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Generalidades de:El átomo
FECINCAMódulo de Química
Por: MEd. Luis E. Santos
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Concepto de QuímicaConcepto de Química
Química es la ciencia que estudia la estructura, propiedades y transformaciones de la materiaa partir de su composición atómica y molecular.
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Teoría AtómicaTeoría
AtómicaExploremos las ideas previas
Antes de iniciar, contesta las siguiente preguntas y discútelas con tus compañeros:
¿Qué es el átomo?¿Cuántos tipos de átomos hay?¿Cómo esta compuesto el átomo?¿Cuántas partículas subatómicas existen?¿Cuál o cuáles son las partículas más pequeñas conocidas
(fundamentales)?¿Los humanos hemos visto los átomos?
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¿Qué es el átomo?¿Qué es el átomo?
Átomo (del griego ἄτομον, que significa: sin partes)
Definición:
Partícula más pequeña en que puede dividirse un elemento químico y continuar manteniendo sus propiedades características.
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¿Cuántos tipos de átomos hay?
¿Cuántos tipos de átomos hay?
Existen tantos tipos de átomos como elemento, en la naturaleza.
Cada elemento de la tabla periódica esta constituido por un solo tipo de átomos
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¿Cómo esta compuesto el átomo?
¿Cómo esta compuesto el átomo?
En un visión clásica simplista el átomo esta compuesto por:
• Un núcleo, que contiene protones (p+) y neutrones (n±)• Una gran porción de espacio “vacío”• Y electrones (e -) que se mueven alrededor del núcleo.
¡Visión Clásica Simplista!
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¿Cuántas Partículas Sub-atómicas existen?
¿Cuántas Partículas Sub-atómicas existen?
Protón Neutrón Electrón
Modelo Cuántico de un átomo
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¿Cuántas Partículas Sub-atómicas existen?
¿Cuántas Partículas Sub-atómicas existen?
Protón Neutrón Electrón
Hadrónes (Bariones y Mesones) Fermiones (Quarks y Leptones) Bosones (Piones, Gluones, Fotones) Gravitones
Antiparticulas (Antielectrón (Positrón) y Antiprotón)
Modelo Cuántico de un átomo
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Una Visión GeneralUna Visión General
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Una Visión GeneralUna Visión General
ProtonesNeutrones Electrones
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¿Cuáles son las partículas fundamentales?
¿Cuáles son las partículas fundamentales?
Partículas Fundamentales:
• Fermiones• Bosones
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NOTICIA DE ACTUALIDAD
El Experimento Más Caro de la Historia
NOTICIA DE ACTUALIDAD
El Experimento Más Caro de la HistoriaEl LHC (Large Hadron Collider o Gran
Colisionador de Hadrónes), ubicado a 100m bajo tierra entre Francia y Suiza, está funcionando casi a su máxima potencia y el 30 de Marzo del 2010 ha logrado colisionar protones a 7TeV a una velocidad cercana a la de la luz, esperando observar los Bosones de Higgs (“Partícula de Dios”) que confirmara gran parte de la teoría del Big Bang.
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¿Hemos visto átomos?¿Hemos visto átomos?
Los átomos son extremadamente pequeños, del orden de 10–10 m (Å), pero ya han sido manipulados y hasta fotografiados por medio de:
• microscopios electrónicos
• microscopios de barrido de túnel
• aceleradores de partículas
Átomos de una superficie de oroObtenida con un microscopio de
Fuerza atómica.
Animación de átomos fotografiadoscon microscopio de barrido de tunel
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Primer texto a escala atómica
Primer texto a escala atómica
En 1982, Heinrich Rohrer y Gerd Binnig, (Premio Nobel de 1986) científicos del laboratorio IBM de Zurich idearon el microscopio de efecto túnel, un aparato que consiste en una punta muy afilada que recorre una superficie y proporciona una imagen de sus irregularidades a escala atómica.
En 1989, la IBM utilizó una punta
para ordenar átomos de xenón sobre una
superficie y componer el primer
texto escrito a escala atómica.
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Tamaño del átomoTamaño del átomo
x 1m x 10 – 3 m x 10 – 6 m x 10 – 9 m
(m) (mm) (µm) (nm)
+
Quarks Protón Núcleo Átomo
x 10 – 18 m x 10 – 15 m x 10 – 14 m x 10 – 10 m
(am) (fm) (Å)
ud
u
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Partículas “Elementales” Clásicas
Partículas “Elementales” Clásicas
Masa del p + ≈ Masa del n
Carga del p + ≈ Carga del e -
PARTÍCULA SÍMBOLO CARGA MASA
Protón p + + 1.602 176 487 × 10 –19 C 1.672 X 10-27 kg
Neutrón n ± Neutro (±) 1.674 X 10-27 kg
Electrón e - - 1.602 176 487 × 10 –19 C 9.109 X 10-31 kg
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Partículas “Elementales” Clásicas
Partículas “Elementales” Clásicas
Calculemos:¿Cuántos electrones equivalen en masa a un protón?
PARTÍCULA SÍMBOLO MASA
Protón p + 1.672 X 10-27 kg
Electrón e - 9.109 X 10-31 kg
1 p + X e –
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Partículas “Elementales” Clásicas
Partículas “Elementales” Clásicas
Calculemos:¿Cuántos electrones equivalen en masa a un protón?
1 p + 1,835 e –
-27
-31
1.672 X 10 kg1835
9.109 X 10 kg
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Número AtómicoNúmero Atómico
Es un número entero positivo, único para cada elemento, que determina el número de protones que un átomo posee en su núcleo.
Se representa usualmente con una “Z”
(del alemán Zahl que quiere decir número)
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Número AtómicoNúmero Atómico
Siempre que un átomo se encuentre en su estado fundamental, su número atómico representa tanto el número de protones, como el número de electrones que posee.
Elemento Número Atómico (Z)
Número de Protones
Número de Electrones
Sodio (Na) 11 11 11
Cobre (Cu) 29 29 29
Hidrógeno (H) 1 1 1
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IonesIones
Los Iones son átomos que han adquirido carga eléctrica, por lo que pueden ser:
• Cationes si su carga es + o • Aniones si su carga es –
En estos casos por cada carga + el elemento a perdido un electrón y por cada carga – a ganado uno
Elemento Número Atómico (Z)
Número de Protones
Número de Electrones
Sodio (Na) 11 11 11
Catión de Sodio (Na +) 11 11 10
Oxígeno (O) 8 8 8
Anión de Oxígeno (O 2- ) 8 8 10
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Número AtómicoNúmero Atómico
1. Hierro (Fe)
2. Catión de Hierro (Fe 3+ )
3. Catión de Hierro (Fe 2+ )
4. Carbono (C)
5. Oro (Au)
6. Anión de Flúor (F – )
7. Anión de Azufre (S 6 – )
Calculemos:¿Cuántos protones y electrones hay en los siguientes átomos y iones?
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Número MásicoNúmero Másico
Es un entero positivo, que representa al número de nucleones (partículas en el núcleo atómico), es decir la suma de protones y neutrones.
Se representa usualmente con una “A”
(del alemán Atomkern que quiere decir núcleo atómico)
Si no se posee un dato exacto, el número másico puede extraerse del redondeo del peso atómico
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Número MásicoNúmero Másico
Si al número másico “A” se le resta el número atómico “Z” se obtiene el número de neutrones en el átomo:
Neutrones (n) = A - Z
Elemento Número Atómico (Z)
Número Másico (A)
No. de Neutrones
Cobalto (Co) 27 59 32
Potasio (K) 19 39 20
Carbono (C) 6 12 6
Hidrógeno (H) 1 1 0
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IsótoposIsótopos
La palabra Isótopo significa: un mismo lugar.
Son todos los tipos de átomos de un mismo elemento que difieren en el número de neutrones que poseen en su núcleo y por ende en su número másico (y su masa o peso atómico).
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IsótoposIsótopos
Investiga:
¿Qué elementos no poseen isótopos naturales?¿Cómo se fabrican los isotopos artificiales?¿Por qué es importante diferencias los isótopos?¿Qué nombre especial recibe cada uno de los
isotopos del Hidrógeno?
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Notación IsotópicaNotación Isotópica
XXA
Z
C
X = Símbolo del Elemento
A = Número Másico
Z = Número Atómico
C = Carga Eléctrica
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Notación IsotópicaNotación Isotópica
Significa que este es un isótopo de Bario que posee:
No. Atómico (Z) = 56
No. Másico (A) = 134
Carga Electrica (C) = 0
No. Protones (p+) = 56
No. Electrones (e-) = 56
No. Neutrones (n ±) = 134 – 56 = 78
Interpretemos la Siguiente Notación Isotópica
13456Ba
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Notación IsotópicaNotación Isotópica
Calculemos los DatosPara completar la siguiente tabla:
Símbolo Nombre No. de Protones
No. de Electrones
No. de Neutrones
146C
58 326Fe
31 515P
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¿Peso o Masa Atómica?
¿Peso o Masa Atómica?
Explorando las ideas previasAntes de seguir, contesta las siguiente preguntas
y discútelas con tus compañeros:
¿Qué es el peso atómico?¿Masa Atómica y Peso Atómico son lo mismo?¿Qué es la Masa Atómica Relativa?
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Masa Atómica /Peso Atómico
Masa Atómica /Peso Atómico
Aclarando:
Masa Atómica ≠ Peso Atómico
Masa Atómica: es la masa de un solo átomo (siempre que sus protones y neutrones estén en reposo) por lo que varía de un isótopo a otro. Sus unidades son las U (Unidad de Masa Atómica Unificada)
Peso Atómico: es una cantidad adimensional extraída de la razón de la ponderación de las masas de los átomos de un elemento en una muestra, a 1/12 de la masa de un átomo de 12C
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Masa Atómica /Peso Atómico
Masa Atómica /Peso Atómico
Lo que si es verdad es que:
Peso Atómico Estándar = Masa Atómica Relativa
A diferencia del Peso Atómico, el Peso Atómico Estándar no depende de la muestra para realizar la ponderación de todas las masas atómicas de los isótopos de un mismo elemento, sino más bien de los datos estándar de la Comisión de Pesos Atómicos y Abundancias Isotópicas de la IUPAC.
Aunque el Peso Atómico Estándar o Masa Atómica Relativa no poseen unidades asociadas, suelen emplearse bajo la relación de g/mol.
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Masa Atómica Relativa Masa Atómica Relativa
El Peso Atómico Estándar o Masa Atómica Relativa de un elemento se calcula mediante la fórmula siguiente:
PA = Peso Atómico Estándar
ma = Masa Atómica de un isotopo (i)
% ab = Porcentaje de Abundancia Estándar
del mismo isotopo (i) en la corteza terrestre
%
100i ima ab
PA
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Cálculo de la Masa Atómica Relativa
Cálculo de la Masa Atómica Relativa
De tal manera que su Masa Atómica Relativa o Peso Atómico Estándar (PA) es:
Verifica ahora el “PA” que aparece en tu tabla periódica y veras como coincide con el calculado
Según la IUPAC el Magnesio posee tres isótopos naturales, cada cual con su masa atómica y su porcentaje de abundancia:
Isótopo Masa Atómica % de Abundancia24Mg 23.985 78.9924Mg 24.985 10.0024Mg 25.982 11.01
% 23.985 78.99 24.985 10.00 25.982 11.01
100 100 100 100i ima ab
PA
18.946 2.499 2.861 24.305PA