EL ÁTOMO 1.- El átomo en la antigüedadLos filósofos griegos discutieron mucho acerca de la naturaleza de la materia y concluyeron que el mundo era más simple de lo que parecía. Algunas de sus ideas de mayor relevancia fueron: 

LeucipoDemócrito En el siglo V a. C., Leucipo sostenía que había un sólo tipo de materia y pensaba que si dividíamos la materia en partes cada vez más pequeñas, obtendríamos un trozo que no se podría cortar más. Demócrito llamó a estos trozos átomos ("sin división").La filosofía atomista de Leucipo y Demócrito podía resumirse en:1.- Los átomos son eternos, indivisibles, homogéneos e invisibles.2.- Los átomos se diferencian en su forma y tamaño.3.- Las propiedades de la materia varían según el agrupamiento de los átomos.

Empédocles En el siglo IV a. C., Empédocles postuló que la materia estaba formada por 4 elementos: tierra, aire, agua y fuego.

Aristóteles Aristóteles, posteriormente, postula que la materia estaba formada por esos 4 elementos pero niega la idea de átomo, hecho que se mantuvo hasta 200 años después en el pensamiento de la humanidad.

 

1.1.- La teoría atómica de DaltonEn 1808, John Dalton  publicó su teoría atómica, que retomaba las antiguas ideas de Leucipo y de Demócrito. Según la teoría de Dalton:1.- Los elementos están formados por partículas diminutas, indivisibles e inalterables llamadas átomos.Dalton estableció un sistema para designar a cada átomo de forma que se pudieran distinguir entre los distintos elementos:

2.- Los átomos de un mismo elemento son todos iguales entre sí en masa, tamaño y en el resto de las propiedades físicas o químicas. Por el contrario, los átomos de elementos diferentes tienen distinta masa y propiedades.3.- Los compuestos se forman por la unión de átomos de los correspondientes elementos según una relación numérica sencilla y constante.De la teoría atómica de Dalton se pueden obtener las siguientes definiciones:- Un átomo es la partícula más pequeña de un elemento que conserva sus propiedades.- Un elemento es una sustancia pura que está formada por átomos iguales.- Un compuesto es una sustancia que está formada por átomos distintos combinados en una relación numérica sencilla y constante. 2.- El átomo es divisibleUna vez aceptada la teoría atómica de la materia, los fenómenos de electrización y electrólisis pusieron de manifiesto, por un lado, la naturaleza eléctrica de la materia y, por otro, que el átomo era divisible; es decir, que estaba formado por otras partículas fundamentales más pequeñas.En esta página puedes ver ejemplos sobre fenómenos de electrización.

Los fenómenos eléctricos son una manifestación de su carga eléctrica. La unidad de carga eléctrica en el SI es el culombio (C).Hay 2 tipos de cargas eléctricas: positiva y negativa. dos cuerpos que hayan adquirido una carga del mismo tipo se repelen, mientras que si poseen carga de distinto tipo se atraen.

La materia es eléctricamente neutra, es decir, tiene la misma cantidad de cada tipo de carga. cuando adquiere carga, tanto positiva como negativa, es porque tiene más cantidad de un tipo que de otro.A finales del siglo XIX y principios del XX, una serie de experimentos permitieron identificar las partículas responsables de la carga negativa (el electrón) y de la carga positiva (el protón). Estos experimentos proporcionaron los datos siguientes sobre la estructura de la materia:- El átomo contiene partículas materiales subatómicas.- Los electrones tienen carga eléctrica negativa y masa. Cada electrón posee una carga eléctrica elemental.- Los protones tienen carga eléctrica positiva y mayor masa.- Como el átomo es eléctricamente neutro, hay que suponer que el número de cargas eléctricas negativas (electrones) es igual al número de cargas positivas (protones). 3.- Modelos atómicosEn Ciencia, un modelo intenta explicar una teoría mediante una comparación. Un modelo será tanto más perfecto cuanto más claramente explique los hechos experimentales. El modelo es válido mientras explica lo que ocurre en los experimentos; en el momento en que falla, hay que modificarlo.Modelo atómicoUn modelo atómico es una representación estructural de un átomo, que trata de explicar su comportamiento y propiedades. De ninguna manera debe ser interpretado como un dibujo de un átomo, sino más bien como el diagrama conceptual de su funcionamiento. A lo largo del tiempo existieron varios modelos atómicos y algunos más elaborados que otros:

Modelo atómico de Demócrito, el primer modelo atómico, postulado por el filósofo griego Demócrito. Modelo atómico de Dalton, que surgió en el contexto de la química, el primero con bases científicas.(1803) Modelo atómico de Thomson, o modelo del budín, donde los electrones son como las "frutas" dentro de una 

"masa" positiva.(1904) Modelo del átomo cúbico de Lewis, donde los electrones están dispuestos según los vértices de un cubo, que 

explica la teoría de la valencia. Modelo atómico de Rutherford, el primero que distingue entre el núcleo central y una nube de electrones a su 

alrededor.(1911) Modelo atómico de Bohr, un modelo cuantizado del átomo, con electrones girando en órbitas circulares.(1913) Modelo atómico de Sommerfeld, una versión relativista del modelo de Rutherford-Bohr. Modelo atómico de Schrödinger, un modelo cuántico no relativista donde los electrones se consideran ondas de 

materia existente.

 3.1.- Modelo atómico de ThomsonPor ser tan pequeña la masa de los electrones, el físico inglés J. J. Thomson supuso, en 1904, que la mayor parte de la masa del átomo correspondía a la carga positiva, que, por tanto, debía ocupar la mayor parte del volumen atómico. Thomson imaginó el átomo como una especie de esfera positiva continua en la que se encuentran incrustados los electrones (como las pasas en un pudin).

Este modelo permitía explicar varios fenómenos experimentales como la electrización y la formación de iones.- La electrización: Es el exceso o la deficiencia de electrones que tiene un cuerpo y es la responsable de su carga eléctrica negativa o positiva.- La formación de iones: Un ion es un átomo que ha ganado o ha perdido electrones. Si gana electrones tiene carga neta negativa y se llama anión y si pierde electrones tiene carga neta positiva y se llama catión. 3.2.- Modelo atómico de Rutherford

El modelo de Thomson tuvo una gran aceptación hasta que, en 1911, el químico y físico inglés Ernest Rutherford y sus colaboradores llevaron a cabo el "Experimento de Rutherford".

En esta página puedes ver cómo este experimento ofrecía unos resultados que no podían explicarse con el modelo de átomo que había propuesto Thomson y, por tanto, había que cambiar el modelo. En el experimento se bombardeaba una fina lámina de oro con partículas alfa (positivas) procedentes de un material radiactivo y se observaba que:- La mayor parte de las partículas alfa atravesaban la lámina sin cambiar de dirección, como era de esperar.- Algunas partículas alfa se desviaron considerablemente.- Unas pocas partículas alfa rebotaron hacia la fuente de emisión.

Puedes ver el experimento en este vídeo.Aquí tienes otra versión interactiva del mismo experimento. El Modelo atómico de Rutherford o modelo nuclear establece que:- El átomo tiene un núcleo central en el que están concentradas la carga positiva y casi toda la masa.- La carga positiva de los protones del núcleo se encuentra compensada por la carga negativa de los electrones, que están fuera del núcleo.- El núcleo contiene, por tanto, protones en un número igual al de electrones del átomo.- Los electrones giran a mucha velocidad alrededor del núcleo y están separados de éste por una gran distancia. 3.3.- Los neutronesLa masa de protones y electrones no coincidía con la masa total del átomo; por tanto, Rutherford supuso que tenía que haber otro tipo de partículas subatómicas en el núcleo de los átomos.Estas partículas fueron descubiertas en 1933 por J. Chadwick. Al no tener carga eléctrica recibieron el nombre deneutrones.Los neutrones son partículas sin carga y de masa algo mayor que la masa de un protón. 3.4.- Estructura del átomoSegún esto, el átomo quedó constituido así:- Una zona central o NÚCLEO donde se encuentra la carga total positiva (la de los protones) y la mayor parte de la masa del átomo, aportada por los protones y los neutrones.- Una zona externa o CORTEZA donde se hallan los electrones, que giran alrededor del núcleo.Hay los mismos electrones en la corteza que protones en el núcleo, por lo que el conjunto del átomo es eléctricamente neutro. 4.- Identificación de los átomosLos átomos se identifican por el número de protones que contiene su núcleo, ya que éste es fijo para los átomos de un mismo elemento. Por ejemplo: Todos los átomos de hidrógeno tienen 1 protón en su núcleo, todos los átomos de oxígeno tienen 8 protones en su núcleo, todos los átomos de hierro tienen 26 protones en su núcleo, ..., y esto permite clasificarlos en la tabla periódica por orden creciente de este número de protones.Número atómico: Es el número de protones de un átomo. Se representa con la letra Z y se escribe como subíndice a la izquierda del símbolo del elemento: ZX.Ejemplos: 1H, 8O, 26Fe.Número másico: Es la suma del número de protones y del número de neutrones de un átomo. Se representa con la letra A y se escribe como superíndice a la izquierda del símbolo del elemento: AX.Ejemplos: 1H, 8O, 26Fe.De esta manera se pueden identificar el número y tipo de partículas de un átomo:31H -----> Este átomo tiene Z = 1 y A = 3. Por tanto, tiene 1 protón, 3 - 1 = 2 neutrones y, como es neutro, tiene 1 electrón.Si tenemos un ion habrá que sumar o restar electrones a los que tendría si el átomo fuese neutro.- Si es un catión habrá perdido electrones y hay que restar el número que aparezca con la carga positiva:2512Mg+2 -----> Este átomo tiene Z = 12 y A = 25. Por tanto, tiene 12 protones, 25 - 12 = 13 neutrones y, al ser positivo, tendrá 2 electrones menos de los que tendría neutro: 12 - 2 = 10 electrones.- Si es un anión habrá ganado electrones y hay que sumar el número que aparezca con la carga negativa:

199F-1 -----> Este átomo tiene Z = 9 y A = 19. Por tanto, tiene 9 protones, 19 - 9 = 10 neutrones y, al ser negativo, tendrá 1 electrón más de los que tendría si fuese neutro: 9 + 1 = 10 electrones.Aquí puedes introducir Z, A y la carga (con su signo) para un átomo determinado y obtendrás el número de partículas que tiene: 4.1.- IsótoposA comienzos del siglo XX se descubrió que no todos los átomos de un mismo elemento tenían la misma masa. Es decir, el número de neutrones puede variar para átomos del mismo elemento.Los isótopos son átomos de un mismo elemento que tienen igual número atómico, pero distintos números másicos. Es decir, tienen el mismo número de protones pero distinto número de neutrones.Ejemplo: El elemento hidrógeno, cuyo número atómico es 1 (es decir, que posee un protón en el núcleo), tiene 3 isótopos en cuyos núcleos existen 0, 1 y 2 neutrones, respectivamente.

5.- Masa atómica relativaLa masa atómica relativa de un elemento es la que corresponde a uno de sus átomos y equivale prácticamente a la suma de las masas de sus protones y neutrones, ya que la de los electrones es tan pequeña que puede despreciarse. Así, la mayor parte de la masa del átomo se encuentra en el núcleo.Como la unidad de masa en el SI, el kilogramo, es demasiado grande se ha buscado una unidad del tamaño de los átomos de la siguiente forma:- Se ha escogido el átomo de carbono-12 (12C) como átomo de referencia.- Se le ha asignado una masa de 12 u.m.a. (unidades de masa atómica), ya que tiene 6 protones y 6 neutrones.- La unidad de masa atómica (uma) es la 1/12 parte de la masa del átomo de carbono-12.La masa de un átomo medida por comparación con la masa del carbono-12 se llama masa atómica. Se encuentra recogida en la tabla periódica su valor para cada elemento.En esta página puedes ver las masas atómicas (en uma) de todos los elementos de la tabla periódica. 5.1.- Isótopos y masa atómicaComo hemos visto, no todos los átomos de un mismo elemento son exactamente iguales. La mayoría de los elementos tienen diferentes isótopos y esto hay que tenerlo en cuenta para calcular la masa atómica.La masa atómica de un elemento es la media ponderada de sus isótopos (Por eso, la masa atómica de un elemento no es un número entero).Ejemplo: El cloro tiene 2 isótopos, 35

17Cl y 3717Cl, que se presentan en la naturaleza con una abundancia del 75,5 % y del

24,5 %, respectivamente.La masa atómica del cloro será la media ponderada: 35 · 75,5/100 + 37 · 24,5/100 = 35,5 uma. 6.- Nuevos hechos, nuevos modelosEl modelo atómico de Rutherford era incapaz de explicar ciertos hechos:- La carga negativa del electrón en movimiento iría perdiendo energía hasta caer contra el núcleo y esto haría que los átomos fuesen inestables. - Al hacer pasar radiación visible por un prisma, la luz se descompone en los colores del arco iris, esto se conoce como espectro continuo de la luz visible:

Pues bien, la luz que emiten los átomos de los elementos dan lugar a espectros discontínuos:

El hecho de que cada átomo tenga un espectro de rayas distinto y discontinuo debe estar relacionado con su estructura. Esto no se podía explicar con el modelo de Rutherford. 6.1.- El modelo atómico de BohrPara solucionar los problemas planteados, el físico danés Niels Bohr formuló, en 1913, una hipótesis sobre la estructura atómica. Sus postulados eran:1) El electrón sólo se mueve en unas órbitas circulares "permitidas" (estables) en las que no emite energía. El electrón tiene en cada órbita una determinada energía, que es tanto mayor cuanto más alejada esté la órbita del núcleo.2) La emisión de energía se produce cuando un electrón salta desde un estado inicial de mayor energía hasta otro de menor energía.6.2.- La distribución de electrones

Con el modelo atómico de Bohr sólo se podía explicar el espectro del átomo de hidrógeno. Hacia 1920 se introdujeron modificaciones y se desarrollaron nuevos modelos atómicos.De acuerdo con este nuevo modelo, alrededor del núcleo hay capas o niveles de energía:- En la primera capa se sitúan, como máximo, 2 electrones.- En la segunda capa se sitúan, como máximo, 8 electrones.- En la tercera capa se sitúan, como máximo, 18 electrones....La distribución por capas de los electrones de un átomo de un elemento se conoce como estructura o configuración electrónica del elemento.

Ejemplos:2He Tiene sólo 2 electrones. Se sitúan en la primera capa. Se representa como (2). Las capas se colocan entre paréntesis y se separan por comas.10Ne -> (2,8)18Ar -> (2,8,8)11Na -> (2,8,1)15P -> (2,8,5)A los electrones que están situados en la última capa se les denomina electrones de valencia y, al nivel que ocupan, capa de valencia. Estos electrones son los responsables de las propiedades químicas de las sustancias.

Modelos posterioresTras el establecimiento de la ecuación de Dirac, la teoría cuántica evolucionó hasta convertirse propiamente en una teoría cuántica de campos. Los modelos surgidos a partir de los años 1960 y 1970 permitieron construir teorías de las interacciones de los nucleones. La vieja teoría atómica quedó confinada a la explicación de la estructura electrónica que sigue siendo explicada de manera adecuada mediante el modelo de Dirac complementado con correcciones surgidas de la electrodinámica cuántica. Debido a la complicación de las interacciones fuertes sólo existen modelos aproximados de la estructura del núcleo atómico. Entre los modelos que tratan de dar cuenta de la estructura del núcleo atómico están el modelo de la gota líquida y el modelo de capas.Posteriormente, a partir de los años 1960 y 1970, aparecieron evidencias experimentales y modelos teóricos que sugerían que los propios nucleones (neutrones, protones) y mesones (piones) que constituyen el núcleo atómico estarían formados por constituyentes fermiónicos más elementales denominados quarks. La interacción fuerte entre quarks entraña problemas matemáticos complicados, algunos aún no resueltos de manera exacta. En cualquier caso lo que se conoce hoy en día deja claro que la estructura del núcleo atómico y de las propias partículas que forman el núcleo son mucho más complicadas que la estructura electrónica de los átomos. Dado que las propiedades químicas dependen exclusivamente de las propiedades de la estructura electrónica, se considera que las teorías actuales explican satisfactoriamente las propiedades químicas de la materia, cuyo estudio fue el origen del estudio de la estructura atómica.

CLASIFICACION PERIODICA DE LOS ELEMENTOSAntecedentes de la tabla periódica.2. Ley periódicaFueron varios los intentos que se hicieron para ordenar los elementos de una forma sistemática.En 1817 J. W. Doberiner, químico alemán, recomendó la clasificación de los elementos por tríadas, ya que encontró que la masa atómica del estroncio, se acerca mucho al promedio de las masas atómicas dos metales similares: calcio y bario.Encontró otras tríadas como litio, sodio y potasio, o cloro, bromo y yodo; pero como no consiguió encontrar suficientes tríadas para que el sistema fuera útil.La distribución más exitosa de los elementos fue desarrollada por Dimitrii Mendeleev (1834-1907), químico ruso. En la tabla de Mendeleev los elementos estaban dispuestos principalmente en orden de peso atómico creciente, aunque había algunos casos en los que tuvo que colocar en elemento con masa atómica un poco mayor antes de un elemento co una masa ligeramente inferior. Por ejemplo, colocó el telurio (masa atómica 127.8) antes que el yodo (masa atómica 126.9) porque el telurio se parecía al azufre y al selenio en sus propiedades, mientras que el yodo se asemejaba al cloro y al bromo. Mendeleev dejó huecos en su tabla, pero él vio éstos espacios no como un error, sino que éstos serían ocupados por elementos aun no descubiertos, e incluso predijo las propiedades de algunos de ellos.Después del descubrimiento del protón, Henry G. J. Moseley (1888-19915), físico británico, determinó la carga nuclear de los átomos y concluyó que los elementos debían ordenarse de acuerdo a sus números atómicos crecientes, de está manera los que tienen propiedades químicas similares se encuentran en intervalos periódicos definidos, de aquí se deriva la actual ley periódica:

"Los elementos están acomodados en orden de sus número atómicos crecientes y los que tienen propiedades químicas similares se encuentran en intervalos definidos."

 3. Periodos, grupos, familias, bloques y clases de elementos en la tabla periódica.PERIODOS.- Son los renglones o filas horizontales de la tabla periódica. Actualmente se incluyen 7 periodos en la tabla periódica.GRUPOS.- Son las columnas o filas verticales de la tabla periódica. La tabla periódica consta de 18 grupos. Éstos se designan con el número progresivo, pero está muy difundido el designarlos como grupos A y grupos B númerados con con números romanos. Las dos formas de designarlos se señalan en la tabla periódica mostrada al inicio del tema.CLASES.- Se distinguen 4 clases en la tabla periódica:ELEMENTOS REPRESENTATIVOS: Están formados por los elementos de los grupos "A".

ELEMENTOS DE TRANSICIÓN: Elementos de los grupos "B", excepto lantánidos y actínidos.

ELEMENTOS DE TRANSICIÓN INTERNA: Lantánidos y actínidos.

GASES NOBLES: Elementos del grupo VIII A (18)

FAMILIAS.- Están formadas por los elementos representativos (grupos "A") y son:BLOQUES.- Es un arreglo de los elementos de acuerdo con el último subnivel que se forma. 4. Relación de la tabla periódica con la configuración electrónica.

5. Identificación de elementos en base a la configuración electrónica.Conociendo la parte final de la configuración electrónica, podemos con ayuda de la tabla periódica identificar el elemento.

6.- Propiedades periódicas.Ciertas propiedades de los elementos pueden predecirse en base a su posición en la tabla periódica, sobre toda en forma comparativa entre los elementos.

ELECTRONEGATIVIDAD.- Es una medida de la tracción que ejerce un átomo de una molécula sobre los electrones del enlace. En la tabla periódica la electronegatividad en los periodos aumenta hacia la derecha y en los grupos aumenta hacia arriba.AFINIDAD ELECTRÓNICA.- Cantidad de energía desprendida cuando un átomo gana un electrón adicional. Es la tendencia de los átomos a ganar electrones. La afinidad electrónica aumenta en los periodos hacia la derecha, y en los grupos hacia arriba.ENERGÍA DE IONIZACIÓN.- Cantidad de energía que se requiere para retirar el electrón más débilmente ligado al átomo. La energía de ionización en los periodos aumenta hacia la derecha y en los grupos, aumenta hacia arriba.

RADIO ATÓMICO.- El radio atómico es la distancia media entre los electrones externos y el núcleo. En términos generales, el radio atómico aumenta hacia la izquierda en los periodos, y hacia abajo en los grupos. A continuación se muestran los radios atómicos de los elementos representativos expresados en picómetros.CARÁCTER METÁLICO.- La división entre metales y no metales es clara en la tabla. El carácter metálico se refiere a que tan marcadas son las propiedades metálicos o no metálicos con respecto a otros elementos. El carácter metálico aumenta en los periodos hacia la izquierda y en los grupos hacia abajo.

Numeros de Oxidaci�nCapacidad de combinaci�n o valenciaLa capacidad de combinaci�n de un �tomo recibe el nombre de valencia. Se representa con un n�mero que indica el n�mero de enlaces formados.En la mol�cula de amon�aco (NH3), el nitr�geno tiene valencia 3, debido a que esta formando tres enlaces con los �tomos de hidr�geno. En tanto que, el hidr�geno tiene valencia 1.Recuerde que los electrones que participan en la formaci�n de enlaces qu�micos son los electrones correspondientes al �ltimo nivel del �tomo en los elementos representativos. Por lo anterior, estos electrones se conocen como electrones de valencia.La valencia y su representaci�nEl t�rmino valencia es utilizado para indicar la cantidad de enlaces formados por un �tomo.En el caso del amon�aco (NH3), el N tiene valencia 3, ya que este elemento posee tres electrones libres en su capa de valencia para formar tres enlaces. La valencia del hidr�geno es 1 ya que posee �nicamente un electr�n para formar un enlace. Los enlaces formados en el amon�aco se puede representar por medio de l�neas como se observa a continuaci�n: N�meros o estados de oxidaci�nEs estado de oxidaci�n es la carga el�ctrica que un �tomo parece tener cuando forma parte de un compuesto.La carga el�ctrica depende de la cantidad de electrones ganados, perdidos o compartidos por un �tomo.Como ya se dijo anteriormente, si un elemento pierde electrones se oxida, y si el elemento gana electrones, se reduce. Para comprender m�s f�cilmente lo anterior, analicemos como ejemplo la formaci�n de bromuro de potasio (KBr) a partir de sus iones. En el caso del bromo, �ste se reduce ya que gana 1 electr�n que proviene del potasio que se oxida:

Entonces, el potasio tiene un n�mero de oxidaci�n positivo de +1, y el bromo un n�mero de oxidaci�n negativo de -1.Relaci�n entre valencia y el n�mero de oxidaci�nEn la mayor�a de los casos, el valor num�rico del estado de oxidaci�n coincide con el valor de la valencia. Por ejemplo, el magnesio tiene un n�mero de oxidaci�n de +2 y su valencia tambi�n es de 2. Lo anterior se debe a que la carga de +2 la adquiere en el momento en que pierde dos electrones. En general, un n�mero de oxidaci�n positivo para cualquier elemento es igual al n�mero del grupo del elemento en la tabla peri�dica.El n�mero de oxidaci�n negativo para cualquier elemento se puede obtener restando de 8 el n�mero del grupo y d�ndole a la diferencia un signo negativo. Por esto el cloro es -1 y el f�sforo tiene n�mero de oxidaci�n de -3 que significa que el f�sforo tiene una tendencia de ganar tres electrones y el cloro 1 electr�n.La valencia de un elemento no tiene signo; el estado de oxidaci�n s�.Reglas para determinar los n�meros de oxidaci�n

1.  Todo elemento en su estado libre (natural o no combinado) tiene como n�mero de oxidaci�n cero: Fe, Sn, Zn, Na, Ca. Tome en cuenta que hay varias mol�culas que en su estado libre existen como mol�culas diat�micas, ejemplo: F2, Cl2, Br2, I2, H2, N2, O2.2.  En los iones monoat�micos el n�mero de oxidaci�n es la carga del ion: 3.  En la mayor�a de los compuestos, el ox�geno tiene un n�mero de oxidaci�n de -2: Esto se en el caso de los compuestos covalentes. Una excepci�n importante son los per�xidos (compuestos que contienen un grupo O2

-2) en los cuales se asigna a cada ox�geno un estado de oxidaci�n de -1: 4.  El compuestos covalentes con no metales se asigna al hidr�geno un n�mero de oxidaci�n de +1: 5.  La suma algebr�ica de los n�meros de oxidaci�n de todos los �tomos en la f�rmula de un compuesto es cero. Ejemplo, el �cido n�trico (HNO3), �cido sulf�rico (H2SO4),  sulfato de sodio (Na2SO4)

6. En los iones complejos, la suma algebr�ica de los n�meros de oxidaci�n de todos sus �tomos es igual a la carga del ion.

II.- FORMULA Y NOMENCLATURA DE COMPUESTOS INORGÁNICOS

            En la primera parte de esta asignatura se determinaron los números de oxidación de los átomos en diferentes especies químicas cuyas fórmulas se dieron como dato. Ahora invertiremos el proceso, es decir, que conociendo los estados de oxidación se podrá deducir la fórmula química, y a partir de ella el nombre de la especie.         Se seguirán las reglas dictadas por la IUPAC  (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada). En las fórmulas, la porción positiva de un compuesto se escribe en primer término, a excepción de algunas especies que por su difundido uso se mantienen con la formulación tradicional. Tal es el caso, entre otros, del amoníaco, NH3; del ión amonio, NH4

+; del metano, CH4. En cuanto a la nomenclatura, subsisten diferentes sistemas en uso,  aunque es recomendable la utilización de la nomenclatura sistemática, ya que aún sin mayores conocimientos puede ser deducida a partir de la fórmula química; o  en el caso inverso, dada la nomenclatura, puede escribirse la fórmula correspondiente.     1.- Óxidos             Los óxidos son compuestos binarios, es decir, formados sólo por dos elementos, uno de los cuales es oxígeno actuando con número de oxidación –2.       

    

a) Óxidos metálicos o básicos: a1) Óxidos de metales que actúan con un solo estado de oxidación:   Recorriendo la tabla periódica de izquierda a derecha, encontramos en primer término el grupo IA (1) o de los alcalinos, los que por tener un solo electrón por encima de la estructura de gas noble actúan con carga +1. Para obtener la fórmula química, se debe recordar que la sumatoria de los números de oxidación 

debe ser cero. En este caso se necesitarán dos iones del metal para neutralizar la carga del oxígeno. En otras palabras la fórmula de estos óxidos será:  Li2O, Na2O, K2O, etc., y en general, será  M2O siempre que el metal actúe como +1.

Para nombrar estos óxidos, se sigue la siguiente regla:       

          La parte variable del nombre figura entre paréntesis. Así, las sustancias anteriormente escritas se denominarán respectivamente óxido de litio, óxido de sodio y óxido de potasio. Es incorrecto escribir óxido de Li u óxido de Na, ya que es una mezcla de nomenclatura con fórmula.         Los metales alcalino térreos o del grupo IIA (2), por poseer dos electrones en el último nivel, actúan con número de oxidación +2 por lo que la fórmula de su óxido será: MgO, CaO, BaO, etc., y en general, será MO. Como ejercitación, nombre los óxidos escritos anteriormente.         El aluminio pertenece al grupo IIIA (13) y su número de oxidación es +3. Escriba la fórmula del óxido y nómbrelo.        a2) Óxidos de metales que actúan con más de un estado de oxidación:   En el caso de los metales de transición, éstos suelen actuar con más de un número de oxidación; así, el hierro actúa con +2 y +3, originando dos óxidos diferentes: FeO y Fe2O3 respectivamente. Nótese que si se sigue la regla anterior, ambos se llamarían óxido de hierro y no se sabría a cuál de las sustancias se está refiriendo. Eso es incorrecto, ya que el nombre debe ser lo suficientemente preciso como para que no quepa la pregunta “¿cuál?” . ¿Cómo se subsana? Utilizando la siguiente regla:         En este caso los nombres serán óxido de hierro (II) y óxido de hierro  (III).         ¿Cuál es la fórmula del óxido de manganeso (IV)?         En primer término se escriben los elementos que forman la sustancia: MnO, y nos ayudamos con los números de oxidación, –2 para el oxígeno y +4 para el Mn, indicado por los números romanos; luego haremos que la sumatoria de los números de oxidación sea cero, quedando: MnO2.         Esta nomenclatura también es utilizada con los elementos representativos que actúan con más de un estado de oxidación (G IIIA (13) al VIA (16)). Ejemplo: PbO  se denomina óxido de plomo (II)          Resumiendo: la nomenclatura que hemos utilizado en a1 (no es necesario aclarar el número de oxidación) y a2 (es indispensable aclarar el número de oxidación) se denominanomenclatura sistemática de Stock o de numeración romana. Es la de uso más frecuente para los compuestos metálicos.       

b) Óxidos no metálicos o ácidos:         Para ellos seguimos las mismas reglas de escritura, pero la nomenclatura más frecuente es la de los prefijos griegos; éstos indican el número de átomos de cada elemento y los más usados son:         Prefijo mono di tri tetra penta hexa hepta octa nona decaNúmero de átomos 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

 

      

NOMENCLATURA QUÍMICA DE LOS COMPUESTOS INORGÁNICOSLa Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) ha recomendado una serie de reglas aplicables a la nomenclatura química de los compuestos inorgánicos; las mismas se conocen comúnmente como "El libro Rojo".1 Idealmente, cualquier compuesto debería tener un nombre del cual se pueda extraer una fórmula química sin ambigüedad.También existe una nomenclatura IUPAC para la Química orgánica. Los compuestos orgánicos son los que contienen carbono, comúnmente enlazados con hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre y algunoshalógenos. El resto de los compuestos se clasifican como compuestos inorgánicos. Estos se nombran según las reglas establecidas por la IUPAC.Los compuestos inorgánicos se clasifican según la función química que contengan y por el número de elementos químicos que los forman, con reglas de nomenclatura particulares para cada grupo. Una función química es la tendencia de una sustancia a reaccionar de manera semejante en presencia de otra. Por ejemplo, los compuestos ácidos tienen propiedades químicas características de la función ácido, debido a que todos ellos tienen el ion hidrógeno H+; y las bases tienen propiedades características de este grupo debido al ion OH   -1   presente en estas moléculas. Las principales funciones químicas son: óxidos, bases, ácidos ysales.Nomenclaturas de compuestos inorgánicos[editar]Se aceptan tres tipos de nomenclaturas para nombrar compuestos químicos inorgánicos:Nomenclatura sistemática o IUPAC[editar]También llamada racional o estequiométrica. Se basa en nombrar a las sustancias usando prefijos numéricos griegos que indican la atomicidad de cada uno de los elementos presentes en cada molécula. La atomicidad indica el número de átomos de un mismo elemento en una molécula, como por ejemplo el agua con fórmula H2O, que significa que hay un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno presentes en cada molécula de este compuesto, aunque de manera más práctica, la atomicidad en una fórmula química también se refiere a la proporción de cada elemento en una cantidad determinada de sustancia. En este estudio sobre nomenclatura química es más conveniente considerar a la atomicidad como el número de átomos de un elemento en una sola molécula. La forma de nombrar los compuestos en este sistema es:prefijo-nombre genérico + prefijo-nombre específico (Véase en la sección   otras reglas  nombre genérico y específico).(Generalmente solo se utiliza hasta el prefijo HEPTA)Por ejemplo, CrBr3 = tribromuro de cromo; CO = monóxido de carbonoEn casos en los que puede haber confusión con otros compuestos (sales dobles y triples, oxisales y similares) se pueden emplear los prefijos bis-, tris-, tetras-, etc.Por ejemplo la fluorapatita Ca5F (PO4)3 = fluoruro tris (fosfato) de calcio, ya que si se usara el término trifosfato se estaría hablando del anión trifosfato [P3O10]5-, en cuyo caso sería:Ca5F (P3O10)3

Sistema Stock[editar]Este sistema de nomenclatura se basa en nombrar a los compuestos escribiendo al final del nombre con números romanos la valencia atómica del elemento con “nombre específico”. La valencia (o número de oxidación) es el que indica el número de electrones que un átomo pone en juego en un enlace químico, un número positivo cuando tiende a ceder los electrones y un número negativo cuando tiende a ganar electrones. De forma general, bajo este sistema de nomenclatura, los compuestos se nombran de esta manera: nombre genérico + de + nombre del elemento específico + el No. de valencia. Normalmente, a menos que se haya simplificado la fórmula, la valencia puede verse en el subíndice del otro elemento (en compuestos binarios y ternarios). Los números de valencia normalmente se colocan como superíndices del átomo (elemento) en una fórmula molecular.

alternancia de valenciasEjemplo: Fe2

+3S3-2, sulfuro de hierro (III)

Nomenclatura tradicional, clásica o funcional[editar]En este sistema de nomenclatura se indica la valencia del elemento de nombre específico con una serie de prefijos y sufijos. De manera general las reglas son:

Cuando el elemento solo tiene una valencia, simplemente se coloca el nombre del elemento precedido de la sílaba “de” y en algunos casos se puede optar a usar el sufijo –ico.

K2O, óxido de potasio u óxido potásico. Cuando tiene dos valencias diferentes se usan los sufijos -oso e -ico.

… -oso cuando el elemento usa la valencia menor: Fe+2O-2, hierro con la valencia +2, óxido ferroso

… -ico cuando el elemento usa la valencia mayor: Fe2+3O3

-2, hierro con valencia +3, óxido férrico2

Cuando tiene tres distintas valencias se usan los prefijos y sufijos.hipo- … -oso (para la menor valencia)… -oso (para la valencia intermedia)… -ico (para la mayor valencia)

Cuando entre las valencias se encuentra el 7 se usan los prefijos y sufijos.hipo- … -oso (para las valencias 1 y 2)… -oso (para las valencias 3 y 4)… -ico (para las valencias 5 y 6)per- … -ico (para la valencia 7):Ejemplo: Mn2+7O7

-2, óxido permangánico (ya que el manganeso tiene más de tres números de valencia y en este compuesto está trabajando con la valencia 7).Otras reglas y conceptos generales[editar]Los compuestos (binarios y ternarios) en su nomenclatura están compuestos por dos nombres: el genérico y el específico. El nombre genérico o general es el que indica a qué grupo de compuestos pertenece la molécula o su función química, por ejemplo si es un óxido metálico/básico, un óxido no metálico/ácido, un peróxido, un hidruro, un hidrácido, un oxácido, una sal haloidea, etc. Y el nombre específico es el que diferencia a las moléculas dentro de un mismo grupo de compuestos. Por lo general en los tres sistemas de nomenclatura se escribe primero el nombre genérico seguido del específico. Por ejemplo: óxido ferroso y óxido férrico, estos dos compuestos pertenecen al grupo de los óxidos y por eso su nombre genérico es óxido y a la vez los nombres específicos ferroso y férrico hacen referencia a dos compuestos diferentes FeO y Fe2 O3, respectivamente.En general, en una fórmula molecular de un compuesto se coloca a la izquierda el elemento con carga o número de valencia positivo (elemento más electropositivo) y a la derecha el que contenga el número de valencia negativo (elemento más electronegativo). Y al contrario de esto, en nomenclatura se coloca primero el nombre genérico, que es el que designa al elemento de la derecha (el más electronegativo), y el nombre específico en segundo lugar, que es el que designa al elemento de la izquierda (el más electropositivo). Por ejemplo: el óxido de sodio Na+1 2O-2, el nombre genérico óxido hace referencia al segundo elemento de la fórmula que es el “oxígeno”, el más electronegativo, y el nombre específico “sodio” hace referencia al primer elemento de la fórmula que es el sodio y el menos electronegativo o más electropositivo.¿Cómo se trabajan los números de valencia para poder nombrar correctamente a un compuesto inorgánico? Se pueden trabajar con más de un número de valencia, hasta el número 7 de valencia en los elementos representativos (Nota: recordar que el número de valencia se muestra como superindice de cada elemento en la fórmula del compuesto). Con las mismas fórmulas moleculares se puede determinar con que número trabajan los elementos del compuesto aunque en este no se observen. Esto se logra con el hecho que en la fórmula de un compuesto la suma de los números de valencia entre los elementos debe ser igual a cero, lo que significa que la molécula será neutra y sin carga. Contrario a esto último, únicamente cuando la fórmula del compuesto indique una carga positiva o negativa de la molécula, lo que en cuyo caso la molécula pasaría a llamarse un ion (para graficar esto último ver la imagen del "ácido nítrico" al final de la sección oxácidos, del lado derecho de la imagen se encuentran el ion nitrato y el ion hidrógeno con cargas negativa y positiva, respectivamente).Como ejemplo para trabajar con valencias: FeO, este compuesto es un óxido y el oxígeno en los óxidos trabaja con una valencia de -2, así que para que la molécula sea neutra el hierro debe sumar el número de valencias suficientes para que la suma de valencias sea cero. Los números de valencia con los que puede trabajar el hierro son +2 y +3, así que, en esta molécula el hierro va a utilizar la valencia +2. Como solo hay un átomo de hierro y la valencia es +2, el elemento hierro en esa molécula tiene carga total de +2 y de igual manera como solo hay un átomo de oxígeno y trabaja con la valencia -2, la carga total de este elemento es de -2. Y ahora la suma de valencias o cargas es igual a cero (+2) + (-2) = 0. La fórmula con valencias para este compuesto sería Fe2O-2.En otro ejemplo, en el compuesto Fe2O3 se busca también un cero en la suma de valencias para que la molécula sea neutra, así que como hay 3 átomos de oxígeno y este trabaja con la valencia -2, la carga total para este elemento en la molécula “son el número de átomos del elemento multiplicado por el número de valencia con el que este trabaja”, que en total seria -6. De esta manera los átomos de hierro deben de sumar valencias para hacer cero al -6 de los oxígenos, en la sumatoria final. Como hay 2 átomos de hierro, este va a trabajar con el número de valencia +3 para hacer un total de +6, que sumados con los -6 de los oxígenos seria igual a cero, que significa una carga neutra para la molécula. Los números de átomos y valencias en la molécula son:Nº de átomos de hierro = (2)Nº de valencia para cada uno de los átomos de hierro = (+3)Nº de átomos de oxígeno = (3)

Nº de valencia para cada uno de los átomos de oxígeno = (-2)La operatoria completa se vería así: [2(+3)] + [3(-2)] = 0. La fórmula con valencias sería Fe2

3O3-2. Como ya se había 

explicado anteriormente el número de valencias indica los electrones que intervienen en un enlace, y en este último compuesto, Fe2

3O3-2, cada uno de los 2 átomos de hierro está cediendo 3 electrones a los átomos de oxígeno y a la vez 

cada uno de los 3 oxígenos está ganando 2 electrones; 2 de los 3 átomos de oxígeno reciben 2 electrones de los 2 átomos de hierro, y el 3.er átomo de oxígeno recibe 2 electrones, 1 electrón sobrante de cada uno de los 2 átomos de hierro.

Estructura de Lewis de la molécula binaria, óxido férrico o trióxido de dihierro u óxido de hierro (III).Tabla de números de valencia[editar]Artículo principal: Anexo:Lista de estados de oxidación de los elementosEn la siguiente tabla se presentan los elementos que generalmente se usan para formar compuestos. Los números de valencia están en valor absoluto.

Tercera Ley de Newton o Principio de acción reacción[editar]La tercera ley de Newton establece lo siguiente: siempre que un objeto ejerce una fuerza sobre un segundo objeto, este ejerce una fuerza de igual magnitud y dirección pero en sentido opuesto sobre el primero. Con frecuencia se enuncia así: A cada acción siempre se opone una reacción igual pero de sentido contrario. En cualquier interacción hay un par de fuerzas de acción y reacción situadas en la misma dirección con igual magnitud y sentidos opuestos. La formulación original de Newton es:Actioni contrariam semper & æqualem esse reactionem: sive corporum duorum actiones in se mutuo semper esse æquales & in partes contrarias dirigi.11

Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: quiere decir que las acciones mutuas de dos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto.13

Esta tercera ley de Newton es completamente original (pues las dos primeras ya habían sido propuestas de otra manera por Galileo, Hooke y Huygens) y hace de las leyes de la mecánica un conjunto lógico y completo.19 Expone que por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, este realiza una fuerza de igual intensidad, pero de sentido contrario sobre el cuerpo que la produjo. Dicho de otra forma, las fuerzas, situadas sobre la misma recta, siempre se presentan en pares de igual magnitud y de dirección, pero con sentido opuesto. Si dos objetos interaccionan, la fuerza F12, ejercida por el objeto 1 sobre el objeto 2, es igual en magnitud con misma dirección pero sentidos opuestos a la fuerza F21 ejercida por el objeto 2 sobre el objeto 1:20

Este principio presupone que la interacción entre dos partículas se propaga instantáneamente en el espacio (lo cual requeriría velocidad infinita), y en su formulación original no es válido para fuerzas electromagnéticas puesto que estas no se propagan por el espacio de modo instantáneo sino que lo hacen a velocidad finita "c". Este principio relaciona dos fuerzas que no están aplicadas al mismo cuerpo, produciendo en ellos aceleraciones diferentes, según sean sus masas. Por lo demás, cada una de esas fuerzas obedece por separado a la segunda ley. Junto con las anteriores leyes, esta permite enunciar los principios de conservación del momento lineal y del momento angular.14

La fuerza de reacción (flecha verde) aumenta conforme aumenta la aplicada al objeto, la fuerza aplicada (flecha roja)

Aplicaciones de la Tercera Ley de Newton[editar]Algunos ejemplos donde actúan las fuerzas acción-reacción son los siguientes:20

Si una persona empuja a otra de peso similar, las dos se mueven con la misma velocidad pero en sentido contrario.

Cuando saltamos, empujamos a la tierra hacia abajo, que no se mueve debido a su gran masa, y esta nos empuja con la misma intensidad hacia arriba.

Una persona que rema en una lancha empuja el agua con el remo en un sentido y el agua responde empujando la lancha en sentido opuesto.

Cuando caminamos empujamos a la tierra hacia atrás con nuestros pies, a lo que la tierra responde empujándonos a nosotros hacia delante, haciendo que avancemos.

Cuando se dispara una bala, la explosión de la pólvora ejerce una fuerza sobre la pistola (que es el retroceso que sufren las armas de fuego al ser disparadas), la cual reacciona ejerciendo una fuerza de igual intensidad pero en sentido contrario sobre la bala.

La fuerza de reacción que una superficie ejerce sobre un objeto apoyado en ella, llamada fuerza normal con dirección perpendicular a la superficie.

Las fuerzas a distancia no son una excepción, como la fuerza que la Tierra ejerce sobre la Luna y viceversa, su correspondiente pareja de acción y reacción:21

Tierra y su valor viene determinado por la ley de gravitación universal enunciada por Newton, que establece que la fuerza que ejerce un objeto sobre otro es directamente proporcional al producto de sus masas, e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. La fuerza que la Tierra ejerce sobre la Luna es la responsable de que esta no se salga de su órbita circular.Además, la fuerza que la Luna ejerce sobre la Tierra es también responsable de las mareas, pues conforme la Luna gira alrededor de la Tierra esta ejerce una fuerza de atracción sobre la superficie terrestre, la cual eleva los mares y océanos, elevando varios metros el nivel del agua en algunos lugares; por este motivo esta fuerza también se llama fuerza de marea. La fuerza de marea de la luna se compone con la fuerza de marea del sol proporcionando el fenómeno completo de las mareas.

LEYES DE NEWTON. SU VALIDEZ EN LA MECÁNICA CLÁSICA.1ª Ley . LEY DE LA INERCIA.“Todo cuerpo permanece en reposo o en movimiento uniforme rectilíneo si no actúan fuerzas sobre él”.Para estudiar el movimiento se define primero un sistema de referencia. Un mismo movimiento parece distinto si se observa desde distintos sistemas de referencia. Un sistema se define como inercial si está  en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme. Galileo demostró que no podemos, mediante experiencias físicas mecánicas,  saber si estamos en un sistema  en reposo o en uno en movimiento. Sólo en un Sistema Inercial y para una partícula- punto material- “libre” se cumple la primera ley.Punto material, es la idealización de un cuerpo  al que suponemos con masa pero sin ocupar volumen lo que supone asignarle una densidad infinita (d= m/v ).  Partícula “libre” quiere decir que la masa está  aislada de tal manera que no existan interacciones  sobre ella de otra materia y por lo tanto no actúan fuerzas sobre ella. Todo esto sólo puede ocurrir en un espacio Euclidiano  (el espacio relativista es curvo)  y en un  medio isótropo (que tenga iguales propiedades en todas las direcciones).

2ª ley. Una fuerza aplicada sobre un cuerpo le comunica una aceleración. ( F= m·a ). Hasta Newton se suponía que para que existiera movimiento se requería una fuerza ( F velocidad ) , pero después de enunciada la  1ª ley, entendemos  que un cuerpo se puede mover indefinidamente actuando sobre él una F = 0. (nave en el espacio).“ La relación entre la fuerza aplicada y la aceleración que produce en un cuerpo es igual a la masa inercial” : mi = F/a . La masa inercial mide una cualidad de la materia que consiste en oponerse al cambio de movimiento cuando actúa una fuerza. En un choque de dos masas la fuerza que se origina sobre cada una es una fuerza debida a la repulsión electromagnética de los electrones al aproximarse. La relación entre la fuerza originada y la aceleración que refleja la variación del cambio de posición es la masa inercial. Newton descubre la Ley de gravitación universal y pone la base para la definición de otro tipo de masa, la masa gravitatoria, que surge de una interacción gravitatoria (intercambio de gravitones) y se puede medir con los cuerpos en reposo.Aunque parezca extraño las dos masas coinciden por lo menos hasta la duodécima cifra decimal .

La 2ª Ley sólo se cumple :a)En Sistemas Inerciales. En Sistemas no Inerciales la fórmula válida es: F +Fi = m·a ;b)Para masas no muy pequeñas (que no tengan implicaciones cuánticas)c) Para velocidades pequeñas v <<< c  ( velocidad de la luz). Según la Dinámica clásica  una fuerza actuando sobre un cuerpo le comunica una aceleración  a= cte , pero la velocidad crece indefinidamente    v = a·t . Si esto fuera así en un tiempo infinito la velocidad sería infinita, lo cual está en desacuerdo con la experiencia y está explicado en la mecánica relativista que le pone un límite a V= 3·10 8  m/s.

Si el tiempo es infinito  (at/c)2 >>> 1, y en la fórmula obtenemos  v = c. La velocidad tiende a cSi  ( a·t <<< c ) ,  v = a· t . Esto ocurre para tiempos pequeños, y es la expresión estudiada en cinemática.

Se supone que la masa no varía con la velocidad  porque en la mecánica relativista la masa inercial ( cualidad de la materia frente al cambio) si varía con la velocidad:

·3ª Ley de Newton.PRINCIPIO DE ACCIÓN Y REACCIÓN. “ Siempre que una partícula ejerza una fuerza (acción) sobre otra partícula, ésta segunda responderá simultáneamente con otra fuerza (reacción) igual en módulo y dirección pero sentido opuesto a la primera.”Las fuerzas proceden de una interacción y siempre aparecen de dos en dos.  Se aplica cada una en uno de los cuerpos que interaccionan,   (sí se aplicaran las dos en el mismo cuerpo producirían reposo).  Para obtener equilibrio  se requiere dos o más interacciones sobre un cuerpo para que las fuerzas originadas se anulen.Sólo se cumple la tercera Ley si le tiempo de interacción es suficientemente largo para que se establezca la respuesta a la acción. Ejemplo: bloque sobre una mesa, dibuja las fuerzas asociadas a las interacciones. Escribe en un cuadro las fuerzas que surgen  para cada interacción

LEY DE GRAVITACION UNIVERSAL Y LEY DEL INVERSO DEL CUADRADONewton descubrió que la gravedad es universal, los cuerpos se atraen en la que sólo intervienen masa y distancia.La ley de gravitación universal de Newton dice que un objeto atrae a los demás con una fuerza que es directamente proporcional a las masas.La gravedad se ejerce entre dos objetos y depende de la distancia que separa sus centros de masa.6. Constante de la gravitacion universal ( g )La proporcionalidad de esta ley, podemos expresarla con una ecuaciónEl valor de G nos dice que la fuerza de gravedad es una fuerza muy débil, la fuerza entre un individuo y la Tierra , se puede medir (peso) , pero también, depende de la distancia respecto al centro de la Tierra. Cuanto mas lejos de la Tierra es menor el peso, por ser menor la gravedad.Gravedad y distancia. : ley del inverso del cuadradoSe da en casos en que el efecto de una fuente localizada se extiende de manera uniforme por todo el espacio, la luz ,radiación, el sonido, etc.,Cuando una cantidad varía como el inverso del cuadrado de la distancia, a su origen , decimos que se rige por una ley del inverso cuadrado; " cuanto mayor sea la distancia a la de un objeto ,que se encuentra en el centro de la tierra ,menor será su peso , por tener poca gravedad ".Si un cuerpo pesa 1 N , en la superficie terrestre , el peso será de 0,25 cuando se aleja dos veces mas de la Tierra, porque la intensidad de la gravedad se reduce a un cuarto del valor que tiene en la superficie, cuando se aleja tres veces pesa sólo un noveno de su peso en la superficie.Gravitacion UniversalLa tierra se ha atraído a sí misma antes de solidificarse ( por ello su forma redonda) y también, los efectos de la rotación hacen que los cuerpos sean un poco mas anchos por el Ecuador.Los planetas y el Sol tiran unos de otros, haciendo que giren y algunos se desvíen de sus órbitas normales, esta desviación se conoce como perturbación . (p.ej. uranio, neptuno).Las perturbaciones de las estrellas dobles y las formas de las galaxias remotas, son prueba de que la ley de gravitación es válida , mas allá del sistema solar. A distan cias mayores, la gravitación determina el destino de todo el Universo.La TEORIA actual mas aceptada del origen el Universo, dice que se formó a partir de una bola de fuego hace quince a veinte mil millones de años ( big bang) . La explosión puede continuar para siempre o puede detenerse, debido al efecto de gravitación de toda la masa.

v=at

√1+( atc

)2

El universo puede contraerse para volver a convertirse en una unidad, esto sería la gran implosión ( big crunch) y después, volver a explotar , formando un nuevo Universo, (no sabemos si la explosión del Universo es cíclica o indefinida) .Las teorías que han afectado la ciencia y la civilización son pocas, como la teoría de la gravedad de Newton .Las ideas de Newton dieron comienzo a la edad de la razón o ciclo de las luces. Formulaciones de reglas como F = G permitieron que otros fenómenos del mundo pudiesen ser descritos por leyes simples .7.Interacción gravitacionalNewton descubrió que todos los objetos del Universo se atraen. En este resumen que corresponde al capítulo trece del título susodicho, se investiga el efecto de la gravedad en la superficie terrestre , océano, atmósfera, agujeros negros.8. Campo gravitacionalEs necesario conocer el concepto de campo magnético, que es un campo de fuerza que rodea a un imán, éste a su vez, ejerce una fuerza a los objetos que están a su lado , siempre y cuando sea una sustancia magnética.9. Campo gravitacional de la tierraLas líneas de campo representa el campo gravitacional que rodea a la Tierra, el campo será intenso cuando las líneas de campo estén mas juntas y será débil cuando las líneas estén separadas.Un cohete es atraído por las Tierra o bien el cohete inter actúa con el campo gravitacional de la Tierra , éstas son definiciones iguales.Si se conoce la masa y el radio de un planeta cualquiera , se puede calcular el valor correspondiente de la gravedad, como es en el caso de la Tierra igual a nueve coma ocho metros por segundo al cuadrado.10. Campo gravitacional en el interior de un planetaDentro del planeta el campo gravitacional se puede explicar mejor con un ejemplo de un túnel que cruza de lado a lado ( norte a sur) de la Tierra. En la superficie, la aceleración será " G " , pero, se reduce al acercarse al centro de la tierra, esto se debe a que - al mismo tiempo - que la Tierra ejerce una fuerza hacia abajo, la Tierra que queda arriba también ejerce una fuerza sobre él , y, al llegar al centro , la aceleración es cero , porque , las fuerzas se encuentran equilibradas arriba y abajo.Por lo tanto, el campo gravitacional en el centro de las Tierra es igual a cero.11. Peso e ingravidezSabemos que la gravedad es una fuerza que provoca aceleración , pero, nosotros no la sentimos , porque estamos pegados a la tierra ( peso) .La sensación del peso es igual a la fuerza que ejerce sobre el piso. Si el piso acelera hacia arriba o abajo ( ascensor) , el peso puede variar. Cuando nada lo sostiene en caída libre , sientes que tu peso es cero, según esto , estás en condiciones de ingravidez pero, esto solamente es una sensación , al igual que lo sienten los astronautas.La ingravidez real sólo se daría lejos y en el espacio, apartado de otros planetas y estrellas capaces de atraer.El peso es igual a la fuerza que ejerce el piso ( o sobre la balanza)La ingravidez es la ausencia de una fuerza de soporte, en el caso de los astronautas , se encuentran sin una fuerza de soporte , por lo tanto , están en un estado de ingravidez prolongada.12. Mareas oceanicas.Desde hace mucho tiempo se sabía que existía una relación entre las mareas y la Luna , pero no con exactitud, Newton mostró que se deben a diferencias de atracción gravitacional de la Luna sobre caras opuestas de la Tierra.Esta atracción es mas intensa en la cara de la Tierra que el lado opuesto que da hacia la Luna ,. Y esto se debe a la distancia, la cara mas cercana a la Luna presenta una fuerza mayor y una aceleración mayor hacia la Luna, por lo tanto , la forma de la tierra es alargada.La Luna y la Tierra experimentan una aceleración centrípeta al girar alrededor del centro de masa común.La Marea baja se define cuando la tierra da un cuarto de vuelta. Unas seis horas después , el nivel del agua en el mismo lugar del océano es alrededor de un metro mas abajo que el nivel promedio del mar. El agua que no está ahí, está debajo de los abultamientos que producen mareas altas en algún otro lugar.El sol también contribuye en las mareas, pero en menos de la mitad de las que produce la Luna.Por mas que el Sol sea ciento ochenta veces mayor que la Tierra, no produce mareas mayores que la Luna , porque la diferencia entre la distancia de la parte del Sol que está mas cerca y la parte que está mas alejada, es menos significativa.Las mareas vivas se dan cuando el Sol , la Luna, y la tierra están alineadas (eclipse) ; pero , no se da perfectamente, debido a que el plano de la órbita de la Luna está ligeramente inclinada respecto de la Tierra alrededor del Sol .Todos los meses cuando la Tierra esté entre el Sol y la Luna ( luna llena ) y cuando la Luna esté entre el Sol y la Tierra ( luna nueva) tendremos mareas vivas.

Las mareas muertas, ocurren cuando las atracciones del Sol y de la Luna se ejercen en direcciones perpendiculares, ( media Luna ) . En otro aspecto tenemos que, la inclinación del eje de la Tierra, hace que las dos mareas altas diarias de un mismo lugar sean desiguales.13. Mareas terrestres y atmosfericasLas mareas terrestres se dan por las fuerzas de marea ejercidas por el Sol y la Luna, debido a que, la corteza es delgada y flexible , sufriendo en la superficie sólida de la Tierra , un incremento y disminución de veinticinco centímetros dos veces al día, por eso ocurren terremotos y erupciones volcánicas.Las mareas atmosféricas son pequeñas, debido a la reducida masa de atmósfera que tenemos. Estas mareas, se dan en la ionósfera , las mareas que suceden ahí , alteran el campo magnético que rodea a la Tierra ( marea magnética ) , éstas a su vez, regulan en la atmósfera baja, la penetración de rayos cósmicos. Esta penetración de rayos a la atmósfera afecta su composición iónica , aue a su vez produce cambios en los seres vivos.14. Agujeros negrosDevienen de procesos que se llevan a cabo en las estrellas, específicamente se trata del Sol, el mismo que de un tiempo a esta parte , es decir en cinco millones de años , se convertirá finalmente en una "enana negra" , como consecuencia de su cesación de calor y Luz , la misma que, tendrá una configuración de densidad comprimida , donde ni siquiera la Luz podrá escapar, a ello se le denomina agujeros negros. Cabe agregar también que los agujeros negros no son mas masivos que las estrellas de la que se forman .Es posible que el campo gravitacional del los agujeros negros sea enorme , no alterándose por la contracción el campo gravitacional de las estrellas mas cercanas.Los agujeros negros serán una pesadilla para los astronautas del futuro, el mejor consejo que nos da este capítulo es que no se acerquen a ellos , pues la configuración del campo gravitacional en la vecindad de un agujero negro representa el colapso del propio espacio.

LEYES DE KEPLER

Representación gráfica de las leyes de Kepler. El Sol está situado en uno de los focos. En tiempos iguales, las áreas barridas por el planeta son iguales. Por lo tanto, el planeta se moverá más rápidamente cerca del Sol.

Las leyes de Kepler fueron enunciadas por Johannes Kepler para describir matemáticamente el movimiento de los planetas en sus órbitas alrededor del Sol. Aunque él no las describió así, en la actualidad se enuncian como sigue:

Primera ley (1609): Todos los planetas se desplazan alrededor del Sol describiendo órbitas elípticas. El Sol se encuentra en uno de los focos de la elipse.

Segunda ley (1609): el radio vector que une un planeta y el Sol barre áreas iguales en tiempos iguales.La ley de las áreas es equivalente a la constancia del momento angular, es decir, cuando el planeta está más alejado del Sol (afelio) su velocidad es menor que cuando está más cercano al Sol (perihelio). En el afelio y en el perihelio, el momento angular   es el producto de la masa del planeta, su velocidad y su distancia al centro del Sol.

Tercera ley (1618): para cualquier planeta, el cuadrado de su período orbital es directamente proporcional al cubo de la longitud del semieje mayor de su órbita elíptica.

Donde, T  es el periodo orbital (tiempo que tarda en dar una vuelta alrededor del Sol), R  la distancia media del planeta con el Sol y C  la constante de proporcionalidad.Estas leyes se aplican a otros cuerpos astronómicos que se encuentran en mutua influencia gravitatoria, como el sistema formado por la Tierra y la Luna.Formulación de Newton de la tercera ley de Kepler[editar]Antes de que se redactaran las leyes de Kepler hubo otros científicos como Claudio Ptolomeo, Nicolás Copérnico y Tycho Brahe cuyas principales contribuciones al avance de la ciencia estuvieron en haber conseguido medidas muy precisas de 

las posiciones de los planetas y de las estrellas. Kepler, que fue discípulo de Tycho Brahe, aprovechó todas estas mediciones para poder formular su tercera ley.Kepler permitió descubrir el movimiento de los planetas. Utilizó grandes conocimientos matemáticos para encontrar relaciones entre los datos de las observaciones astronómicas obtenidas por Tycho Brahe y con ellos logró componer un modelo heliocéntrico del universo. Comenzó trabajando al modo tradicional, planteando trayectorias excéntricas y movimientos en epiciclos, pero encontró que esos datos los situaban fuera del esquema que había establecido Copérnico, lo que le llevó a pensar que no describían una órbita circular. Ensayó otras formas para las órbitas y encontró que los planetas describían órbitas elípticas que tenían al Sol en uno de sus focos. Analizando los datos de Brahe, Kepler descubrió también que la velocidad de los planetas no es constante, sino que el radio vector que los une con el Sol describe áreas iguales en tiempos iguales. En consecuencia, la velocidad de los planetas es mayor cuando están próximos al Sol (perihelio) que cuando se mueven por las zonas más alejadas (afelio). Esto da origen a las tres Leyes de Kepler sobre el movimiento planetario.Las leyes de Kepler representan una descripción cinemática del sistema solar.

Primera Ley de Kepler: Todos los planetas se mueven alrededor del Sol siguiendo órbitas elípticas. El Sol está en uno de los focos de la elipse. (a y b con semejantes a la elipse)

Segunda Ley de Kepler: Los planetas se mueven con velocidad areolar constante. Es decir, el vector posición r de cada planeta con respecto al Sol barre áreas iguales en tiempos iguales.

Se puede demostrar que el momento angular es constante lo que nos lleva a las siguientes conclusiones:Las órbitas son planas y estables.Se recorren siempre en el mismo sentido.La fuerza que mueve los planetas es central.

Tercera Ley de Kepler: se cumple que para todos los planetas, la razón entre el periodo de revolución al cuadrado y el radio orbital al cubo se mantiene constante.