Universidad de San Carlos de GuatemalaFacultad de IngenieríaCiencia de los materialesSección “N”Ing. José Veliz

TEORÍA ATÓMICA Y TEORÍA MOLECULAR

María Alejandra Enríquez Montenegro2012 1301521 de febrero de 2014

Índice

Introducción…………………………………………………………...…………….3Objetivos………………………………………………………………………….....4Teoría atómica……………………………………………………………………...5Estructura atómica………………………………………………………………….9Tabla periódica de los elementos………………………………………………..11Enlaces interatómicos……………………………………………………………..11Conclusiones……………………………………………………………………….14Recomendaciones…………………………………………………………………15Bibliografía………………………………………………………………………….16

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Introducción

Todos los cuerpos están formados por materia, cualquiera que sea su forma, tamaño o estado. Pero no todos ellos están formados por el mismo tipo de materia, sino que están compuestos de sustancias diferentes. Para examinar la sustancia de la que está compuesto un cuerpo cualquiera, éste puede dividirse hasta llegar a las moléculas que lo componen. Estas partículas tan pequeñas son invisibles al ojo humano, sin embargo, mantienen todas las propiedades del cuerpo completo. A su vez, las moléculas pueden dividirse en los elementos simples que la forman, llamados átomos.

El átomo es la unidad más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades y que no es posible dividir pero si mediante procesos químicos. El modelo atómico actual posee un núcleo que está constituido por neutrones y protones por lo que es eléctricamente neutro y una corteza que contiene los electrones, que giran alrededor del núcleo.

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Objetivos

Objetivo generalDescribir la teoría atómica y la teoría molecular.

Objetivos específicos Identificar la estructura del átomo. Reconocer los modelos atómicos que se postularon a lo largo de la historia. Determinar las características principales de un elemento de la tabla periódica. Definir el enlace iónico, covalente y metálico.

Teoría Atómica

El átomo es la porción más pequeña de la materia.

El primero en utilizar este término fue Demócrito (filósofo griego, del año 500 AC), porque creía que todos los elementos estaban formados por pequeñas partículas INDIVISIBLES. Átomo, en griego, significa INDIVISIBLE. Es la porción más pequeña de la materia. Los átomos son la unidad básica estructural de todos los materiales de ingeniería.

Teoría atómica de Dalton

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En el período 1803-1808, Jonh Dalton, utilizó los dos leyes fundamentales de las combinaciones químicas, es decir: la "Ley de conservación de la masa"(La masa total de las sustancias presentes después de una reacción química es la misma que la masa total de las sustancias antes de la reacción) y la "Ley de composición constante"(Todas las muestras de un compuesto tienen la misma composición, es decir las mismas proporciones en masa de los elementos constituyentes.)como base de una teoría atómica.

La esencia de la teoría atómica de la materia de Dalton se resume en tres postulados:1. Cada elemento químico se compone de partículas diminutas e indestructibles denominadas

átomos. Los átomos no pueden crearse ni destruirse durante una reacción química.2. Todos los átomos de un elemento son semejantes en masa (peso) y otras propiedades, pero

los átomos de un elemento son diferentes de los del resto de los elementos.3. En cada uno de sus compuestos, los diferentes elementos se combinan en una proporción

numérica sencilla: así por ejemplo, un átomo de A con un átomo de B (AB), o un átomo de A con dos átomos de B (AB2).

La teoría atómica de Dalton condujo a la "Ley de las proporciones múltiples", que establece lo siguiente: Si dos elementos forman más de un compuesto sencillo, las masas de un elemento que se combinan con una masa fija del segundo elemento, están en una relación de números enteros sencillos.

Modelo atómico de Thomson

Los experimentos de Thomson sobre los rayos catódicos en campos magnéticos y eléctricos dieron pie al descubrimiento del electrón he hizo posible medir la relación entre su carga y su masa; el experimento de gota de aceite de Millikan proporcionó la masa del electrón; el descubrimiento de la radioactividad (la emisión espontánea de radiación por átomos) fue una prueba adicional de que el átomo tiene una subestructura.

Una vez considerado el electrón como una partícula fundamental de la materia existente en todos los átomos, los físicos atómicos empezaron a especular sobre cómo estaban incorporadas estas partículas dentro de los átomos.

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El modelo comúnmente aceptado era el que a principios del siglo XX propuso Joseph John Thomson, quién pensó que la carga positiva necesaria para contrarrestar la carga negativa de los electrones en un átomo neutro estaba en forma de nube difusa, de manera que el átomo consistía en una esfera de carga eléctrica positiva, en la cual estaban embebidos los electrones en número suficiente para neutralizar la carga positiva.

Modelo atómico de Rutherford

Para Ernest Rutherford, el átomo era un sistema planetario de electrones girando alrededor de un núcleo atómico pesado y con carga eléctrica positiva. El módelo atómico de Rutherford puede resumirse de la siguiente manera:

El átomo posee un núcleo central pequeño, con carga eléctrica positiva, que contiene casi toda la masa del átomo.

Los electrones giran a grandes distancias alrededor del núcleo en órbitas circulares. La suma de las cargas eléctricas negativas de los electrones debe ser igual a la carga

positiva del núcleo, ya que el átomo es eléctricamente neutro.

Rutherford no solo dio una idea de cómo estaba organizado un átomo, sino que también calculó cuidadosamente su tamaño (un diámetro del orden de 10-10 m) y el de su núcleo (un diámetro del orden de 10 -14 m). El hecho de que el núcleo tenga un diámetro unas diez mil veces menor que el átomo supone una gran cantidad de espacio vacío en la organización atómica de la materia.

Para analizar cuál era la estructura del átomo, Rutherford diseñó un experimento:

El experimento consistía en bombardear una fina lámina de oro con partículas alfa (núcleos de helio). De ser correcto el modelo atómico de Thomson, el haz de partículas debería atravesar la lámina sin sufrir desviaciones significativas a su trayectoria. Rutherford observó que un alto porcentaje de partículas atravesaban la lámina sin sufrir una desviación apreciable, pero un cierto número de ellas era desviado significativamente, a veces bajo ángulos de difusión mayores de 90 grados. Tales desviaciones no podrían ocurrir si el modelo de Thomson fuese correcto.

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Modelo atómico de Bohr

Bohr unió la idea de átomo nuclear de Rutherford con las ideas de una nueva rama de la Ciencia: la Física Cuántica. Así, en 1913 formuló una hipótesis sobre la estructura atómica en la que estableció tres postulados:

El electrón no puede girar en cualquier órbita, sino sólo en un cierto número de órbitas estables. En el modelo de Rutherford se aceptaba un número infinito de órbitas.

Cuando el electrón gira en estas órbitas no emite energía. Cuando un átomo estable sufre una interacción, como puede ser el impacto de un electrón o

el choque con otro átomo, uno de sus electrones puede pasar a otra órbita estable o ser arrancado del átomo.

El átomo de hidrógeno según el modelo atómico de Bohr, tiene un núcleo con un protón. Además, tiene un electrón que está girando en la primera órbita alrededor del núcleo. Esta órbita es la de menor energía. Si se le comunica energía a este electrón, saltará desde la primera órbita a otra de mayor energía. Cuando regrese a la primera órbita emitirá energía en forma de radiación luminosa.

Modelo Mecano - Cuántico

Se inicia con los estudios del físico francés Luis De Broglie, quién recibió el Premio Nobel de Física en 1929. Según De Broglie, una partícula con cierta cantidad de movimiento se comporta como una onda. En tal sentido, el electrón tiene un comportamiento dual de onda y corpúsculo, pues tiene masa y se mueve a velocidades elevadas. Al comportarse el electrón como una onda, es difícil conocer en forma simultánea su posición exacta y su velocidad, por lo tanto, sólo existe la probabilidad de encontrar un electrón en cierto momento y en una región dada en el átomo, denominando a tales regiones como niveles de energía. La idea principal del postulado se conoce con el nombre de Principio de Incertidumbre de Heisenberg.

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Estructura atómica

En la actualidad no cabe pensar en el átomo como partícula indivisible, en él existen una serie de partículas subatómicas de las que protones neutrones y electrones son las más importantes.

Los átomos están formados por un núcleo, de tamaño reducido y cargado positivamente, rodeado por una nube de electrones, que se encuentran en la corteza.

Tabla 1: Masa y carga de las partículas que conforman el átomo.PARTÍCULA MASA CARGA

Electrón 9.1093 x10−28 −1.602 x10−19

Protón 1.673 x10−24 +1.602 x10−19

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Neutrón 1.675 x10−24 0

La nube de carga electrónica constituye de este modo casi todo el volumen del átomo, pero, sólo representa una pequeña parte de su masa. Los electrones, particularmente la masa externa determinan la mayoría de las propiedades mecánicas, eléctrica, químicas, etc., de los átomos, y así, un conocimiento básico de estructura atómica es importante en el estudio básico de los materiales de ingeniería.

Número atómico

El número de protones que existen en el núcleo, es igual al número de electrones que lo rodean. Este número es un entero, que se denomina número atómico y se designa por la letra, "Z". Se utiliza para identificar y localizar un elemento químico dentro de la tabla periódica.

Masa atómica

La suma del número de protones y neutrones en el núcleo se denomina número másico del átomo y se designa por la letra, "A".

Configuración electrónica

La configuración electrónica del átomo de un elemento corresponde a la ubicación de los electrones en los orbitales de los diferentes niveles de energía.

La manera de mostrar cómo se distribuyen los electrones en un átomo, es a través de la configuración electrónica. El orden en el que se van llenando los niveles de energía es: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p. El esquema de llenado de los orbitales atómicos, lo podemos tener utilizando la regla de la diagonal, para ello se debe seguir atentamente la flecha del esquema comenzando en 1s; siguiendo la flecha se irá completando los orbitales con los electrones en forma correcta.

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Configuración electrónica

Número atómico Masa atómica

Electrones de valencia

Son aquellos electrones que se encuentran en los últimos niveles de energía del átomo, es por esto que son los principales responsables del tipo de enlace químico que tendrán los átomos. Son aquellos que determinarán qué tipo de enlace se formará, es decir, si serán intercambiados o si serán compartidos entre los átomos involucrados. No solo eso, sino que además, la cantidad de electrones de valencia de un átomo también determinan cuántos enlaces químicos puede formar.

Tabla periódica de los elementos químicos

Se conoce como tabla periódica de los elementos a un esquema diseñado para organizar y segmentar cada elemento químico, de acuerdo a las propiedades y particularidades que posea.Es una herramienta fundamental para el estudio de la química pues permite conocer las semejanzas entre diferentes elementos y comprender qué puede resultar de las diferentes uniones entre los mismos.

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Enlaces interatómicos

Cuando los átomos se enlazan entre sí, ceden, aceptan o comparten electrones. Son los electrones de valencia quienes determinan de qué forma se unirá un átomo con otro y las características del enlace.

Enlace iónico

Este enlace se produce cuando átomos de elementos metálicos se encuentran con átomos no metálicos. En este caso los átomos del metal ceden electrones a los átomos del no metal, transformándose en iones positivos y negativos, respectivamente. Al formarse iones de carga opuesta éstos se atraen por fuerzas eléctricas intensas, quedando fuertemente unidos y dando lugar a un compuesto iónico. Estas fuerzas eléctricas se llaman enlaces iónicos.

Enlace covalente

Los enlaces covalentes son las fuerzas que mantienen unidos entre sí los átomos no metálicos. Estos átomos tienen muchos electrones en su nivel más externo (electrones de valencia) y tienen tendencia a ganar electrones más que a cederlos, para adquirir la estabilidad de la estructura electrónica de gas noble. Por tanto, los átomos no metálicos no pueden cederse electrones entre sí para formar iones de signo opuesto.

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En este caso el enlace se forma al compartir un par de electrones entre los dos átomos, uno procedente de cada átomo. El par de electrones compartido es común a los dos átomos y los mantiene unidos, de manera que ambos adquieren la estructura electrónica de gas noble. Se forman así habitualmente moléculas: pequeños grupos de átomos unidos entre sí por enlaces covalentes.

Enlace metálico

El enlace metálico se produce cuando se combinan metales entre sí. Los átomos de los metales necesitan ceder electrones para alcanzar la configuración de un gas noble. En este caso, los metales pierden los electrones de valencia y se forma una nube de electrones entre los núcleos positivos. El enlace metálico se debe a la atracción entre los electrones de valencia de todos los átomos y los cationes que se forman.

Fuerzas de Van der Waals

Las fuerzas de van der Waals, se conocen también como fuerzas de dispersión; se encuentran presentes en las moléculas de muy baja polaridad, por ejemplo, los hidrocarburos. Las fuerzas de van der Waals se originan como resultado de diversos movimientos de electrones, cuando una porción de la molécula en cierto instante se torna ligeramente negativa, en tanto que en otras regiones aparecen cargas positivas que son equivalentes a las negativas.

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De esta manera se forman dipolos no-permanentes, lo que se produce en estos dipolos son atracciones electrostáticas muy débiles en aquellas moléculas de tamaño normal, en el caso de los polímeros que son formados por miles de pequeñas moléculas, dichas fuerzas de atracción se pueden multiplicar hasta llegar a ser enormes.

Conclusiones

La teoría atómica es una teoría de la naturaleza de la materia, que afirma que está compuesta por pequeñas partículas llamadas átomos.

Los átomos están formados por un núcleo (formado por protones y neutrones), de tamaño reducido y cargado positivamente, rodeado por una nube de electrones, que se encuentran en la corteza.

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El modelo atómico de Bohr es el que se utiliza en la actualidad, aunque todos los postulados en su tiempo tuvieron grandes aportes a lo que se conoce como la estructura del átomo.

El número atómico (número de electrones y protones), la masa atómica y la configuración electrónica, son las principales características de un elemento en la tabla periódica.

El enlace iónico se refiere a una transferencia de electrones mientras que el covalente solamente comparte el o los electrones; el enlace metálico ocurre entre dos o más metales.

Recomendaciones

Estudiar el átomo, dado que una comprensión a nivel microscópico de los fenómenos, materiales, procesos; ayuda a comprender ya lo microscópico que se percibe en la vida real.

Ejemplificar los enlaces iónicos, covalentes y metálicos en situaciones de la vida cotidiana.

Realizar un esquema que contenga los principales postulados del modelo atómico a través del tiempo, incluyendo una ilustración.

Reconocer en la tabla periódica donde se encuentra el número atómico, la masa atómica y la configuración electrónica, así como los conceptos de los mismos.

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Bibliografía

Chang R. Química. Editorial Mc Graw Hill. México.1992. Primera edición en español.

Umland J. y Bellama J. Química General. Editorial ITE Latin América. 2004. Tercera Edición.

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