período tienen el mismo número de niveles de energía; a medida que recorremos un período, el número atómico (Z) va subiendo un punto cada vez; ESTO QUIERE DECIR que a medida que avanzamos en un período, vamos agregando un electrón y un protón al elemento siguiente. En un mismo

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período, dos elementos contiguos o vecinos se diferencian en un protón y un electrón.

El primer período solo tiene dos elementos, el segundo y tercer período tienen 8 elementos, el cuarto y quinto tienen 18 elementos, el sexto y séptimo tienen 32 elementos y así podríamos seguir hallando los valores de los otros períodos. Observe la regularidad: 2, 8, 8, 18, 18, 32, 32.

Al lado derecho de la tabla hallamos las letras K: L: M: N: O: P: Q. Son siete letras y a cada letra le corresponde un valor de “n”, así: para K, n = 1; para L, n = 2; para M, n = 3.

Que valores toma “n” para los niveles O ___, P ___, Q ___.

REVISEMOS UN POCO, ANTES DE ENTRAR DE LLENO A LA TEORIA ATÓMICA.

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Elementos representativosIA 0 n

1 IIA IIIA IVA VA VIA VIIA K 1

2 E L E M E N T O S D E T R A N S C I O N L 2

3 3B 4B 5B 6B 7B 8B 1B 2B M 3

4 N 4

5 O 5

6 P 6

7 Q 7

PERIODOS

Alcalinos

Alcal/Terreos

Del Boro

Anfóteros

Del

Nitrogeno

Anfígenos

Halógenos

Gases

Nobles

NIVELES

# /Cuant/ Ppal

<= G R U P O S Y S U B G R U P O S =>1

H2 He

3 Li

6 C

11 Na

19 K

26 Fe

37 Rb

55 Cs

87 Fr

S1 S2 S2

d1S2

d2S2

d3S2

d4S2

d5S2

d6S2

d7S2

d8S2

d9S2

d10S2p1

S2p2

S2p3

S2p4

S2p5

S2p6

TABLA 2 (Mario<rodas)

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LLENE ESTA PLANTILLA MIRANDO LA TABLA 2PROPIEDAD

Grupo o familia

Representativo o transic.

Ultimo nivel.S,p,d,f

Nombre del Grupo

Período en el que está

Cuántos niveles tiene

Cual es su último nivel

1H16C12

26Fe5619K39

2He4

Valor de *Z*

Cuantos p+

Cuantos e-

Hasta aquí sabemos Como aparecieron los elementos en el Universo, y en qué orden. Que elementos formaron nuestro sol y están presentes en el. Que elementos aparecieron con la formación de la tierra. Que elementos están presentes en el agua de mar. Cómo se formó nuestra atmósfera y que elementos la constituyen. Los primeros intentos de organizar los elementos en una tabla* Dobereiner y

Newlands La organización de los primeros 60 elementos, con base en sus pesos

atómicos, propuesta por Lothar Meyer y Dimitri Mendelyev. La organización actual de la Tabla periódica, con base en el número atómico,

propuesta por Moseley y Seaborg , aceptada internacionalmente.

El trabajo que acometeremos ahora, es muy lúdico, consiste en manipular todos estos conocimientos, desde un esquema de Tabla Periódica estándar, con el fin de encontrarle sentido pleno. Para lograr este objetivo, debemos seguir los siguientes pasos.

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1. Repasar la Teoría Atómica actual, en sus aspectos fundamentales.2. Configurar un Esquema de Tabla Periódica, con base en algunos postulados

de la teoría atómica moderna.3. Llenar la Tabla Periódica por fuera, para disponer de coordenadas precisas,

que permitan la localización de un elemento dentro de la Tabla Periódica.4. Interpretar las posiciones de los elementos dentro de la Tabla.5. Establecer relaciones entre los elementos de un mismo grupo y con los

demás grupos.6. Tratar de encontrar el mayor número de propiedades de cualquier elemento,

con solo determinar su posición en la Tabla Periódica.

CAPITULO IIICOMO SON LOS ELEMENTOS POR DENTRO

TEORIA ATOMICA

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Hasta ahora, hemos revisado el proceso de aparición y ordenación de los elementos naturales y artificiales y tenemos un manejo básico de la tabla

periódica de los elementos.El paso que sigue es, conocer la estructura interna de cada elemento; a este conocimiento es lo que se llama teoría atómica.Recordemos que; ELEMENTO, significa, materia simple, es decir que solo tiene una sola clase de sustancia, en otras palabras, todo el hidrógeno presente en el universo forman el elemento hidrógeno; todo el hierro presente en el universo

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forma el elemento Hierro y así sucesivamente. Todos los elementos que manejamos en la tierra están ordenados en la tabla periódica.La parte más pequeña de un elemento cualquiera, vamos a llamarla ATOMO; esto quiere decir que podemos definir el átomo como la menor cantidad de un elemento.

TRATANDO DE ENTENDER EL ATOMO( El concepto màs antiguo y el concepto màs moderno)

La palabra átomo viene del Griego : A = sin ; Tomo = Cortar .A-tomo significaría, lo que no puede separarse o cortarse, ya que el prefijo “a” niega el concepto que le sigue, de la misma manera como: Amoral es, sin moral, Ateo, es la negación de Dios y Apatía es la falta de sentimiento, emoción.400 años antes de Cristo, Demócrito empleó el término átomo. Llegó a la Conclusión de que “Todas las cosas visibles se componen de pequeñísimas partes invisibles que se llaman átomos”.Leamos, con detenimiento un pequeño párrafo donde se expresa el pensamiento de Demócrito:

“Cuando en el mundo aparece una cosa nueva, en realidad no surge nada nuevo, sino que los átomos invisibles que siempre han existido se reúnen, como cuando las palomas de una bandada acuden al palomar.Cuando algo desaparece, no se destruye nada, sino que los átomos se disgregan como las palomas, que después de haber tomado su alimento, se separan unas de otras y, otra vez, individuales e invisibles, se posan en los tejados, para, en un momento dado, reunirse de nuevo en una bandada. Cuando en el azul del cielo se forma una nube, es que se juntan los grupos de átomos del agua, hasta entonces invisibles que volaban sin rumbo y que ahora forman una nube y cuando se evapora la lluvia que moja las piedras, los átomos se desparraman otra vez. Cuando el niño crece es que los átomos se acumulan en su cuerpo y cuando el

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cadáver se descompone, es que sus átomos, vuelven otra vez a la circulación de la naturaleza” (Fritz Kahn – Para comprender el átomo).

REFLEXIONA Y RESPONDA (Discutir en pequeños grupos o responder directamente en la Libreta de Química).

Hace más de 2400 años que Demócrito dijo esto y aún empleamos la palabra átomo, pero... el significado actual será el mismo?

Trasládese al año 400 antes de Cristo y trate de pensar, què expresarìa sobre el àtomo, un habitante Griego medianamente culto como usted, de esa época. (No había electricidad, ni carros, la ciencia muy poco desarrollada; aunque muchas personas se dedicaban a pensar, no había laboratorios, la medicina muy atrasada comparada con la nuestra...) bueno! métase en el ambiente de esa época y exprese una opinión, sobre la actualidad del párrafo escrito por Demócrito, acerca del átomo!(Escriba 10 renglones).

Lo invito a leer, ahora, un párrafo escrito por uno de los máximos exponentes de la física atómica del siglo XX. Richard Feynman .

“ Si por algún cataclismo, todo el conocimiento quedara destruído y solo una sentencia pasara a las siguientes generaciones de criaturas, Qué enunciado contendría la máxima información, en menos palabras? Yo creo que es la hipótesis atómica, según la cual, todas las cosas están hechas de átomos: pequeñas partículas, que se mueven en movimiento perpetuo, atrayéndose mutuamente, cuando están a poca distancia, pero repeliéndose al ser apretadas unas contra otras.Para ilustrar la potencia de la idea atómica, supongamos que tenemos una gotas de agua...Si la miramos muy de cerca no vemos otra cosa que agua. Si la miramos con el mejor microscopio óptico disponible y la ampliamos unas dos mil veces, la gota de agua tendrá aproximadamente 10 metros de diámetro y si la miramos muy de cerca veremos agua, pero al microscopio se verán unas

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pequeñas cosas moviéndose, que seguramente son paramecios u otros microorganismos del agua. Esto, por supuesto es un tema para la biología, pero por el momento, continuaremos y miraremos, aún más de cerca, el propio material acuoso, ampliándolo dos mil veces más. Ahora la gota de agua se extiende hasta 20 kilómetros de diámetro, y si la miramos muy de cerca, vemos una especie de hormigueo, algo que ya no tiene apariencia lisa; se parece a una multitud en un partido de fútbol, vista a gran distancia. Para ver qué es este hormigueo, la ampliaremos otras 250 veces y veremos, la imagen del agua ampliada mil millones de veces, toda una organización de partículas de distinto tamaño, por lo menos, aparecerán dos tipos de partículas correspondientes a los átomos de Hidrógeno y Oxígeno; todas estas partículas, reales en la naturaleza, están agitándose, rebotando continuamente, girando y moviéndose unas alrededor de las otras. Se trata pues de una imagen dinámica....” ( Seis piezas fáciles – Richard Feynman – Pgs 34,35,36 – Edit Crítica, serie Drakontos, Barcelona 2002).

REFLEXIONA Y ANALIZA Resuma, en unos pocos renglones, y con sus propias palabras, lo que

Richard Feynman quizo decir en este párrafo. Encuentre, al menos, tres semejanzas y tres diferencias entre los párrafos

de Demócrito y Feynman. Saque, usted solo o con sus compañeros de equipo, una conclusión sobre

la teoría atómica de Demócrito, analizada, desde la visión moderna que usted tiene.(Escriba 10 renglones)

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HISTORIA DE LA TEORIA ATOMICA MODERNA (HTTP//IMAGES.GOOGLE.COM.MX/IMGRES)

JHON DALTON (1766-1844) MODELO ATOMICO DE DALTON

Despuès de Demòcrito, transcurrieron màs de 2000 años, sin que el hombre se preocupara por el àtomo, hasta que llegò DALTON quien retomò la idea de Demòcrito y propuso, lo que sería la primera teoría atómica, que buscaba, dar explicación, a algunos hechos conocidos en su época, sobre el comportamiento de la materia.

Algunos de sus postulados son:

Los elementos están formados por partículas indivisibles, llamados átomos. Los átomos de un elemento, no se convierten en átomos de otros elementos. Los átomos no se crean ni se destruyen. Los átomos de elementos diferentes, se combinan, para formar compuestos y

lo hacen siempre en proporciones definidas.

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SIR JOSEPH JOHN THOMSON (1856-19409) MODELO ATOMICO DE THOMSON

Cien años después de publicado el modelo atómico de Dalton, Thomson, descubre el electrón, cuando se dedicaba a estudiar la conducta eléctrica de los gases.

Confiere al electrón dos características fundamentales: Son eléctricamente negativos y son, además, más ligeros que el átomo.

Su modelo atómico, considera el átomo como una esfera positiva, rodeada de partículas negativas (electrones), distribuidas en tal forma que anula la carga negativa , originando un átomo eléctricamente neutro.

LORD ERNEST RUTHERFORD MODELO ATOMICO DE RUTHERFORD

 Aspectos más importantes del Modelo atómico de Ernest Rutherford: El átomo posee un núcleo central con carga positiva. En el núcleo reside la masa del àtomo

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El resto del átomo debe estar prácticamente vacío, con los electrones formando una corona alrededor del núcleo.

La neutralidad del átomo se debe a que la carga positiva total presente en el núcleo, es igualada por el número de electrones de la corona.

El átomo es estable, debido a que los electrones mantienen un giro alrededor del núcleo, que genera una fuerza centrifuga que es igualada por la fuerza eléctrica de atracción ejercida por el núcleo, y que permite que se mantenga en su órbita.

.

NIELS BHOR MODELO ATOMICO DE NIELS BHOR

El físico danés Niels Bohr ( Premio Nobel de Física 1922), propuso una Teoría para describir la estructura atómica del Hidrógeno, que explicaba el espectro de líneas de este elemento. A continuación se presentan los postulados del Modelo Atómico de Bohr:

postula que los electrones giran a grandes velocidades alrededor del núcleo atómico.

Los electrones se disponen en diversas órbitas circulares, las cuales determinan diferentes niveles de energía. Estos niveles de energía se hallan dispuestos concéntricamente alrededor del núcleo. Cada nivel se designa con una letra (K, L, M, N,...) o un valor de n (1, 2, 3, 4,...).

Un electrón en la capa más cercana al núcleo (Capa K) tiene la energía más baja, se encuentra en estado basal.

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Cuando los átomos se calientan, absorben energía y saltan a niveles de estados energéticos superiores. Se dice entonces que los átomos están excitados.

Para volver a su nivel de energía original es necesario que el electrón emita una cantidad definida de energía equivalente a un cuanto de luz. El cuanto de luz tiene una longitud de onda y una frecuencia características y produce una línea espectral característica.

1. El átomo sólo puede existir en un cierto número de estados estacionarios, cada uno con una energía determinada.

SOMMERFELD

SOMMERFELD MODELO ATOMICO DE SOMMERFELD

En 1916, Sommerfeld perfeccionó el modelo atómico de Bohr. Para eso introdujo dos modificaciones básicas:

1 Órbitas cuasi-elípticas para los electrones. En el modelo de Bohr los electrones sólo giraban en órbitas circulares.

Supone que las órbitas del electrón pueden ser circulares y elípticas. Introduce el número cuántico secundario o azimutal, en la actualidad llamado l, que tiene los valores 0, 1, 2….

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A partir del segundo nivel energético existen dos o más subniveles en el mismo nivel. (s,p,d,f…)

2. El electrón es una corriente eléctrica minúscula, y posee velocidades relativistas.

ERWIN SCHRODINGER MODELO ATOMICO DE E SCHRODINGER

En el año de 1926, Schrödinger, partiendo de ideas de Plank y Broglie y las matematicas de Hamilton, desarrolló un modelo matemático en donde aparecen tres parámetros: n, l, m.

No manejo trayectorias determinadas para los electrones, solo la probabilidad de que se hallen en zona explica parcialmente los aspectos de emisión de todos los elementos.

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DIRAC, predijo la existencia del positrón, la antipartícula del electrón, que interpretó para formular el mar de Dirac, que es un modelo teórico del vacío, que lo considera como un mar infinito de partículas con energía negativa. Fue desarrollado para tratar de explicar los estados cuánticos anómalos con energía negativa predichos por la ecuación de Dirac para electrones relativistas.

Contribuyó también a explicar el spin (cuarto número cuántico “s”), como un fenómeno relativista.

Su ecuación de ondas relativista para el electrón fue el primer planteamiento exitoso de una mecánica cuántica relativista.

Así mismo, fue el primero en formular la electrodinámica cuántica.

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BIBLIOGRAFIA

wikipediaes.

es.wikipedia.org/wiki/Modelo_at%C3%B3mico_de_Bohr-es.wikipedia.org/wiki/Modelo_at%C3%B3mico_de_Rutherfordes.wikipedia.org/wiki/Modelo_at%C3%B3mico_de_Schr%C3%B6dingeres.wikipedia.org/wiki/Modelo-at%C3%B3mico_de_Sommerfeld-es.wikipedia.org/wiki/Modelo_at%C3%B3mico_de_Thomson

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LO QUE HOY ENTENDEMOS POR ÁTOMO.

Cuando preguntamos de qué están hechas las cosas que captamos por nuestros sentidos, se nos sugiere que las cosas que llenan el mundo están formadas por pequeñas partículas.

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En esta unidad se introduce una palabra para describir estas partículas fundamentales, las llamaremos, ÁTOMOS. Describiremos lo que hoy se conoce sobre los átomos, sin dar detalles de todos los experimentos que han permitido llegar a este conocimiento.

¿Cómo son los átomos?

Son extremadamente pequeños; millones de átomos caben en la cabeza de un alfiler. Los átomos no son visibles por el ojo humano ni, incluso, con la ayuda del mejor microscopio. Aunque los átomos son tan pequeños e invisibles, sus características se pueden determinar con instrumentos modernos. Sabemos que hay muchos átomos diferentes. Cada tipo de átomo tiene un determinado tamaño, capacidad de reacción, estabilidad y peso. Hay muchas características en las que pueden diferir los átomos, sin embargo, todas estas diferencias dependen de cómo son los átomos en su interior.

La silla en la que usted se sienta, está hecha de átomos, el aire que usted respira contiene átomos, incluso usted mismo está formado por esas pequeñas unidades de materia que no podemos ver, pero que llamamos átomos. Los átomos son los ladrillos con los que se construye el mundo que nos rodea. Todas las cosas que usamos y vemos en la vida diaria, están formadas por átomos, y hay muchas clases diferentes de átomos.

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Este es el concepto alrededor del cual gira toda la química.

Los químicos se interesan por lo que pueden hacer con los átomos.

Es importante saber que lo que llamamos átomo es un ente creado por la ciencia, que puede o no existir realmente, pero permite explicar el

comportamiento de la materia.

POSTULADOS DEL MODELO ATOMICO CUANTICONIELS BOHR

1. El átomo se compone de un núcleo central positivo y la periferia donde giran los electrones (e-) que tiene carácter negativo.

2. En el núcleo están los protones (p+), que tienen carga positiva y los neutrones (n0), exentos de carga.

3. El núcleo es de carga positiva y en él se concentra la masa del átomo.4. El electrón solo puede girar, sin emitir energía radiante, en órbitas permitidas,

llamadas estacionarias y que tienen energía cuantizada, o sea, que los electrones ocupan niveles de energía definidos y de energía constante.

5. Un electrón puede captar energía y ascender a otro nivel; también puede emitir energía y caer a un nivel inferior

6. El electrón sólo puede saltar a un nivel superior cuando absorba la energía correspondiente a este nivel.

7. El nivel mínimo de energía permitido se llama “K”; ningún electrón puede tener energía por debajo de este nivel. Los niveles siguientes, en orden energético son:K, L, M, N, O, P, Q.

8. Los electrones se distribuyen en los diferentes niveles u órbitas circulares alrededor del núcleo.

9. El número de protones y electrones en un átomo, es el mismo y se llama NÚMERO ATÓMICO, QUE SE REPRESENTA POR LA LETRA (Z).

Hagamos una descripción de las partes del átomo, es decir, del núcleo con sus partículas y de la periferia con sus electrones, en esta forma lograremos una visión de conjunto del modelo atómico.

Núcleo

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En el núcleo se concentra el peso del átomo. Lo demás, es prácticamente vacío. En el núcleo están los nucleones que son los protones y los neutrones También el núcleo están los mesones que sirven como de pegante entre los

protones, para que estos se mantengan unidos. El núcleo es positivo y la carga nuclear es igual al número de protones que allí

se encuentran. Algunos núcleos tienen muchos protones y esto los desestabiliza, motivo por el

cual emiten radiación espontánea. Esta radiación es propia de los elementos radiactivos, como el Uranio.

El núcleo atómico es estudiado por la física nuclear . Tiene el núcleo un diámetro de alrededor de 10-13 cm, unas diez mil veces más

pequeño, que el diámetro atómico. El núcleo tiene una enorme masa y su densidad es del orden de 1014 g / cc

(aproximadamente 100 millones de toneladas por centímetro cúbico). El número de protones, cargados positivamente, existentes en el núcleo, es

igual al número atómico (Z), que es igual al número de electrones cargados negativamente, exteriores al núcleo.

La masa del átomo, es la masa del núcleo El número de masa, se define como el número total de protones y neutrones

del núcleo; se representa por la letra (A). Para hallar el número de masa (A) basta tomar la masa atómica de un átomo y expresarla en números enteros, arrimando el decimal al entero más cercano.

A = p+ + n0, en consecuencia, si queremos saber el número de neutrones, basta hacer un pequeño cambio a la formula y obtendremos: n0 = A - p+

Protón

Se encuentra en el núcleo del átomo y por este motivo se lo llama nucleón. Tiene carga positiva. Un solo protón conforma el núcleo del hidrógeno.

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Está compuesto por tres Quarks y su fórmula es: uud Es una partícula estable individualmente. Los rayos canales o positivos, están compuestos por un chorro de partículas. La

masa de estas partículas positivas o PROTONES es 1,67 x 10 -24 g y su carga + 1

Neutrón:

Se encuentra en el núcleo del átomo y por este motivo es un nucleón. Para saber el número de neutrones en un átomo, se aplica la fórmula A - Z,

donde “A” es el número de masa y “ Z” es el número atómico. No tiene carga. Conforma los rayos gama. Es estable solamente en el núcleo, individualmente es inestable. Compuesto por tres Quarks, su fórmula es : ddu Se descompone convirtiéndose en un protón y liberando un electrón y un

antineutrino.

Electrón:

Partícula extranuclear, importante por su carga y no por su masa, que se considera despreciable.

Es realmente una partícula elemental, pues no tiene composición. Conforma los rayos catódicos y es una partícula individualmente estable. Las propiedades de las sustancias químicas dependen de los electrones. Los electrones del último nivel de energía se llaman ELECTRONES DE

VALENCIA Y SON ELLOS LOS QUE JUEGAN EL PAPEL MÁS IMPORTANTE EN LAS PROPIEDADES QUIMICAS DE LAS SUSTANCIAS.

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CUADRO COMPARATIVO DE LAS PROPIEDADES DE LAS TRES PARTÍCULAS MÁS IMPORTANTES DEL ÁTOMO

PARTICULA SIMBOLO Carga Carga-coul Masa-uma Masa-gra

ELECTRON eˉ -1 1,6 x 10-19 0.00055 despreciable

PROTON p† 1 1,6 x 10-19 1 1,67 x 10-24

NEUTRON n° 0 0 1,009 1,7 x 10-24

TODOS LOS ÁTOMOS TIENEN EL SIGUIENTE CONJUNTO BÁSICO DE PROPIEDADES:

* Son extremadamente pequeños* La mayoría son estables de forma natural* Son eléctricamente neutros * Tienen cantidades discretas de energía* Absorben y emiten luz* Forman moléculas* Son responsables de todas las propiedades químicas, físicas, eléctricas,

magnéticas, térmicas y ópticas de la materia.

Admitida la existencia en el átomo de cargas eléctricas positivas y negativas (protones y electrones) y en igual número, ya que el átomo es eléctricamente neutro; la pregunta que surge es: ¿CÓMO ESTÁN DISTRIBUÍDAS ESAS CARGAS EN EL INTERIOR DEL ÁTOMO?

COMO SE DISTRIBUYEN LOS ELECTRONES EN LOS ATOMOS?

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Los electrones de un átomo están distribuídos en niveles de energía, siendo los niveles más próximos al núcleo, los de menor energía. Hay muchos niveles de energía en un átomo, aunque en realidad sólo utilizamos siete de ellos, ya que todos los átomos en estado BASAL (normal), pueden acomodar sus electrones en estos siete nivels básicos.

Los niveles de energía los podemos identificar por letras, así: K, L, M, N, O, P y Q, en orden ascendente de energía. El máximo número de electrones que le caben a cada nivel, lo presentamos en la siguiente tabla

N I V E L E S FORMULA = 2n2TOTAL ELECTRONES

POR NIVEL

K 2 X 12 2

L 2 X 22 8

M 2 X 32 18

N 2 X 42 32

O 2 X 52 50

P 2 X 62 72

Q 2 X 72 98

DETALLEMOS LA TABLA PERIODICA PARA DARNOS CUENTA, LA FORMA COMO SE DISTRIBUYEN LOS ELECTRONES EN CADA UNO DE LOS NIVELES DE ENERGIA.

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En el primer período de la tabla periódica tenemos dos elementos H y He, con números atómicos (Z)= 1 y 2 respectivamente, lo que quiere decir que, el hidrógeno tiene un protón en el núcleo y un electrón girando alrededor; el Helio tendría dos protones en el núcleo y dos electrones girando a su alrededor. Los electrones del H y del He se hallan en el primer nivel K (nivel más cercano al núcleo y, por lo mismo, el de menor energía). Como solo hay dos elementos en este primer período, por eso a K le caben solo dos electrones.Analicemos el segundo período: Inicia con el elemento Li, el cual tiene número atómico Z=3, lo que quiere decir que este elemento tiene 3 protones (p+) en el

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núcleo y 3 electrones (e-) girando a su alrededor; estos electrones se distribuyen así: 2 electrones para el nivel K y un electrón para el nivel L. Termina el período con el Ne, que tiene número atómico Z=10, lo que quiere decir que este elemento tiene 10 protones (p+) en el núcleo y 10 electrones (e-) girando a su alrededor; estos electrones se distribuyen así: 2 electrones en el nivel K y 8 electrones en el nivel L.

Detalle bien que en el segundo período hay 8 elementos, esto quiere decir, que al nivel “L” le caben 8 electrones como máximo.

DISTRIBUCION ELECTRONICA POR NIVELES - ELEMENTOS DEL SEGUNDO PERIODO

PERIODO DOS N. Atom. Z= K L

Li 3 2 1

Be 4 2 2

B 5 2 3

C 6 2 4

N 7 2 5

O 8 2 6

F 9 2 7

Ne 10 2 8

INTERPRETANDO EL CUADRO: Los elementos del segundo período tienen dos niveles ( K y L) Qué nivel están llenando estos elementos? _______________________________

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A medida que recorre el período, los elementos se van diferenciando del anterior en. .______________________________________________________________

Si el Litio pierde un electrón, será igual al Helio? Argumente su respuesta. Cuántos electrones tiene el Flúor? ______ y si en una reacción química gana

un electrón, se convertirá en un anión con 10 electrones, entonces queda igual al Ne? Argumente su respuesta.

Analicemos, ahora, el tercer período: Inicia el período con el elemento sodio (Na), cuyo número atómico es z=11; esto quiere decir que, hay dos electrones en el primer nivel K, 8 electrones en el segundo nivel L y un electrón en el tercer nivel M. Al nivel M le caben 18 electrones como máximo, pero como en el tercer período solo hay 8 elementos, entonces no alcanza a llenarse y alcanzará un máximo de ocho electrones.

DISTRIBUCION ELECTRONICA POR NIVELES – ELEMENTOS DEL TERCER PERIODO

PERIODO TRES

N. Atom Z=

K L M

Na 11 2 8 1

Mg 12 2 8 2

Al 13 2 8 3

Si 14 2 8 4

P 15 2 8 5

S 16 2 8 6

Cl 17 2 8 7

A 18 2 8 8

INTERPRETANDO EL CUADRO:

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Los elementos del tercer período, tienen tres niveles pero, se dará cuenta, que el último nivel se va llenando, a medida que recorremos el período.

Observe que el último elemento de todos los períodos, tiene 8 electrones. Sabemos que a M le caben 18 electrones, pero como es último nivel, no

puede tener más de ocho electrones (REGLA DEL OCTETO). Todos los elementos del grupo VIIIA, tienen 8 electrones en el último nivel ( Excepto el He) y como son elementos estables, se deduce que todo elemento que complete ocho electrones en su periferia, adquiere su máxima estabilidad.

Los electrones del último nivel se llaman electrones de valencia; los elementos interactúan con estos electrones para convertirse en compuestos; pueden perder electrones si son metales. En el caso de los no metales, interactúan compartiendo o ganando electrones.

Analicemos el cuarto período: Es un período largo, con 18 elementos. Inicia con el potasio (K), cuyo número atómico es Z=19. Todos los elementos del cuarto período tienen 4 niveles de energía; pero, ojo, en este período se inicia la serie de transición, esto quiere decir, que hay consideraciones especiales al proceder a la distribución electrónica. Por el momento, mantengámonos en la distribución electrónica de los elementos representativos ( Grupos IA hasta el VIIIA).

La distribución electrónica en los diferentes niveles, para los elementos representativos de este período es:

CUARTO PERIODO – DISTRIBUCIÓN POR NIVELES

ELEMENTO N. Atom K L M N

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Z=

K 19 2 8 8 1

Ca 20 2 8 8 2

Ga 31 2 8 18 3

Ge 32 2 8 18 4

As 33 2 8 18 5

Se 34 2 8 18 6

Br 35 2 8 18 7

Kr 36 2 8 18 8INTERPRETANDO EL CUADRO:

Observe que los niveles más internos, K, L, están completamente llenos; pero los dos últimos presentan variaciones; el nivel M, es diferente para los dos primeros elementos del período, que para el resto! A qué se deberá esta variación? SUGIERA ALGO! Exprese una o dos razones! ( pista: revise los números atómicos de los elementos de este periodo).

Esta variación la va a encontrar a partir del cuarto período y se hace más acentuada en los períodos VIA y VIIA, debido a que aparecen los elementos de transición interna.

El último nivel siempre será secuencial, desde el 1 hasta el 8. POR QUE?

QUINTO PERIODO – DISTRIBUCION POR NIVELES

ELEMENTO No.At Z= K L M N O

Rb 37 2 8 18 8 1

Sr 38 2 8 18 8 2

In 49 2 8 18 18 3

Sn 50 2 8 18 18 4

Sb 51 2 8 18 18 5

49

Te 52 2 8 18 18 6

I 53 2 8 18 18 7

Xe 54 2 8 18 18 8INTERPRETANDO EL CUADRO:

Observe que los niveles más internos, K, L, están completamente llenos; pero los dos últimos presentan variaciones,mas acentuadas en el último. El nivel N, es diferente para los dos primeros elementos del período, que para el resto! A qué se deberá esta variación? SUGIERA ALGO! Exprese una o dos razones! ( pista: revise los números atómicos de los elementos de este periodo).

En que se parece y se diferencia el cuadro del cuarto período con relación al quinto?

Esta variación la va a encontrar a partir del cuarto período y se hace más acentuada en los períodos VIA y VIIA, debido a que aparecen los elementos de transición interna.

El último nivel siempre será secuencial, desde el 1 hasta el 8. POR QUE?

SEXTO PERIODO – DISTRIBUCION POR NIVELES

ELEMENTO

N. Atom

Z=K L M N O P

Cs 55 2 8 18 18 8 1

Ba 56

Tl 81 2 8 18 32 18 3Pb 82Bi 83

INTERPRETANDO LA TABLA. Puede ver en la tabla la distribución electrónica del Cs y del Tl, a qué se

debe la diferencia en el contenido electrónico de los niveles N y O?

50

Llene la distribución del Ba, Pb, Bi. A que se debe la diferencia en la distribución de los dos primeros elementos

del período, con relación a los otros seis? ( justifique). Compare la distribución de los 5 niveles del quinto período y los mismos

niveles del sexto período. Destaque semejanzas y diferencias.

TODOS LOS NIVELES TIENEN SUBNIVELES.Trabajaremos con 4 subniveles de energía que son: S, P, D, F.Todos los niveles tienen el subnivel S, que es el de menor energía.A partir del segundo nivel ( L ) aparece el subnivel P.A partir del tercer nivel ( M ) aparece el subnivel d.Finalmente, a partir del nivel cuarto ( N ) aparece el subnivel F. A cada nivel le corresponden un número de subniveles igual al número de orden del nivel.

SUBNIVELES CORRESPONDIENTES A CADA NIVELORDEN DEL TIPO DE NUMERO DE TIPOS DE SUBNIVELES

NIVEL NIVEL SUBNIVELES S P d f

Primer nivel K 1 1S

Segundo nivel L 2 2S 2p

Tercer Nivel M 3 3S 3p 3d

Cuarto Nivel N 4 4S 4p 4d 4fO 5 5S 5p 5d 5f

CUADRO RESUMEN

51

NIVELES K L M N

ELECTRONES POR NIVEL 2 8 18 32

SUBNIVELES POR NIVEL 1S

2 2 6 2 6 10 2 6 10 14

REPRESENTACIÓN

2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f

ELECTRONES POR SUBNIVEL

1S2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 4f14

PARA ANALIZAR:

Un atomo que tiene 3 niveles, cuantos subniveles tendrá? _____________________________________________________

El elemento sodio, es el primero del tercer periodo y por lo mismo tiene 3 niveles de energía. Escriba los subniveles que le corresponden en su orden: ___ ___ ___ ___ ___ ___.

DETALLE, DE NUEVO, LA TABLA PERIODICA

1. Las columnas altas, familias o grupos representativos, nos informan acerca de los subniveles.

2. TODOS LOS ELEMENTOS DEL GRUPO IA, tienen en su último nivel un solo electrón y situado en el subnivel “S”.

3. TODOS LOS ELEMENTOS DEL GRUPO IIA, tienen en su último nivel dos electrones situados en el subnivel “S”.

52

4. En el centro de la tabla encontramos 10 columnas pequeñas que representan los subgrupos o grupos de transición; estos elementos están llenando el subnivel “D”, al cual le caben 10 electrones.

5. TODOS LOS ELEMENTOS DEL GRUPO IIIA, tienen en su último nivel dos electrones situados en el subnivel “S” y un electrón en el subnivel “P”.

6. TODOS LOS ELEMENTOS DEL GRUPO IVA, tienen en su último nivel dos electrones situados en el subnivel “S” y dos electrones en el subnivel “P”.

7. TODOS LOS ELEMENTOS DEL GRUPO VA, tienen en su último nivel dos electrones situados en el subnivel “S” y tres electrones en el subnivel “P”.

8. TODOS LOS ELEMENTOS DEL GRUPO VIA, tienen en su último nivel dos electrones situados en el subnivel “S” y cuatro electrones en el subnivel “P”.

9. TODOS LOS ELEMENTOS DEL GRUPO VIIA, tienen en su último nivel dos electrones situados en el subnivel “S” y cinco electrones en el subnivel “P”.

10. TODOS LOS ELEMENTOS DEL GRUPO VIIIA, tienen en su último nivel dos electrones situados en el subnivel “S” y seis electrones en el subnivel “P”.LOS ELECTRONES PRESENTES EN EL ULTIMO NIVEL, SE LLAMAN ELECTRONES DE VALENCIA Y SU NÚMERO ES IGUAL, AL NÚMERO DEL GRUPO.

TRES OBSERVACIONES IMPORTANTES:

Los dos primeros grupos representativos, están llenando el Subnivel “S”

Los seis grupos representativos de la derecha, ya tienen “S” lleno y empiezan a llenar “P”, a partir del tercer grupo.

Cada subnivel va precedido de un coeficiente que indica el período donde se encuentra el elemento en cuestión.

53

DISTRIBUCION ELECTRONICA DE LOS PRIMEROS 18 ELEMENTOS

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ELEMENTO Y SU

VALOR DE “z”

K L M

1S 2S 2P 3S 3P 3D

H - Z=1 1S1

He – Z=2 1S2

Li – Z=3 1S2 2S1

Be – Z=4 1S2 2S2

B – Z=5 1S2 2S2 2P1

C – Z=6 1S2 2S2 2P2

N – Z=7 1S2 2S2 2P3

O – Z=8 1S2 2S2 2P4

F – Z=9 1S2 2S2 2P5

Ne – Z=10 1S2 2S2 2P6

Na – Z=11 1S2 2S2 2P6 3S1

Mg – Z=12 1S2 2S2 2P6 3S2

AHORA LE TOCA A USTED! TERMINE LA TABLA!

Al – Z=13

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Si – Z=14

P – Z=15

S – Z=16

Cl – Z=17

A – Z=18

Se habrá dado cuenta que los ejercicios de distribución electrónica que hemos hecho hasta el momento, solo llegan hasta el Argón, con número atómico 18. A partir del K (Potasio), número atómico 19, encontramos un problema en el orden de distribución de los electrones,este problema consiste en que el subnivel 4S, recibe primero sus dos electrones, antes que el subnivel 3D.La distribución electrónica del potasio es: 1S2,2S2,2p6,3S2,3p6,3d0,4S1 El Ca ( calcio) número atómico 20, tiene la misma distribución electrónica que el potasio, pero termina en 4S2, también tiene el subnivel 3d vacío. Empieza a llenarse el subnivel 3d, con el primer elemento de transición, que corresponde al Sc (escandio) número atómico 21, cuyo último nivel energético es: 4S2 3d1. A medida que avanzamos con los elementos de transición, el subnivel d se va llenando hasta llegar al Zn (cinc) número atómico 30 y último elemento de la primera serie de transición, cuyo último nivel energético es 4S2 3d10.Lo lógico sería que el subnivel 3d, por estar más cerca al núcleo recibiera primero los electrones, pero en la realidad el subnivel 4S, estando más alejado del núcleo, solapa al subnivel 3d (prácticamente lo cubre), recibiendo los electrones primero. A partir del Potasio, la distribución de los subniveles pierde su orden lógico y con la entrada, más adelante, de los subniveles f , el desorden se acentúa, por eso es necesario conocer el orden real de distribución de los electrones en los átomos.

El orden real de distribución de los electrones es el siguiente:

56

1S2, 2S2, 2P6, 3S2, 3P6, 4S2, 3D10, 4P6, 5S2, 4D10, 5P6, 6S2, 4F14, 5D10 , 6P6, 7S2, 5F14, 6D10 Se puede ver perfectamente el desorden de subniveles a partir del 3D ó del 4S.

Podemos aprender esta distribución de una manera fácil, miremos:Todos podemos escribir la primera parte que sabemos 1S2, 2S2, 2P6, 3S2, LUEGO SIGUE DOS VECES “PSD” Y FINALMENTE 2 VECES “PSFD”.

HAGAMOS LA DISTRIBUCIÓN COMPLETA:

1 S 2 2 S 2 2 P 6 3 S 2 P S D P S D P S F D P S F D Coloquemos los coeficientes, guiándonos por la primera parte. Tenemos completo hasta 3S2, la próxima “S” tendrá coeficiente 4, luego 5 y así sucesivamente. La última “P” completa es 2P6, la próxima será 3P6 y así sucesivamente. La “D” empieza en 3, de manera que este será el número de la primera “D”. Finalmente la “F” empieza en 4 y tenemos en la distribución dos veces este subnivel cuyos coeficientes serán 4F y 5F

FICHA DE TRABAJO

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Haga la distribución electrónica de los átomos que se le proponen, escribiendo solamente el último nivel de energía, donde corresponda, ver ejemplo.

ELEMENTOK L M N O P Q

SIMB Z =

Na 11

K 19

Rb 37

Cs 55

Fr 87

F 9

Cl 17

Br 35

I 53

Fe 26

Ag 47

Hg 80

1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P6 5S2 4D10 5P6 6S2 4F14 5D10 6P6 7S2 5F14 6D10

3S1

4S2 4P5

LAS PROPIEDADES QUIMICAS DE LOS ELEMENTOS DEPENDENDE LOS ELECTRONES, SOBRETODO, DE LOS ELECTRONES DEL

ULTIMO NIVEL DE ENERGÍA.Conocer el último nivel de energía de un átomo, es de suma importancia dentro de la química, pues de este conocimiento se derivan cantidad de conclusiones o consecuencias.

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APRENDAMOS AHORA A HALLAR EL ÚLTIMO NIVEL DE UN ELEMENTO REPRESENTANTIVO, SIN NECESIDAD DE HACER LA DISTRIBUCIÓN ELECTRÓNICA.

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VIIIA

K1 E L E M E N T O S R E P R E S E N T A T I V O S 2

KH He

11 METALES ALKALINOS 4.003

11S1 IIA METALES ALKALINOTERREOS IIIA IVA VA VIA VIIA 2S2

L3 4 METALES DE TRANSICIÓN 5 6 7 8 9 10

LLi Be ELEMENTOS POCO METÁLICOS B C N O F Ne

METALOIDES 10.8 12 14 16 19 20

27 9 NO METALES 2S2 2S2 2S2 2S2 2S2 2S2

22S1 2S2 GASES NOBLES 2P1 2P2 2P3 2P4 2P5 2P6

M 11 12 13 14 15 16 17 18 MNa Mg Al Si P S Cl A

ELEMENTOS DE TRANSICION 27 28 31 32 35.5 40

323 24.3 3S2 3S2 3S2 3S2 3S2 3S2

33S1 3S2 3B 4B 5B 6B 7B 8B 1B 2B 3P1 3P2 3P3 3P4 3P5 3P6

N19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

NK Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr

45 47.9 51 52 55 55.8 59 58.7 63.6 65.4 69.7 72.6 75 79 80 83.8

439 40 4S2 4S2 4S2 4S2 4S2 4S2 4S2 4S2 4S1 4S2 4S2 4S2 4S2 4S2 4S2 4S2

44S1 4S2 3D1 3D2 3D3 3D4 3D5 3D6 3D7 3D8 3d10 3D10 4P1 4P2 4P3 4P4 4P5 4P6

O37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 438 49 50 51 52 53 54

ORb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe

89 91.2 93 96 98 101 103 106.4 107.9 112.4 114.8 118.7 121.8 127.6 127 131.3

585 87.6 5S2 5S2 5S2 5S2 5S2 5S2 5S2 5S2 5S2 5S2 5S2 5S2 5S2 5S2 5S2 5S2

55S1 5S2 4D1 4D2 4D3 4D4 4D5 4D6 4D7 4D8 4D9 4D10 5P1 5P2 5P3 5P4 5P5 5P6

P55 56 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86

PCs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Ti Pb Bi Po At Rn

139 178.5 181 183.9 186.2 192.2 195 197 200.6 204.4 207.2 209 209 210 222

6133 137.3 6S2 6S2 6S2 6S2 6S2 6S2 6S2 6S2 6S2 6S2 6S2 6S2 6S2 6S2 6S2 6S2

66S1 6S2 5D1 5D2 5D3 5D4 5D5 5D6 5D7 5D8 5D9 5D10 6P1 6P2 6P3 6P4 6P5 6P6

Q87 88 89 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114

QFr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg

227 261 262 263 264 265 266 269 272 277

7223 226 7S2 7S2 7S2 7S2 7S2 7S2 7S2 7S2 7S2 7S2

77S1 7S2 6D1 6D2 6D3 6D4 6D5 6D6 6D7 6D8 6D9 6D10

LANTANIDOS O TIERRAS RARAS 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69

Son de la serie del Lantano y es- Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Ybtan llenando el subnivel 4f 140 141 144.2 145 150.4 152 157.3 159 162.5 165 167.3 169 173

ACTINIDOS O TRANSURÁNIDOS 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102

Son elementos de la serie del ac- Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md Notinio y estan llenando el subnivel 232 231 238 237 244 243 247 247 251 252 257 258 2595f.

6S24F1

6S24F2

6S24F3

6S24F4

6S24F5

6S24F6

6S24F7

6S24F8

6S24f9

6S24f10

6S24f11

6S24f12

6S24f13

7S25f1

7S25f1

7S25f3

7S25f4

7S25f5

7S25f6

7S25f7

7S25f8

7S25f9

7S25f10

7S25f11

7S25f12

7S25f13

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TABLA .3. MARIO RODAS

Observe en la tabla .3. la distribución electrónica del “H “, 1S1; ahora observe dónde está situado el hidrógeno dentro de la tabla. Es el primer elemento de la tabla, pertenece al grupo IA, observe además que todos los elementos de este grupo terminan en S1; entonces, reunamos todos estos datos y sinteticemos: el “1 “ significa que está en la primera fila o período; la “S “ significa que el elemento debe estar en el primer grupo o en el segundo, ya que estos elementos en su Último nivel, están llenando el subnivel “S” ( observe la parte inferior de la tabla .3. ), el “ 1 “ que acompaña al subnivel “S” está indicando que el elemento solo tiene un electrón en el Utimo nivel y en consecuencia pertenece al grupo IA, ya que todos los elementos de este grupo tienen un electrón en el último nivel y terminan en S1 . Mire la parte inferior de la tabla .3. Los elementos de los grupos IA y IIA tienen en su último nivel S1 y S2 respectivamente, los elementos del grupo IIIA, tienen lleno el subnivel “S” y empieza a llenar el subnivel “P”, por eso aparece como S2

P1; los elementos del grupo IVA, tienen la misma distribución de los del IIIA, pero con un electrón más en “P”, sería pues S2 P2, los grupos que siguen van aumentando un electrón en “P” hasta completar los 6 electrones que le caben a este subnivel. Fíjese bien que los elementos del IIIA hasta el VIIIA terminan todos en S2 P (1 a 6 ) .

Con un ejemplo más podrá afinar el concepto.

El fósforo tiene como distribución electrónica del último nivel 3s2 p3, esto quiere decir que se localiza en: el tercer período, termina en S2P3, quiere decir que pertenece a los grupos representativos de la derecha, que terminan en S2 P y si contamos los electrones del último nivel nos da 5, lo que nos señala que pertenece al grupo VA de la tabla periódica.

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PRACTIQUEMOS UN POCOA PARTIR DE LAS SIGUIENTES DISTRIBUCIONES ELECTRONICAS, LOCALICE EL ELEMENTO DENTRO DE LA TABLA:

Bien, ya es capaz de localizar cualquier elemento representativo, con solo darle la distribución electrónica del último nivel, ahora, con un poco de esfuerzo, puede también hacer lo contrario, y es

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lo que más interesa, es decir; determinar el último nivel de energía a partir del símbolo del elemento

LECTURA Y SIGNIFICADO DEL ÚLTIMO NIVEL DE ENERGÍA DE UN ELEMENTO

Si tomamos el “H “y hacemos la distribución electrónica, encontramos que en su único nivel, primero y último, tiene un solo electrón y su configuración espectral es 1S1 . Esta configuración del último nivel, la podemos leer así: EL ATOMO DE HIDRÓGENO TIENE UN ELECTRÓN EN EL SUBNIVEL “S ‘ DEL PRIMERO Y ÚNICO NIVEL. “1“ significa, El valor energético de “K “. También está indicando el período (Primer período). La “s” es el primer subnivel de cada nivel, o también, es el subnivel de menor energía de cualquier nivel, en este caso del nivel “K”. El “1” que acompaña al subnivel significa el número de electrones presentes en el subnivel.

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NUMERO DEL PERIODO (PRIMER PERIODO) ELECTRONES EN EL SUBNIVEL 1S1 SUBNIVEL DE MINIMA ENERGÍA

Con esta explicación, podemos sintetizar el concepto así: Existe la probabilidad de hallar un electrón en el subnivel de menor energía del primer nivel “ k “, en el átomo de hidrógeno.

Veamos la distribución electrónica del átomo de cloro: 3 s2 p 5. Ensaye la lectura y la interpretación del significado de esta notación espectral:________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Ensaye la lectura y la interpretación del significado de las siguientes notaciones espectrales: 5 B 10,82 = 1S2 2S2 2P1

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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8 O 16 = 1 S 2 2 S 2 2 P 4 _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

19 K 39, 01 = 1 S 2 2 S 2 2 P 6 3 S 2 3 P 6 4 S 1

Se estará preguntando hace rato, qué pasa con los elementos de la mitad de la tabla o sea los de transición? Será que son más difíciles? o será que con ellos no se puede adivinar el último nivel ?

Se trabaja con ellos en la misma forma que con los elementos representativos, solo que tienen su truquito, no gratuitamente se los llama de transición. En realidad estos elementos muestran cambios en los últimos subniveles. El subnivel 3D siendo de menor energía que el 4S, recibe los electrones después de este. A partir del subnivel 3D, se inicia un desorden en la distribución electrónica. Este desorden se nota a partir del elemento 19 (k).

Volvamos sobre el capitulo anterior y recordemos cuando hacíamos la distribución electrónica, cómo al llegar al potasio, antes de entregar electrones al subnivel 3d, debíamos llenar 4s; esto quiere decir que el último nivel del potasio es 4s1 y el del calcio que, es el elemento que le sigue sería 4s2 y con este elemento, llenamos el subnivel 4S; entonces empezamos a llenar el subnivel 3d a partir del Escandio Número 21, PRIMER ELEMENTO DE LA PRIMERA SERIE DE TRANSICIÓN. Todos los elementos que están después del calcio (desde el escandio hasta el cinc) tienen como último nivel 4s2 3d...... Miremos dos ejemplos para que asegure el conocimiento. El Sc (escandio) número atómico 21 es el primer elemento de transición, entonces le corresponde como último nivel 4s2 3d1, el titanio sería 4s2 3d2 y así sucesivamente.

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ojo con estos detalles: el primer período de transición, aparece en el cuarto período de la tabla, por eso todos los elementos son 4s2, pero el coeficiente del subnivel “d” es un punto por debajo del coeficiente del subnivel “s” , por eso digo 4s2 3d... si hablamos de los elementos de transición del quinto período ( Itrio, circonio, niobio....) entonces el último nivel sería 5s2 4d.... siempre la “d” un punto por debajo de la “s”, solo en los elementos de transición .

Solo nos falta llenar los elementos que están en la parte más baja de la tabla periódica, reunidos en dos filas de 14 elementos cada una.

La primera fila contiene los elementos llamados LANTANIDOS O TIERRAS RARAS; son elementos con propiedades muy parecidas al lantano; estos elementos están llenando el subnivel 4f. ( no olvide que a “ f ” le caben catorce electrones, por eso son 14 elementos ).La adición de electrones “ f ”parece que tiene poca incidencia en las propiedades químicas.Debido a las semejanzas en sus propiedades, los lantánidos son muy difíciles de separar entre sí por métodos ordinarios. Hasta hace poco, el comercio solo tenía pequeñas muestras de los elementos de transición a excepción del CERIO, que es el elemento más abundante de la serie.

Recientemente mediante técnicas cromatográficas se han podido separar sales de estos elementos y se han logrado comercializar compuestos tales como los óxidos de europio, gadolinio e itrio para configurar el color rojo brillante de algunos televisores; también el óxido de neodimio, se emplea como parte de un laser de líquido.

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La última fila contiene los elementos llamados ACTINIDOS O TRANSURÁNIDOS.

Estos elementos están llenando el subnivel 5f y tienen propiedades parecidas al actinio.

Sus números atómicos van desde el 90 hasta el 103,104.... Todos estos elementos son radiactivos. De los 14 elementos, solo dos, el uranio y el torio se encuentran en

cantidades considerables en la naturaleza. Todos los demás elementos, fueron observados por primera ocasión, en los

productos de reacciones nucleares controladas. El uranio y el plutonio , se emplean como combustibles en reactores y

bombas nucleares .

No nos detendremos en el estudio de estos elementos, pues pertenecen a la química especializada.

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68

Números cuánticos.

Si queremos definir completamente un átomo, tenemos que definir cada uno de sus electrones, mediante cuatro números cuánticos.

El primer número cuántico recibe el nombre de número cuántico principal y se representa por la letra “n”.

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Indica la energía del nivel, el número de niveles de energía presentes y en general el volumen real del orbital.

Los valores que toma son 1, 2, 3, 4, 5,... Todos los átomos que están en el primer período de la tabla periódica tienen n=1

Los átomos que pertenecen al segundo período de la tabla periódica tienen para “n” dos valores: 1 y 2 .

El segundo número cuántico se llama secundario o azimutal. Se representa por “L” y define la forma general de la zona donde se mueve el electrón, en otras palabras, la forma del subnivel.Los valores de “L “ son (n-1)

Si n = 1 entonces L = 0 ; nos están hablando del subnivel “s”Si n = 2 entonces L = 0 y 1 ; ( L = 1 ) nos están hablando del subnivel “p”Si n = 3 entonces L = 0 , 1 , 2 ; cuando L = 2 se refieren al subnivel “d “Si n = 4 entonces L = 0,1,2,3 ; Cuando L = 3 nos están hablando del subnivel “f”

El tercer número cuántico, se llama número cuántico magnético. Se representa por “ml “ y hace referencia a las diferentes orientaciones de un orbital en el espacio; éste número cuántico toma valores que oscilan entre - L hasta + L, incluido el cero.

Si L = 0 ml = 0 (subnivel “S “ de forma esférica)

70

Si L = 1 ml = -1, 0, + 1 (las tres orientaciones del subnivel “p”)

Si L = 2 ml = -2, -1, 0, + 1, + 2 (Las 5 orientaciones del subnivel “d”)

Si L = 3 ml =-3, -2, -1, 0, 1, 2 y 3 (Las 7 orientaciones del subnivel “f”.)

El último número cuántico es el número cuántico SPIN o momento angular del electrón. Hace referencia a los posibles sentidos de giro que puede tener un electrón sobre su eje. (son sólo dos sentidos: a la izquierda o a la derecha). En cada orbital solo puede haber dos electrones y son necesariamente de Spin opuesto (antiparalelo). Uno de los electrones tendrá como Spin = + ½ y el otro electrón tendrá como Spin = - ½

UN EJERCIO CON LOS NUMEROS CUÁNTICOS.

COMPLETE ESTE CUADRO

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Isótopos

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ISOTOPOSSon átomos de un mismo elemento químico que poseen el mismo número de protones y electrones, pero difieren en el número de neutrones. Como el peso del átomo está en el núcleo y allí se hallan los neutrones y protones, podemos deducir que los isótopos difieren en su peso atómico. La masa o peso atómico para los elementos de la tabla periódica, son un promedio del peso de los diferentes isótopos o núclidos.Ejemplo: Se ha determinado, mediante análisis, por espectrometría de las masas, que la abundancia relativa de los diversos isótopos del silicio en la naturaleza, es la siguiente: 92,21% de Si28, 4,70% de Si29 Y 3,09% de Si30. Las masas nuclídicas de las tres especies son: 27,977; 28,976 y 29,974 respectivamente. Calcular el peso atómico del silicio a partir de estos datos.Masa atómica = (92,21% x 27,977) + (4,70% x 28,976) + (3,09% x 29,974 ) = 28,086 100 Puede darse cuenta que el peso atómico viene dado por la media de los tres núclidos o isótopos, cada uno ponderado de acuerdo con su abundancia relativa.

Teniendo como muestra el anterior ejercicio, realice este problema:Determine la masa atómica del galio, sabiendo que existen dos isótopos Ga69 y Ga71 Cuya abundancia relativa es, respectivamente, 60,2% y 39,8% Indique además la composición de los núcleos de ambos isótopos (¿cuántos protones y cuántos neutrones tiene cada isótopo?).Número atómico del Ga = 31

I O N E S CATIONES Y ANIONES

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Lo normal es que la materia se encuentre neutra, es decir, sin carga eléctrica; este hecho permite afirmar que los átomos son eléctricamente neutros y poseen, por lo tanto, el mismo número de protones y de electrones.

Si un átomo neutro recibe un electrón de más, deja de ser neutro y se convierte en un ION NEGATIVO, LLAMADO TAMBIEN ANIÓN; Si por el contrario, un átomo neutro cualquiera, entrega un electrón, deja de ser neutro y se convierte en un ION POSITIVO, LLAMADO TAMBIEN CATIÓN.

Los iones tienen propiedades químicas que difieren grandemente de las de los átomos neutros, de donde provienen.

Los metales se convierten fácilmente en cationes, cediendo electrones. Ejemplos de cationes son : Na+ , Fe+++ , Cu++ etc . Los no metales se convierten fácilmente en aniones, recibiendo electrones.Ejemplo de Aniones son: Cl-, O=,P-3 etc.

CONCEPTO DE ATOMO GRAMO (mol de átomos), MOL(mol de moléculas)NUMERO DE AVOGADRO.

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Ya sabemos que la materia se presenta en forma de elementos y en forma de compuestos. Bien!. La cantidad más pequeña que puede existir de un elemento, sin que pierda sus propiedades, se llama ATOMO. EN CONSECUENCIA, PODEMOS AFIRMAR QUE UN ELEMENTO ES UN AGREGADO DE ATOMOS IGUALES.

Siguiendo la misma línea decimos que la menor cantidad de un compuesto que

puede existir sin que pierda sus propiedades, se llama MOLECULA.

PODEMOS CONCLUIR QUE UN COMPUESTO ES UN AGREGADO DE

MOLECULAS IGUALES.

Los átomos los podemos representar por medio de símbolos y la tabla periódica contiene los símbolos de todos los elementos existentes en la actualidad. Cuando escribo el símbolo “H” me estoy refiriendo al átomo de hidrógeno o al elemento hidrógeno.

Las moléculas las podemos representar por medio de fórmulas, así, cuando digo: “ H2O “ me estoy refiriendo a la molécula de agua o al compuesto agua.

Cada átomo tiene su propio peso y aparece consignado en la tabla periódica. Por ser estos pesos tan pequeños, las unidades se llaman UMA ( unidades de masa atómica). Son unidades propias para el micromundo de los átomos (por información podemos saber que 1 UMA = 1,67 x 10-24 g ) .

El peso de los átomos lo puedo expresar en gramos, pero cambia completamente el concepto del átomo, ya que estoy hablando de átomos-gramo.

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Si miramos la tabla periódica, encontramos que el HIDROGENO (H) TIENE NÚMERO ATÓMICO ( Z ) = 1 Y TIENE ASIGNADO COMO PESO ATÓMICO = 1,OO8 U.M.A. Esto quiere decir que el átomo real de hidrógeno pesa 1,008 u.m.a. Ahora, yo trabajo en el laboratorio con el hidrogeno pesando 1,008 Gramos . Mire que solo cambié UMA por Gramos , el número quedó igual. Ese cambio lo logré multiplicando 1,008 UMA por 6,023 x 10 23 que es el número de avogadro, lo que quiere decir que no estoy trabajando con un átomo real de hidrógeno, sino con un paquete de hidrógenos, que va a tomar el nombre de átomo-gramo de hidrógeno. .

En la tabla periódica encontramos todos los átomos con sus respectivos pesos atómicos, expresados lógicamente en U.M.A; pero estos pesos atómicos también los puedo expresar en gramos, solo que entonces el nuevo átomo se llamará átomo-gramo. No se trata ya de un solo átomo, sino de 6,023 x 1023 átomos reales o sea un paquete, que llamamos mol de átomos o átomo gramo.

QUE ES UN ÁTOMO GRAMO? Es un paquete de átomos, dicho paquete contiene 6,023 x 1023 átomos.

6.023 x 1023 átomos de hidrógeno, son un paquete de átomos de hidrógeno, ese paquete se llama átomo-gramo y pesa 1,008 gramos. un solo átomo del paquete, pesa 1,008 uma y es un átomo real. Digamos lo mismo con el oxígeno: Mire que en la tabla periódica el oxígeno pesa 16 UMA, o sea el átomo real de oxígeno; pero el átomo gramo de oxígeno pesa 16 gramos y no es un solo átomo, sino un paquete de 6,023 x 1023 átomos reales de oxígeno.

ENSAYE USTED A DECIR LO MISMO DEL ATOMO DE SODIO QUE PESA 23 UMA.

Complete los espacios libres.

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UN ATOMO REAL DE SODIO PESA __________________________________

6,023 X 1023 ÁTOMOS REALES DE SODIO PESAN ____________________

UN PAQUETE AVOGADRO DE ÁTOMOS DE SODIO PESAN _________________________

UN SOLO ÁTOMO DEL PAQUETE AVOGADRO PESA _______________________________

UN ÁTOMO GRAMO DE SODIO PESA ________________________________

6,023 X 1023 SE LLAMA NÚMERO DE AVOGADRO.

EL NÚMERO DE AVOGADRO DE ÁTOMOS DE SODIO PESA ______________

CUANTOS ÁTOMOS REALES DE SODIO TIENE UN ÁTOMO GRAMO DE SODIO ___________________

UN ATOMO GRAMO DE SODIO, CUANTAS VECES ES EL NÚMERO DE AVOGADRO DE ÁTOMOS REALES DE SODIO? _________________________________

LO MISMO QUE DECIMOS DE LOS ÁTOMOS, PODEMOS DECIRLO DE LAS MOLÉCULAS. MIREMOS!!!

H2O : es la fórmula del agua. Es una molécula de agua y pesa 18 uma; porque el hidrógeno pesa 1 y son dos hidrógenos, más el peso del oxígeno que es 16, todo nos da 18 uma.

H2O : ES UNA MOL y pesa 18 gramos ( mire bien el cambio, cuando digo MOL, expreso el peso del agua en gramos).... pero, entonces al fin H2O es una

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molécula o es una mol . ambas cosas. si el peso del agua lo expresa en uma, usted me está hablando de la molécula, pero si el peso lo expresa en gramos usted me está hablando de la mol, la fórmula permanece igual.

H2O es una molécula de agua y pesa 18 uma, pero 6,023 x 1023 moléculas de agua forman un paquete que se llama MOL y pesa 18 gramos.

EN RESUMEN.

LA MOL ES UN PAQUETE DE MOLECULAS. EL PAQUETE CONTIENE 6,023 X 1023

MOLÉCULAS. ESTE PAQUETE PESA 18 GRAMOS. UNA SOLA MOLÉCULA DEL PAQUETE PESA 18 UMA.

YA PODEMOS HACER UN EJERCICIO PARA AFIRMAR EL CONCEPTO.

NaCl se llama cloruro de sodio (sal de cocina) es una molécula y pesa 23 del sodio + 35,5 del cloro = 58,5 u.m.a.

6.023 x 1023 moléculas de cloruro de sodio pesan _________________________________________

un paquete de moléculas de sal de cocina pesan ____________________________________________

El número de avogadro de moléculas de cloruro de sodio pesan ________________________________

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Una sola molécula del paquete pesa _____________________________________________________

58,5 gramos de sal de cocina, cuántas moléculas contiene? __________________________________-

117 gramos de sal de cocina, cuántas molécula tiene? _____________________________________

Cuántas veces está el número de avogadro en 5,85 gramos de cloruro de sodio? __________________PODEMOS SINTETIZAR TODO LO RELACIONADO CON EL NUMERO DE AVOGADRO EN DOS FRASES:

1.- UN ATOMO DE OXIGENO PESA 16 UMA , PERO EL NUMERO DE AVOGADRO (6,023 X 1023) DE ÁTOMOS DE OXIGENO PESAN 16 GRAMOS Y FORMAN UN ÁTOMO GRAMO DE OXÍGENO.

2.- UNA MOLÉCULA DE AGUA PESA 18 u.m.a , PERO EL NÚMERO DE AVOGADRO DE MOLÉCULAS O SEA 6,023 X 1023 PESAN 18 GRAMOS Y FORMAN UN MOL DE OXÍGENO

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E j e r c i c i o s

1.- Cual es la masa o peso de un átomo de nitrógeno ? ___________________

2.- Cuánto pesan 6,023 x 1023 átomos de nitrógeno? _____________________

3.- Cuántos átomos de nitrógeno hay en 14 gramos de nitrógeno ? __________

4.- Donde hay más átomos; en 23 g de sodio o en 14 g de nitrógeno y por que? __________________________________________

5.-Cuántos átomos gramo de oxígeno hay en 32 g de oxígeno? _____________

6.- Cuántos átomos de hidrógeno hay en 0,5 g de hidrógeno ? _____________

7.- Cuánto pesan 2 veces el número de avogadro de átomos de hidrógeno?______

8.- Cuántos átomos hay en una mol de átomos de potasio? ________________

9.- Cuántos átomos de hidrógeno hay en una molécula de agua ? ___________

10- Cuántos átomos gramo de hidrógeno hay en 4,5 g de agua ? ___________

11- En 4,5 g de agua, cuántos gramos de oxígeno hay ? __________________

12- La tierra tiene 5 x 109 habitantes. Si tuviéramos que repartir un mol de pesos entre todos ellos. Cuántos pesos recibiría cada uno?

13- En un proceso químico se gastaron mol y medio de hidrógeno gaseoso( H2 ) Cuántos gramos de hidrógeno se gastaron?

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MASTERTON Y SLOWINSKY. Química General Superior. Edit. Interamericana. GARCÍA PÉREZ y Otros. Química: Teoría y Problemas . Edit

Alfaomega. NEGRO y ESTEBAN. Acerca de la Química. Edit Alambra.

ACOSTA, Ignacio Alfonso. Química General Básica – Edit. Universitaria de América.

POSTULADOS DE LA TEORÍA CUANTICALos átomos y las moléculas solo existen en ciertos estados permitidos, que se diferencian por sus energías bien definidas. Un átomo o una molécula pueden cambiar su estado absorbiendo o emitiendo energía suficiente para llevarlo a otro estado permitido. En otras palabras, los electrones en un átomo pueden ganar energía suficiente, escalando niveles superiores o perder energía suficiente cayendo a niveles más bajos (cuando hablamos de suficiente, queremos decir, que la energía ganada o emitida es siempre una cantidad fija y exactamente igual a la necesaria para poder llegar a un nivel superior o inferior. No existen estados intermedios).

Cuando los átomos o moléculas absorben luz o emiten, se produce un cambio en sus energías y la longitud de onda () se relaciona con este cambio de energía.

La ecuación que define este cambio se representa así:

ΔE = h c / = Efotón donde “ h”,es la constante de Planck 6,626 x 10-34 julios seg.

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LOS TEMAS QUE PRESENTAMOS A CONTINUACIÓN, SON PARA ESTUDIANTES QUE DESEAN

PROFUNDIZAR EN QUIMICA

También sabemos que ΔE = h (= frecuencia ) .

La velocidad de la luz ( c ) = 2,998 x 108 metros/ seg.

Ejemplo: los átomos de sodio excitados, pueden emitir radiación a una longitud de onda de 5890 angstrom ( Å )

¿Cuál es la energía en julios de los fotones, en esta radiación? ¿Cuál es la energía de un mol de estos fotones en kilojulios y en Kcal?

La energía de un fotón, Efotón = h c /

Ya conocemos el valor de la constante de Planck y la velocidad de la luz. Debemos expresar la longitud de onda () en metros, para obtener la energía de los fotones en julios .

1 Å (ángstrom) = 1 x 1010 metros.

= 5890 Å x 1 x 10 10 metros = 5890 x 107 metros 1 Å

Efotón = h c / ; 6,626 x 10 -34 julios seg x 2,998 x 10 8 metros/ seg . = 3,37 x 10-19

julios 5890 x 107 metros

1 mol = 6,02 x 1023 partículas, entonces, E mol de fotones = h c /

3,37 x 10 -19 julios x 6,02 x 10 23 moles = 2,03 x 105 julios/ mol = 203 Kilojulios / mol.

1 caloría = 4,184 Kjulios, entonces, Efotónes = 203 Kjulios / mol x 1 caloría / 4.184 Kjulios = 48,5 Kcal/Mol

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Como la energía de un fotón es realmente pequeña, en este tipo de problemas se prefiere expresar la energía en Kcalorías o Kjulios por mol de partícula.

Podemos utilizar los siguientes factores de conversión, para correlacionar la energía por partícula, con la energía por mol.

1 julio/ partícula = 6,02 x 1020 Kjulios/mol. = 1,44 x 1020 Kcal / mol

“Los cambios de energía en la emisión de espectros atómicos son, mol por mol, del mismo orden de magnitud que los cambios de energía observados en las reacciones químicas.” (Química General Superior – Masterton- Slowinski- interamericana).

ESPECTROS Y ESTRUCTURA ATÓMICA

En 1666 Newton observó, que cuando la luz del sol atraviesa un prisma, se descompone en los colores del arco iris. Los cuerpos incandescentes también emiten luz, que al pasar por un prisma, produce un espectro característico para cada sustancia; el espectro se constituye en la huella digital que identifica la sustancia.

Fraunhofer en 1814, descubrió que un espectro solar suficientemente ampliado, presenta una serie de líneas negras muy finas que hoy se llaman líneas de Fraunhofer.

Foucault observó, luego, que una llama que contuviera sodio, absorbía la luz amarilla del espectro, lo que le permitió a Kirchhoff establecer una relación entre el poder de emisión y el poder de absorción de las radiaciones de la misma longitud de onda, concluyendo que esta relación es constante para todos los

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cuerpos, gracias a este descubrimiento se dio inicio al análisis espectral por el procedimiento de absorción.

Existen varias clases de espectros: Los cuerpos sólidos y los líquidos incandescentes producen un espectro

continuo. Los vapores producen un espectro discontinuo, formado por franjas o

bandas de diferentes colores. Este espectro de bandas es propio de las moléculas y es característico para cada uno de los compuestos químicos.

El espectro de líneas es característico de los átomos de los elementos químicos, vaporizados. Las rayas son monocromáticas y se distribuyen sobre un fondo oscuro, a lo largo de todo el espectro.

El espectro se origina en la interacción de las radiaciones electromagnéticas y la materia. En realidad representa las longitudes de onda de las radiaciones que una sustancia emite o absorbe.

Hay espectros relativamente sencillos como los del sodio y el mercurio, pero otros, como el del hierro, presenta millares de líneas.

Series espectrales.

Dewar observó, en 1883, que las líneas del espectro forman series de líneas sencillas, dobles o triples, esto quiere decir que, una misma serie solo contiene “singletes”, “dobletes” o “tripletes” y no se encuentran mezclados.

Cuando se obtiene un espectro de absorción a temperatura moderada, aparece solo una serie de líneas, llamada serie principal. En 1885 Balmer halló que las 9 líneas que formaban el espectro visible y ultravioleta del Hidrógeno, constituían una progresión que hoy se conoce como serie de Balmer.

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El espectro atómico más simple es el del Hidrógeno y un examen rápido de este espectro, revela una progresión regular de líneas. Balmer imaginó que había una relación matemática entre las longitudes de onda de estas líneas. Mediante un procedimiento gráfico, obtuvo la siguiente fórmula para las longitudes de onda de las nueve líneas del espectro visible del hidrógeno.

= 3646,00 n2 / ( n2 – 4 ) en donde; , es la frecuencia en Å, es decir el número de ondas por centímetros. n, es un número entero, con valores 3,4,5 para la primera, segunda, tercera...líneas (n = q + 2, donde q es el número de la línea).Ejemplo: calcule la longitud de onda de la serie de Balmer, para la cual n=4 . = 3646,00 n2/( n2 – 4 ) ; 3646,00 ( 42 / 42 – 4 ) = 4861.33 Å

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TEORIA DE BHOR DEL ATOMO DE HIDRÓGENO.

Bohr, basó su enfoque en: El átomo nuclear de Rutherford. En la sugerencia de Planck de que los átomos y otras partículas pequeñas,

sólo pueden poseer ciertas cantidades de energía definidas. En la Ecuación de Einstein, que relacionaba la longitud de onda con la

energía del fotón. La serie de Balmer, relacionando los niveles energéticos en el átomo de

Hidrógeno.

Bohr supuso que el átomo de Hidrógeno constaba de un núcleo central conteniendo un solo protón, alrededor del cual se movía un solo electrón en una órbita circular. La fuerza centrífuga, debida al movimiento del electrón debería equilibrar la fuerza de atracción del electrón por el protón.

La energía del átomo la expresó en términos del radio de la órbita del electrón, respetando en esta forma, el concepto clásico de la atracción electrostática, concretada en la ley de Coulomb, pero Bhor, no se quedó ahí, incorporó la teoría cuántica en su modelo, al suponer inspiradamente que el momento angular del electrón (mvr) se expresaba por la ecuación:

Mvr = nh / 2 . Donde m = masa electrónica, v = su velocidad, r = radio de la órbita, n = un número cuántico que puede tener cualquier valor entero positivo ( 1,2,3,4,.....) y h = la constante de Planck.

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Bohr demostró que su condición de cuanto, se reflejaba en la limitación de las energías del átomo de hidrógeno, las cuales debían ajustarse a ciertos valores, resultantes de la aplicación de la ecuación:

E = - B / n2 donde n = número cuántico y B = 2,179 x 10–18 Julios

A medida que el electrón se acerca al núcleo, el átomo se vuelve más estable y su energía es negativa en todos sus estados permisibles. La menor energía posible se halla en el nivel K, es decir en la órbita donde n =1 . A esta condición se llama Estado fundamental del átomo

A medida que el valor de n es superior a 1, se dice que el átomo se halla en estado excitado y tenderá a volver rápidamente a su estado fundamental. En el estado excitado la energía se aumenta y se vuelve menos negativa y cuando n adquiere valores muy altos la energía será menos negativa y tenderá a cero.

De acuerdo con la teoría cuántica, las líneas en el espectro del hidrógeno provienen de transiciones entre los niveles energéticos del átomo. Las longitudes de onda de estas líneas pueden obtenerse de la ecuación de Einstein ΔE = h c / .

Bohr reconoció que las líneas en la serie de Balmer provienen todas de transiciones al nivel, n = 2

Y de acuerdo con esto efectuó sus cálculos para dicha serie.Ejemplo. Calcular la longitud de onda en Å de la línea en la serie de Balmer, que corresponde a la transición n=4 a n=2 (segunda línea en la serie).

Sabemos que E4 = - B / 16 y E2 = - B / 4

Expresemos la energía en Julios. E4 = - ( 2,179 x 10-18 julios ) / 16 = - 1,362 x 10-

19 julios

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E2 = - ( 2,179 x 10-18 julios ) / 4 = - 5,448 x 10-19 julios

La energía del fotón es igual al cambio de energía : ΔE = E4 - E2

Efotón = ( - 1,362 * 5,448 ) x 10-19 julios = 4,086 x 10-19 julios.

Si tomamos la Ecuación de Einstein

Efotón= h c / entonces = h c / Efotón

= 6,626 x 10 -34 julios.seg x 2,998 x 10 8 m/s = 4,861 x 10-7 m 4,086 x 10-19 julios

= 4,861 x 10 -7 m x 1,0 x 10 10 Å = 4861 Å 1 m

El modelo de Bohr explicaba bien el comportamientoDel atomo de hidrógeno, pero no el de los demás

SOMMERFELD, introdujo una modificación, ampliando ese modelo a otros átomos distintos del hidrógeno: las órbitas podían ser tanto circulares como elípticas.

A PARTIR DE 1920, los científicos tienden a olvidar la idea de órbita fija. Como consecuencia de investigaciones hechas por Luis de Broglie, Schrodinger, Pauli, Heisemberg, Dirac, se mejora el modelo atómico desechando las órbitas fijas como no reales y se admite que al electrón, para una energía dada, se lo puede encontrar en una región del espacio, llamada ORBITAL.

10.11.

89

Se define pues orbital como una región del espacio donde existe laprobabilidad de hallar máximo un par de electrones. Los ORBITALES, a diferencia de los niveles de órbitas rígidas de Bohr, son tridimensionales y presentan diversas formas.

Atomo de Niels BohrTrayectorias circulares y

Niveles energéticos Cuantizados

Atomo de SommerfeldCon órbitas elípticas y

subniveles

Atomo de Dirac y Jordan Schrodinger-Bohr

Concepto de región Y campo energético

12.13.14.

TOMADO DE QUIMICA ORGÁNICA “Devore

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PRINCIPIOS BÁSICOS DE MECANICA ONDULATORIA

LA TEORÍA DE Bohr-Sommerfeld alcanzó notable éxito por explicar el espectro del Hidrógeno, pero no era aplicable a átomos con varios electrones y menos a los enlaces químicos entre los átomosPara tratar de resolver, al menos en parte, estos problemas en 1927 Erwin Schrodinger apoyándose en el concepto dualidad onda-corpúsculo enunciado por Louis de Broglie, formula la mecánica ondulatoria y Werner Heisemberg, la mecánica de matrices. Ambas mecánicas inician un nuevo camino en el tratamiento de la estructura atómica, luego ampliadas y aclaradas por Jordan, Dirac, Max Born...etc. A todo este tratamiento cuántico del fenómeno luminoso y el átomo, se lo ha llamado mecánica cuántica, que se diferencia de la mecánica clásica en que es esencialmente probabilística y utiliza un ropaje matemático más complejo.

Newton enunció la naturaleza corpuscular de la luz y más tarde Huygens estudió su aspecto ondulatorio. En 1887 se descubrió el efecto fotoeléctrico (fotones de determinada frecuencia arrancan electrones de los metales) que explica la naturaleza corpuscular de la luz; luego, el efecto compton (choque de electrones) que explica la naturaleza ondulatoria de la luz. Se sintió la necesidad de conciliar los dos aspectos ondulatorio y corpuscular.

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Para 1924 Louis de Broglie, extendió el carácter dual de la luz a los protones, electrones, átomos, etc., pensó que si la luz se comportaba como onda y como partícula, también la materia debería poseer ese carácter dual.

Energía asociada a la masa = mc2

Energía asociada a la onda = h, entonces mc2 = h y = h / mc

La hipótesis de Heisemberg está plenamente aceptada y el principio de incertidumbre se ha generalizado a muchos más aspectos que los cuantitativos y así se dice, por ejemplo, que ignoramos la realidad concreta del electrón en un átomo. No estamos seguros de lo que es un electrón. Podemos definir el principio de incertidumbre diciendo que es imposible determinar simultáneamente, de un modo preciso, dos magnitudes complementarias del estado de un sistema. Son magnitudes complementarias aquellas cuyo producto, tiene las dimensiones de una acción. La acción física es energía por tiempo (estas son las dimensiones de la constante de Planck). Ejemplo: Posición y cantidad de movimiento; energía y tiempo; ángulo de giro y momento cinético.

Siendo X la coordenada de posición de un electrón y P el momento lineal; estas magnitudes solo pueden determinarse simultáneamente con una incertidumbre ΔX y ΔP, que según Heisemberg, cumplen la relación: ΔX x ΔP h / 2 Esto, quiere decir, que podemos determinar con gran precisión X ó P , pero no ambos simultáneamente. En física clásica ambas magnitudes pueden establecerse con bastante precisión, al tiempo. Esta incertidumbre,

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Según la hipótesis de De Broglie : Cada partícula en movimiento, lleva asociada una onda, cuya longitud de onda

viene dada por la ecuación: = h / mv.

impide definir el concepto de trayectoria de una partícula, entonces, no tiene sentido hablar de órbitas electrónicas en los átomos y la mecánica clásica hace desaparecer los modelos que sitúan los electrones girando en órbitas determinadas alrededor del núcleo, considerando estas órbitas como zonas en que la posibilidad de encontrar un electrón, es elevada.

¿Qué significa todo esto de la cuántica?

El hecho de que los electrones, fotones y otros objetos cuánticos se comporten unas veces como partículas y otras veces como ondas, sugiere a menudo la pregunta de qué son realmente.

Según BOHR, no tiene sentido preguntar qué es realmente un electrón. La física no puede darnos una respuesta sólo puede informarnos acerca de lo que podemos comunicarnos sobre el mundo. De modo similar existe una complementariedad posición-momento. Podemos escoger medir la posición de una partícula, en cuyo caso su momento es incierto o podemos medir el momento y abandonar el conocimiento de su posición. CADA UNA DE LAS CUALIDADES POSICION-MOMENTO CONSTITUYE UN ASPECTO COMPLEMENTARIO DEL OBJETO CUÁNTICO.

Bohr elevó esas ideas a principio, el de complementariedad. En la dualidad onda partícula, por ejemplo, las propiedades ondulatoria y corpuscular de un objeto cuántico, constituyen aspectos complementarios de su comportamiento. Él arguyó que no deberíamos encontrar nunca experimentos entre los que estos dos comportamientos diferentes entren en conflicto entre sí.

la posición de Bohr es, que no tiene sentido adscribir un conjunto completo de atributos a algún objeto cuántico antes de haber realizado sobre el un acto de medida. Así, por ejemplo, en un experimento de polarización de fotones, no

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podemos simplemente decir qué polarización tiene un fotón antes que hagamos una medida. Pero después de la medida, podemos ciertamente atribuir un estado de polarización definida al fotón. Similarmente si nos enfrentamos con la situación de medir la posición o el momento de una partícula, no podemos decir que la partícula posea valores específicos de estas cantidades antes de la medida. Si decidimos medir la posición, acabamos con la partícula en un lugar. Si en lugar de ello, decidimos medir el momento, obtenemos una partícula con un movimiento.

En el primer caso después de acabar la medida, la partícula, simplemente no tiene un momento; en el último caso simplemente no tiene una localización.

Lo que sugiere Bohr es que palabras tales como electrón, fotón o átomo, han de considerarse del mismo modo, como modelos útiles que consolidan en nuestra imaginación lo que realmente es sólo un conjunto de relaciones matemáticas que conectan varias observaciones. Es verdaderamente notable que una teoría que de otro modo era más o menos completa en sus detalles esenciales hace medio siglo y que ha resultado espectacularmente exitosa en las aplicaciones prácticas, permanezca sin embargo sin acabar. Este estado de cosas es debido en gran parte a que las discusiones sobre los fundamentos de la mecánica cuántica son teóricos, a los sumo tienden a involucrar experimentos ideales. La región de interés es tan difícil de explorar que resulta muy raro que puedan ser realizados experimentos prácticos para verificar los fundamentos de la teoría.

Entiendo que Bohr lo expresó del modo siguiente: si hemos de hablar de realidad lo hemos de hacer siempre en el contexto de una disposición experimental específica; ha de decirse precisamente lo que se va a medir y cómo va a hacerse, antes de que pueda afirmarse lo que está realmente ocurriendo.

Es entonces correcto que no podemos imaginar un electrón como si fuera una versión a escala reducida de, digamos, una bola de billar, en el sentido de que no

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podemos decir de que tenga una posición o tenga un impulso hasta que no hayamos medido realmente se posición o bien su impulso.

En ausencia de una medida, no podemos decir que tenga una de esas cualidades. La mecánica cuántica es un cálculo que permite predecir resultados estadísticos; pero ello no comporta ninguna explicación y Bohr hizo énfasis en que no había explicación de ningún tipo.

CUESTIONARIO DE REPASO

1. Relacione las siguientes magnitudes asociadas a una onda: energía, frecuencia, longitud de onda, número de ondas, período y velocidad de la luz.

2. Si en el Hidrógeno hay un solo electrón, ¿cómo en el espectro aparecen tantas líneas?

3. ¿Qué se entiende por configuración electrónica fundamental en un átomo? De un ejemplo.

4. El elemento Z = 120, aún no se ha sintetizado. Puede adelantarnos algunos datos de él, como: Número de electrones, grupo o familia, cuál sería la fórmula de su óxido?

5. Un electrón salta desde un orbital más externo, hasta uno más interno, entre los que existe una diferencia de energía de 1,5 x 10-15 julios. ¿Cuál es la frecuencia de la radiación emitida?

6. Calcule la longitud de onda asociada a un neutrón, que se mueve a una velocidad de 6,2 x 103 m/s (tenga en cuenta los siguientes datos: masa del electrón y el valor de la constante de Plank).

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7. Cuáles son los valores de los tres primeros números cuánticos, correspondientes a los orbitales: 3S y 5p.

8. Una de las principales líneas en el espectro del potasio, tiene una longitud de onda de 4014Å. ¿Cuál es la energía en julios del fotón en esta radiación?

9. Cómo se demuestra que los protones y neutrones están concentrados en un núcleo muy pequeño, en relación al tamaño del átomo?

10. ¿Cómo se explica que la luz que sale de una lámpara de alcohol, cuando le agregamos NaCl, se vuelva de color amarillo y luego cuando se la pasa por una ranura y después por un prisma, produzca una serie de líneas y no un espectro continuo?

11.Cuando hacemos pasar la luz solar por un prisma, se nos forma el arco iris, o mejor dicho, el espectro continuo de la luz blanca.12. ¿Por qué no se forma un espectro de líneas?13. ¿Qué es un espectro de Bandas y en qué casos se forma?14. Albert Einstein trató, al final de su vida de unificar las 4 grandes fuerzas, ¿cuáles son estas fuerzas y cómo se llama la partícula que mediatiza cada una de estas fuerzas?15. Cuando hablamos de Spin semientero, nos referimos a la estadística Fermi-Dirac y cuando el Espín es entero estamos en la estadística Bose-Einstein, ¿a qué se llama estadística? 16. Qué es realmente el Espín y que importancia tiene que sea entero o semientero?

17. ¿Qué es un Quark? ¿Qué partículas están compuestas por quarks?.

PROBLEMAS SOBRE TEORÍA ATÓMICA.

ANTES DE ACOMETER LA RESOLUCIÓN DE LOS PROBLEMAS , DE UN VISTAZO A ESTE RESUMEN DE TEORÍA BÁSICA.

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RESUMEN : Toda radiación electromagnética se puede describir por su frecuencia y su longitud de onda. C = (frecuencia) x (Longitud de onda).

Los espectros atómicos contienen líneas regularmente espaciadas que indican la existencia de niveles específicos de energía de los átomos . La radiación de frecuencia “ “ (Se lee, Nu) , viene en cuantos discretos , donde la energía está dada por esta fórmula E = h x (siendo h la constante de Planck = 6,626 x 10 -34

julios seg).

La magnitud del efecto fotoeléctrico está dada por : E = h + 1 / 2 mv2 ( v = velocidad).

Las longitudes de onda de las líneas del espectro atómico del hidrógeno están dadas por :

= 3646 x n2 / ( n2 - 4 ).

La relación entre longitud de onda y momento para una partícula (m v) se da por la ecuación de De Broglie :

= m x h / m x v (v = velocidad).

1 eV = 1,59 x 10-19 julios = 3,8 x 10-20 calorías.e / m = - 1,76 x 108 coul / g e (carga) = - 1,6 x 10-19 coul. m ( masa ) = 9,11 x 10-28 g . m ( protón ) = 1,67 x 10-24 g(Longitud de onda asociada a la masa) = h / mv (v = velocidad ) .

P R O B L E M A S

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1.- ¿Cual es la diferencia de energía entre dos niveles, si un elemento en su espectro emite una radiación de frecuencia igual a 10-15 seg-1 . (R: 6,63 . 10-12

ergios)?.

2.- Aplique la Ecuación de Bhor para el hidrógeno, y calcule la diferencia de energía entre los niveles n=2 y n=1, en el átomo de Hidrógeno en julios por átomo y en Kcal/mol. R: 1,634 x 10-18 julios y 235 Kcal / mol.

3.- ¿Cuál será la longitud de onda de una radiación emitida por un átomo de hidrógeno, cuando un electrón pasa del segundo al primer nivel de energía?. ¿En que región del espectro se encuentra esta radiación?.(R: 1,22x10-5 cms . U.v)

4.- ¿Cuál es la longitud de onda de un electrón, si su velocidad es 3 x 109 cm / sec ( R: 0,24 x 10-8 cms)?.

5.- Una de las principales líneas en el espectro del potasio, tiene una longitud de onda de 4014 Å. ¿Cuál es la energía en Julios del fotón en esta radiación? R: 4,949 x 10-19 julios

6.- Los átomos de sodio excitados pueden emitir radiación a una longitud de onda de 5890 Angst. ¿Cuál es la energía en julios, de los fotones de esta radiación ? ( R: 3,37 x 10-19 julios)

7.-Una partícula acelerada con masa igual a 4 x 10-24 g, con una energía cinética de 23,5 x 10-12 ergios, choca con un átomo de hidrógeno causando una transición de n = 1 a n = 6 . ¿Cuál es la velocidad de la partícula después del choque? ( R: 1,08 x 106 cms) .

8.-De acuerdo al tratamiento matemático del átomo de hidrógeno, por parte de Bohr, calcule el radio del átomo de H en su estado normal ( R: 5,29 x 10-9 cms) r = n2 h 2 / 4 pi 2 m . e2

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(e = carga del electrón)

9.-El umbral fotoeléctrico de un elemento es 2.8 Angst. ¿Qué longitud de onda debe usarse para que los electrones expulsados tengan una energía de 1,3 eV. ( R: 2,799 Angt)?.

10.-El ojo humano normal responde a la luz visible de longitudes de onda que fluctúan entre 390 y 710 nm. Determine el intervalo de frecuencia del ojo humano. ( R: 4.2 x 1014 Hz ).

11.-En un átomo ocurre un cambio de energía manera que se emite luz. El cambio de energía es 2,37 x 10-18 julios. ¿Cuál es la longitud de onda en nm de la luz emitida. (R: 83,9 nm) .

12.-Un átomo de hidrógeno cae de un estado de excitación de n = 6 a un estado más bajo n=3. Cuánta energía perdió. ¿Cuál es la longitud de onda de la luz emitida ? (R: 1,09 x 10-6 m ; 1,82 x 10-19 J).

OTRAS PARTÍCULAS ELEMENTALES DE IMPORTANCIAEn conjunto hay 17 partículas elementales conocidas y que podemos clasificar, así :

Fermiones:

Son partículas de materia y comprende los protones, neutrones, electrones y quarks

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Son partículas de spin semientero, que obedecen a la estadística de Fermi-Dirac y que se rigen por el principio de exclusión de Pauli que reza así: Dos fermiones no pueden comportarse del mismo modo, al mismo tiempo. Con la palabra estadística, se denomina aquí al comportamiento de un nutrido número de partículas idénticas.

Mesones.

Los mesones explican el funcionamiento de las fuerzas que mantienen unidos a los protones y neutrones. La variedad más ligera del mesón se llama PIÓN y se produce en los choques de nucleones. El mesón es una de las tres clases de hadrones y esta compuesto por un quark y un antiquark; podríamos decir, de manera figurada, que el mesón es como el pegante de los protones, lo que impide que los protones se rechacen dentro del núcleo.

Nucleón:

Son los componentes básicos de todos los núcleos conocidos. El núcleo atómico está compuesto de partículas básicas llamadas nucleones. Hay dos clases de nucleones: protones y neutrones. Como las cargas eléctricas contrarias se atraen, el protón se combina con el electrón, para formar un átomo de hidrógeno.

Quarks.

Son partículas puntiformes, sin oscilaciones con el núcleo, átomo y nucleones. Se conocen 5 clases o sabores de Quarks: d,u,s,c,b y cada clase de quark se da

en tres variedades o colores (Blanco, rojo y azul). Los tres colores desempeñan un papel semejante a la carga eléctrica en

electrodinámica.

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Los Quark u y d forman un doblete con Spin isotópico, son constituyentes fundamentales de la materia nuclear, tienen casi la misma masa y son idénticos, en cuanto a las demás propiedades, menos en la carga eléctrica, pues el Quark u tiene carga +2/3 , mientras el quark d tiene carga -1/3. La carga media del doblete es + 1/6.

Sólo dos quarks u y d, bastan para explicar la estructura de todos los hadrones encontrados en la materia corriente. Los quark u y d se ligan entre sí para constituir tríadas que forman nucleones.

La actual teoría sostiene que los quarks no pueden darse aislados, solo existen como partes de un todo y no como partículas por derecho propio.

Se sabe que la naturaleza utiliza tres especies de quark (u,d,s) que a su vez se dan en tres colores.

La teoría GAUGE del color, postula la existencia de 8 partículas sin masa llamada gluones, que son portadores de la fuerza fuerte, tal como el fotón es portador de la fuerza electromagnética .

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Gluones.

La teoría de la fuerza fuerte, se desarrolló en los años 70 y se la conoce como cromodinámica cuántica QCD.

La fuerza fuerte mantiene juntos a los quarks para formar neutrones y protones y está mediatizada por una clase de partícula llamada GLUÓN. En forma más doméstica podemos decir que el GLUÓN es el pegante de los quarks, tanto en el protón como en el neutrón. Más científicamente decimos que el GLUÓN es la manifestación de la fuerza fuerte pero en forma de partícula.

Los quarks pueden emitir y absorber gluones. Los gluones no pueden darse aislados, su reino existencial está confinado al

interior de las partículas elementales. Los tres quarks que integran un protón o un neutrón tienen cada uno una

especie de carga diferente que permite que se mantengan unidos, esta especie de carga se llama COLOR.

La fuerza del color es la que cohesiona los quark en las partículas. EL GLUON es la palabra que describe la fuerza del color, cuando se comporta

como partícula. Los Leptones.

Son partículas extranucleares. comprenden: los electrones y su neutrino electrónico, el muón y su neutrino muónico y el tauón y su neutrino tauónico.

El electrón tiene carga -1 y el neutrino tiene carga 0. Quark y leptones son partículas puntiformes, sin oscilaciones como los átomos,

núcleos y nucleones. Los leptones son partículas inmunes a la fuerza nuclear. Como el electrón y el muón tienen carga eléctrica sienten la fuerza

electromagnética.

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Los leptones son partículas elementales o sea que no se les conoce estructura interna alguna .

Los leptones no están compuestos por quarks. LOS QUARKS Y LOS LEPTONES SON LOS LADRILLOS BÁSICOS DE LA

MATERIA Los leptones no tienen color, ni los afecta las interacciones cromodinámicas. Los leptones tienen carga eléctrica y por eso interactúan

electromagnéticamente . El muón es un primo pesado del electrón. Pesa 206 veces más que el electrón. El leptón Tau es otro primo del electrón y pesa 17 veces más que el muón. Cada uno de estos tres leptones cargados, está asociado a un leptón descargado

que le es propio y que se denomina neutrino.

Neutrinos.

No forman parte de la materia, pero desempeñan un papel fundamental en una de las tres formas de radiactividad natural, llamada DESINTEGRACION BETA O PROCESO BETA.

En el proceso beta los protones y neutrones intercambian de identidad. El proceso beta es un mecanismo esencial para la fusión del hidrógeno en

núcleos más pesados, operación que tiene lugar en el interior de las estrellas. El neutrino no es un constituyente atómico, pero su papel es vital en la

desintegración beta. En el universo primitivo la desintegración beta posibilitó la síntesis de núcleos muy pesados a partir de hidrógeno primordial.

La desintegración beta permite que el sol haga funcionar su caldera nuclear y caliente la tierra.

El neutrino es una clase de leptón, libre de las fuerzas eléctrica y nuclear. Los neutrinos no sienten la fuerza electromagnética, ni la fuerza fuerte, pero

interactúan debido a una fuerza especial llamada, LA FUERZA DÉBIL, QUE ES LA ENCARGADA DE DESINTEGAR LOS NÚCLEOS.

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Los rayos cósmicos al chocar con los núcleos de la atmósfera, se convierten en una fuente de neutrinos.

Las explosiones de las estrellas son otra fuente de neutrinos . El sol es una fuente potente de neutrinos, en cambio la tierra es una débil

fuente de antineutrinos . Los neutrinos se producen en cualquier proceso que forme núcleos grandes

concentrando otros más pequeños (en el sol 4 núcleos de hidrógeno se funden y forman uno de helio y una gran cantidad de energía).

La radiactividad y las termonucleares, son fuentes de antineutrinos debido a que allí se produce el proceso contrario, es decir, la fisión; que consiste en escindir núcleos grandes en otros más pequeños.

Se cree que los neutrinos son partículas sin masa. El neutrino atraviesa el sol tranquilamente hasta su superficie y sale en forma

de luz . Alrededor del 10% de la energía solar sale en forma de neutrinos, muchos

millones de los cuales nos traspasan el cuerpo, durante el día y la noche sin dañarnos.

Gracias a que los neutrinos no tienen masa y son ajenos a la fuerza electromagnética y a las interacciones fuertes, son semejantes a fantasmas que pueden recorrer kilómetros y kilómetros sin chocar con nada.

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LOS NEUTRINOS PARECEN SER LA FORMA DE MATERIA DOMINANTE EN EL UNIVERSO.

PARTÍCULAS DE FUERZA:

Tenemos cuatro partículas de fuerza :

Gluones:

Que mediatizan la fuerza fuerte, es decir, la fuerza entre los quarks para formar neutrones y protones .

La fuerza fuerte también se la llama fuerza del color, que son las fuerzas que cohesionan los quarks en las partículas.

La fuerza entre los quarks está mediatizada por una serie de campos gluónicos, semejante al campo fotónico de la electrodinámica.

Quarks y gluones están permanentemente confinados en los hadrones . No hay posibilidad de ver nunca aislados ni los quarks, ni los gluones.

Los fotones:

Son partículas de luz visible. Cada fotón lleva energía de varios electronvoltios. Es el agente que mediatiza la fuerza electromagnética. La luz se comporta como partícula cuando golpea un átomo y hace que salga

expulsado un electrón; esta partícula de luz se denomina fotón. La fuerza electromagnética que liga a un electrón al núcleo correspondiente,

puede concebirse como un intercambio continuo de fotones entre ambos cuerpos; decimos entonces, que la fuerza electromagnética está mediatizada por los fotones.

El fotón es la fuerza electromagnética cuando se comporta como partícula, más que como onda.

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El fotón es portador de la fuerza electromagnética, pertenece a una categoría aparte, no es ni hadrón, ni leptón, mediatizan la fuerza electromagnética; podemos decir que el fotón es la fuerza electromagnética cuando aparece en forma de partícula. Las fuerzas las transportan cientos de partículas especiales.

Los fotones son las partículas mediadoras de una fuerza llamada electromagnetismo.

En nosotros, lo que desempeña un papel fundamental es el electromagnetismo. Todo lo que captamos por los sentidos es consecuencia indirecta de la

estructura eléctrica subyacente de la materia. El electromagnetismo es la fuerza que retiene a los electrones cerca a los

núcleos. La que liga a los electrones es la electrodinámica. La fuerza que se establece entre dos partículas cargadas, puede considerarse

originada por el intercambio de fotones. En el caso de la interacciones fuertes los gluones son los mediadores A diferencia de los fotones, los gluones, lo mismo que los quarks no pueden

verse debido a su color (especie de carga eléctrica).

Bosones Vectoriales “W “ y “Z “:

Mediatizan la fuerza débil, que es la fuerza que desintegra a los núcleos. Es la fuerza que permite el cambio de identidad de los neutrones y protones. Si la fuerza del color cohesiona el núcleo, la débil puede descomponerlo. Las interacciones nucleares débiles son las responsables del proceso de

desintegración nuclear beta, o sea cuando un neutrón se desintegra en tres partículas estables.

La fuerza débil es la que hace que ciertas partículas se desintegren y pierdan identidad.

La fuerza débil es un rasgo fundamental de los núcleos atómicos radiactivos, cuando contienen demasiados protones o neutrones, estos núcleos buscan un

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estado de equilibrio que consiguen conforme se desintegran algunas de sus partículas, expulsan leptones y cierta cantidad de energía y cambian de identidad.

Gracias a la fuerza débil el sol desintegra átomos de hidrógeno para convertirlos en Helio y generar gran cantidad de energía.

Los portadores de la fuerza débil, son partículas observables denominadas BOSONES VECTORIALES INTERMEDIARIOS, con masas 100 veces mayor que la del protón.

La Gravedad.

Es la fuerza que rige a los objetos mayores. Decisiva para la tierra, el sistema solar, las estrellas y galaxias. También es importante para la física de lo muy pequeño y lo muy grande. Los físicos conocen en la actualidad 4 fuerzas fundamentales, la gravedad es

quizá la más vulgarizada. La gravedad no tiene un efecto apreciable sobre las partículas elementales. La partícula que mediatiza la fuerza de gravedad se llama GRAVITÓN. Es pues

el gravitón el agente de fuerza gravitacional.

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RADIACIONES FUNDAMENTALES

Ernest Rutherford observó que las radiaciones de los elementos radiactivos tenían poder de penetración distinto frente a un campo magnético o eléctrico y en

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atención a ello las dividió en tres clases distintas: Radiaciones alfa, beta y gama y en conjunto, Rayos Becquerel.

RAYOS ∞ (ALFA): Son partículas cargadas positivamente, identificadas con los núcleos de helio, constituidos por dos neutrones y dos protones. Son desviados hacia el polo negativo en un campo eléctrico. Tienen una velocidad de unos 20.000 kilómetros por segundo y su poder de penetración es pequeño, ya que pueden ser detenidas (absorbidas) por una hoja de papel o por una lámina de aluminio de 0,1 mm. En su recorrido, las partículas alfa fijan dos electrones del medio ambiente y se convierten en átomos de Helio.

CUANDO UN ELEMENTO RADIACTIVO EMITE UNA PARTICULA ALFA, SE FORMA OTRO ELEMENTO, CUYO NÚMERO MÁSICO DISMINUYE EN CUATRO UNIDADES Y SU NÚMERO ATÓMICO EN DOS, ASÍ REZA LA LEY DE SODDY.

EJEMPLO:

226 Ra 88 ――> 4 He 2 + 222 Rn 86 otro caso;

239 Pu 94 ――> 235 U 92 + 4 He 2

RAYOS β (BETA): Las partículas beta son electrones dotados de una enorme velocidad, cerca de 270.000 km.seg. Se desvían fuertemente hacia el polo positivo de un campo magnético y son más penetrantes que las partículas alfa, ya que pueden ser detenidas por una placa de aluminio de unos 5 mm . La mano también las detiene.

SIEMPRE QUE UN ELEMENTO RADIACTIVO EMITE UNA PARTÍCULA BETA, SU NÚMERO MÁSICO NO VARÍA Y SU NÚMERO ATÓMICO SE

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INCREMENTA EN UNA UNIDAD, RESPECTO AL ELEMENTO EMISOR. LEY DE FAJANS.

La emisión de la partícula β (electrón) por el núcleo, se interpreta suponiendo que un neutrón en el momento de producirse la emisión se transforma en un electrón (β) y un protón. El electrón posee una masa relativamente despreciable frente al protón y al neutrón, por lo cual el número másico no varía. El número atómico aumenta una unidad porque se forma un protón. EJEMPLO

61 Co27 → 61 Ni 28 + 0 e –1

El tritio sufre desintegración beta – Recuerde que el tritio es el isótopo más pesado del hidrógeno y tiene en su núcleo 2 neutrones y un protón.

3 H 1 ――> 0 e –1 + 3 He 2 ó 3 H 1 ――> 0 β –1 + 3 He 2

RAYOS γ (GAMA): Son ondas electromagnéticas de la misma naturaleza que la luz, los rayos “X “etc , pero más energéticos y penetrantes por ser de elevada frecuencia.

Recordemos que la energía de una radiación electromagnética es : E = hv

Estos rayos no son desviados por los campos eléctricos, ni magnéticos, lo que prueba que no poseen carga eléctrica. Su poder de penetración es superior al de los rayor “X”; por eso se utilizan para obtener radiografías de los metales (revisión de soldaduras y de piezas metálicas).

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VIDA MEDIA

Cada elemento radiactivo se caracteriza por un período de semidesintegración o tiempo que tarda cierto número de átomos radiactivos en reducirse a la mitad.

Lo representaremos por “T”.

La vida media del 226 Ra 88 es de 1620 años, esto quiere decir, que si partimos de 5 gramos de Ra, al cabo de 1620 años solo nos quedarán 2,5 gramos y el resto se habrá transmutado; si dejamos pasar otros 1620 años , solo nos quedarán 1,25 gramos de Radio y así , cada 1620 años va rebajando la mitad de la cantidad que teníamos.

El Po tiene una vida media de 1,6 x 10-4 segundos.

Para calcular la cantidad de un elemento radiactivo que queda después de determinado tiempo, podemos seguir este desarrollo:

Sea “X” el número de átomos iniciales, cuando t = 0, si el tiempo transcurrido es el período de semidesintegración, el número de átomos radiactivos es X/2, para un tiempo 2T, el número de átomos radiactivos se reduce a X/4 y así sucesivamente.

Para calcular la cantidad de isótopo radiactivo que queda al cabo de un número determinado de vidas medias, por medio de esta relación:

1/2n donde “n” es el número de vidas medias transcurridas.

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TRANSMUTACIONES ARTIFICIALES.

La radiactividad que hemos visto hasta ahora, se presenta de manera natural, se da por naturaleza. Se puede inducir transmutaciones artificiales, cuando bombardeamos núcleos atómicos con diversas partículas.

En 1919, Rutherford bombardeó el nitrógeno por medio de partículas alfa y logró la desintegración del átomo, convirtiéndolo en oxígeno e Hidrógeno.

14 N 7 + 4 He 2 ―> 17 O 8 + 1 H 1 .

Siguiendo los procedimientos de Rutherford, se obtuvo la desintegración de otros elementos livianos, hasta llegar al Calcio, en la tabla periódica, con excepción del Carbono, el Berilio y el Oxígeno.

En ocasiones una partícula puede convertir un núcleo estable en otro radiactivo. El fenómeno se denomina radiactividad artificial y fue descubierto en 1934 por F Joliot e Irene Curie ( Hija de Marie Curie), bombardeando metales livianos como el aluminio, el magnesio y el boro, con partículas alfa; obtuvieron isótopos inestables de otros elementos, que se desintegraban análogamente a los cuerpos radiactivos pesados. Se facilitaba en esta forma la obtención de sustancias radiactivas, sin necesidad de recurrir al costoso Uranio

27 Al 13 + 4 He 2 ―> 30 P 15 + 1 n 0

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El fósforo, en este caso, es radiactivo y emite un positrón y se transforma en un isótopo estable del silicio, así:

30 P 15 ―> 30 Si 14 + O e 1

23 Na 11 + 4 He 2 ―> 26 Mg 12 + 1 H 1

FISION NUCLEAR – REACCION EN CADENA

Fisión nuclear es el rompimiento de algunos núcleos pesados , al ser bombardeados por un neutrón. Cuando esto sucede, suelen liberarse varios neutrones que pueden alcanzar a otros núcleos, desencadenándose así una reacción en cadena . Estas reacciones liberan gran cantidad de energía.

La fisión Nuclear fue comprobada por Otto Hann, Enrico Fermi y Strassmann, en el Uranio.

235 U 92 + 1 n 0 = 91 Kr 36 + 142 Ba 56 + 3 1 n 0

Los tres neutrones liberados en la reacción, previamente retardados, pueden actuar sobre otros núcleos de Uranio y producir nuevas escisiones, originando así una nueva reacción en cadena, que libera gran cantidad de energía.

Los neutrones son las mejores partículas para el bombardeo atómico. Se los obtiene al bombardear con rayos alfa, los elementos, particularmente los livianos.

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Los neutrones son de tres clases: Rápidos, lentos y térmicos.

LOS RAPIDOS tienen una velocidad cercana a la de la luz, son más penetrantes que los rayos gama y pueden atravesar planchas de plomo hasta de 30 cm, sin detenerse por ningún género de atracción.

LOS NEUTRONES LENTOS se obtienen al hacer pasar los neutrones rápidos a través de gruesas capas de sustancias hidrogenadas, como parafina y grafito. Son fácilmente detenidos por capas delgadas de materia y absorbidos por núcleos que luego estallan, dejando escapar una partícula alfa o un protón. LOS NEUTRONES LENTOS ENTRAN COMO ELEMENTO ESENCIAL EN LA BOMDA ATÓMICA Y EN LOS REACTORES NUCLEARES.

LOS NEUTRONES TERMICOS tienen una velocidad aproximada de 44 km por segundo. Se producen al chocar los neutrones rápidos con sustancias que no tengan hidrógeno. Estos neutrones térmicos son los que se emplean en la fisión del Uranio-235 y del plutonio y por lo tanto en la explosión de la bomba atómica.

La reacción en cadena que tiene lugar en un reactor nuclear, puede ser controlada en todo momento.

Para que la reacción en cadena se propague, el volumen tiene que ser superior al volumen crítico. Debe ser así para que los electrones procedentes de núcleos escindidos , alcancen a nuevos átomos.

La fisión del U-235 solo se logra si los neutrones son lentos. Para conseguirlo, los reactores atómicos llevan alguna sustancia moderadora, que debe estar hecha de átomos ligeros. Son moderadores de este tipo el grafito y el agua pesada. Los neutrones realizan muchos choques contra esos átomos ligeros y pierden energía

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crítica, transformándose en neutrones lentos, con más probabilidades de ser absorbidos por el U-235, para transformarse en U-236 inestable.

BIBLIOGRAFÍA.

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MASTERTON y SLOWINSKY. Química General Superior. Edit. Interamericana.

Negro y esteban. Acerca de la Química. Edit. Alambra.

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