Leucipo y Demócrito1, 2, 3

¿Se llegaba alguna vez hasta un punto en que fuese imposible seguir dividiendo la materia? Leucipo, maestro de Demócrito, había intuido que esa escisión tenía un límite.

Leucipo y Demócrito

Demócrito hizo suya esta idea y anunció su convicción de que cualquier sustancia podía dividirse hasta allí y no más. El trozo más pequeño o partícula de cualquier clase de sustancia era indivisible, y a esa partícula mínima la llamó átomo, que en griego quiere decir «indivisible»..

Según Demócrito, el universo estaba constituido por esas partículas diminutas e indivisibles. En el universo no había otra cosa que partículas y espacio vacío entre ellas.

Leucipo y DemócritoSegún Demócrito, el universo estaba constituido por esas partículas diminutas e indivisibles. En el universo no había otra cosa que partículas y espacio vacío entre ellas. Este modelo postula:

Los átomos son eternos, indivisibles, homogéneos, incompresibles e invisibles.

Los átomos se diferencian solo en forma y tamaño, pero no por cualidades internas.

Las propiedades de la materia varían según el agrupamiento de los átomos.

Dalton1. Los elementos están formados por partículas extremadamente pequeñas llamadas átomos.

2. Todos los átomos de un mismo elemento son idénticos, tienen igual tamaño, masa y propiedades químicas. Los átomos de un elemento son diferentes a los átomos de todos los demás elementos.

3. Los compuestos están formados por átomos de más de un elemento. En cualquier compuesto, la relación del número de átomos entre dos de los elementos presentes siempre es un número entero o una fracción sencilla.

4. Una reacción química implica sólo la separación, combinación o reordenamiento de los átomos; nunca supone la creación o destrucción de los mismos.

Dalton

La tercera hipótesis explica la ley de las proporciones definidas de Proust, que establece que muestras diferentes de un mismo compuesto siempre contienen los mismos elementos y en la misma proporción de masa.

También explica la ley de las proporciones múltiples que dice que si dos elementos pueden combinarse para formar más de un compuesto, la masa de uno de los elementos que se combina con una masa fija del otro mantiene una relación de números enteros pequeños.

Dalton

Por ejemplo, al formar agua, 8.0 g de oxígeno reacciona con 1.0 g de hidrógeno. En el peróxido de hidrógeno, hay 16.0 g de oxígeno por cada 1.0 g de hidrógeno. La proporción de la masa de oxígeno por gramo de hidrógeno en los dos compuestos es de 2:1. Usando la teoría atómica, podemos llegar a la conclusión de que el peróxido de hidrógeno contiene dos veces más átomos de oxígeno por átomo de hidrógeno que el agua.

DaltonLa cuarta hipótesis de Dalton es una forma de enunciar la ley de la conservación de la masa, la cual establece que la materia no se crea ni se destruye. Debido a que la materia está formada por átomos, que no cambian en una reacción química, se concluye que la masa también se debe conservar.

Dalton

Lista de elementos y algunos compuestos de Dalton

El electrónA mediados del siglo XIX, los científicos comenzaron a estudiar las descargas eléctricas a través de tubos parcialmente evacuados. Cuando se aplica un alto voltaje se produce radiación dentro del tubo. Esta radiación recibió el nombre de rayos catódicos porque se origina en el electrodo negativo, o cátodo. Aunque los rayos en sí son invisibles, su movimiento puede detectarse porque ocasionan que ciertos materiales, incluido el vidrio, despidan rayos de luz fluorescente.

El electrónTubo de rayos catódicos

Campo magnético activo, los rayos impactan en A

Campo eléctrico activo, los rayos impactan en C

Campos magnético y eléctrico inactivos, o activos y balan-ceados, los rayos impactan en B

El electrónEn 1897, el físico inglés J. J. Thomson utilizó un tubo de rayos catódicos y la teoría electromagnética para determinar la relación entre la carga eléctrica y la masa de un electrón. El valor más exacto de que se dispone es:

e/m = 1,758820174(71) x 1011 C/kg

Más tarde, entre 1908 y 1917, R. A. Millikan llevó a cabo una serie de experimentos para medir la carga del electrón con gran precisión. Su trabajo demostró que la carga de cada electrón era exactamente la misma. En su experimento, Millikan analizó el movimiento de minúsculas gotas de aceite que adquirían carga estática a partir de los iones del aire.

El electrónSuspendía en el aire las gotas cargadas mediante la aplicación de un campo eléctrico y seguía su movimiento con un microscopio. Millikan encontró que la carga de un electrón es e = 1,602176462(63) x 10-19 C. Con este valor se obtiene una masa de:

m = 9,10938188(72) x 10-31 kg

RadiactividadEn 1895, el físico alemán Wilhelm Röntgen observó que cuando los rayos catódicos incidían sobre el vidrio y los metales, hacían que éstos emitieran unos rayos desconocidos. Estos rayos muy energéticos eran capaces de atravesar la materia, oscurecían las placas fotográficas, incluso cubiertas, y producían fluorescencia en algunas sustancias. Debido a que estos rayos no eran desviados de su trayectoria por un imán, no podían contener partículas con carga, como los rayos catódicos. Röntgen les dio el nombre de rayos X, por su naturaleza desconocida.

En 1896, Antoine Becquerel, profesor de física en París, empezó a estudiar las propiedades fluorescentes de las sustancias. Accidentalmente encontró que algunos compuestos de uranio oscurecían las placas fotográficas cubiertas, incluso en ausencia de rayos catódicos. Al igual que los rayos X, los rayos provenientes de los compuestos de uranio resultaban altamente energéticos y no los desviaba un imán, pero diferían de los rayos X en que se emitían de manera espontánea. Marie Curie, discípula de Becquerel, sugirió el nombre de radiactividad para describir esta emisión espontánea de partículas o radiación, y se dice que un elemento es radiactivo si emite radiación de manera espontánea.

RadiactividadEstudios posteriores de la naturaleza de la radiactividad, efectuados principalmente por el científico neozelandés Ernest Rutherford, revelaron tres tipos de radiación: alfa (α), beta (β) y gamma (γ). La trayectoria de las radiaciones α y β es desviada por un campo eléctrico en direcciones opuestas, pero dicho campo no afecta a la radiación γ.

Los rayos α y los β consisten en partículas que se mueven a alta velocidad, llamadas partículas α y β. Las partículas β son electrones de alta velocidad y pueden considerarse como el equivalente radiactivo de los rayos catódicos. Las partículas α tienen una masa mucho mayor que las β. Son núcleos de helio cargados positivamente. La radiación γ es de alta energía similar a los rayos X; no consta de partículas y no posee carga.

ThomsonDesde principios de 1900 ya se conocían dos características de los átomos: que contienen electrones y que son eléctricamente neutros. Para que un átomo sea neutro debe contener el mismo número de cargas positivas y negativas. Thomson razonó que, como los electrones constituyen una fracción muy pequeña de la masa de un átomo, probablemente había una relación con el tamaño del átomo, y propuso que el átomo consistía en una esfera uniforme de materia positiva dentro de la cual se incrustaban los electrones como si fueran las pasas en un pastel. Este modelo, llamado "modelo del pudín de pasas", se aceptó como una teoría durante algunos años.

RutherfordEn 1910, Ernest Rutherford, físico neoze-landés, utilizó partículas α para demostrar la estruc-tura de los átomos. Junto con su colega Hans Geiger y un estudiante de licenciatura llamado Ernest Marsden, efectuó una serie de experi-mentos utilizando láminas muy delgadas de oro y de otros metales, como blanco de partículas α provenientes de una fuente radiactiva.

RutherfordObservaron que la mayoría de las partículas atravesaban la lámina sin desviarse, o bien con una ligera desviación. De cuando en cuando, algunas partículas α eran dispersadas (o desviadas) de su trayectoria con un gran ángulo. En algunos casos, las partículas α regresaban por la misma trayectoria hacia la fuente radiactiva.

Éste fue el descubrimiento más sorprendente, pues según el modelo de Thomson, la carga positiva del átomo era tan difusa que se esperaría que las partículas α atravesaran las láminas sin desviarse o con una desviación mínima.

RutherfordLa mayor parte de los átomos debe ser espacio vacío. Esto explica por qué la mayoría de las partículas α atravesaron la lámina de oro sufriendo poca o ninguna desviación.

Las cargas positivas de los átomos estaban concentradas en un denso conglomerado central dentro del átomo, que llamó núcleo.

Cuando una partícula α pasaba cerca del núcleo en el experimento, actuaba sobre ella una gran fuerza de repulsión, lo que originaba una gran desviación. Además, cuando una partícula α incidía directamente sobre el núcleo, experimentaba una repulsión tan grande que su trayectoria se invertía por completo.

El protónEstudios experimentales subsecuentes condujeron al descubrimiento de partículas tanto positivas (protones) como neutras (neutrones) en el núcleo. Rutherford descubrió los protones en 1919. Los protones tienen la misma cantidad de carga que los electrones y su masa es de 1.67262158(13) X 10-27 kg, aproximadamente 1840 veces la masa del electrón con carga opuesta.

El neutrónEl modelo de Rutherford de la estructura atómica dejaba un importante problema sin resolver. Se sabía que el hidrógeno, el átomo más sencillo, contenía sólo un protón, y que el átomo de helio contenía dos protones. Por tanto, la relación entre la masa de un átomo de helio y un átomo de hidrógeno debería ser 2:1. (Debido a que los electrones son mucho más ligeros que los protones, se puede ignorar su contribución a la masa atómica.)

El neutrónSin embargo, en realidad la relación es 4:1. Rutherford y otros investigadores habían propuesto que debería existir otro tipo de partícula subatómica en el núcleo, hecho que el físico inglés James Chadwick probó en 1932. Cuando Chadwick bombardeó una delgada lámina de berilio con partículas α, el metal emitió una radiación de muy alta energía, similar a los rayos γ. Experimentos posteriores demostraron que esos rayos en realidad constan de un tercer tipo de partículas subatómicas, que Chadwick llamó neutrones, debido a que se demostró que eran partículas eléctricamente neutras con una masa ligeramente mayor que la masa de los protones. El misterio de la relación de las masas ahora se podía explicar. En el núcleo de helio existen dos protones y dos neutrones, en tanto que en el núcleo de hidrógeno hay sólo un protón y no hay neutrones; por lo tanto, la relación es 4: 1.

Modelo del átomoEn la figura se muestra la localización de las partículas elementales (protones, neutrones y electrones) en un átomo. Existen otras partículas subatómicas, pero el electrón, el protón y el neutrón son los tres componentes fundamentales del átomo que son de interés para la química.

Propiedades de los átomos

Tamaño de los átomos

Usualmente las dimensiones de los átomos se miden en Angstrom (Å), siendo 1 Å = 10-10 m, esto es, la diez mil millonésima parte de un metro.

Masa [kg] Carga [C]

Electrón 9,10938188 (72) × 10-31 - 1,60217646 (63) × 10-19

Protón 1,67262158 (13) × 10-27 + 1,60217646 (63) × 10-19

Neutrón 1,67492716 (13) × 10-27 0

http://www.educaplus.org/play-73-Configuraci%C3%B3n-electr%C3%B3nica.html

http://www.educaplus.org/play-234-Orbitales-atómicos.html

http://www.educaplus.org/play-75-Energía-de-los-orbitales.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Orbital_at%C3%B3mico

Propiedades de las partículas subatómicas

Propiedades de los átomos

Número atómico [Z]

Número de protones en el núcleo de un átomo. Determina la identidad del átomo. También determina el número de electrones, ya que el átomo en su estado natural es neutro. Por ejemplo, si Z = 7, se trata del elemento Nitrógeno.

Número de masa [A]

Es el número total de protones y neutrones presentes en el núcleo de un átomo de un elemento. Por ejemplo, un átomo de Flúor tiene en su núcleo 9 protones (Z = 9) y 10 neutrones. Su número de masa es entonces A = 9 p +10 n = 19.

Propiedades de los átomos

Isótopos

Son átomos de un mismo elemento que tienen el mismo número de protones, pero difieren en el número de neutrones (tienen diferente número de masa).

Por ejemplo, existen 2 isótopos del Uranio.

La propiedades Químicas de los isótopos de un elemento son semejantes

Propiedades de los átomos

Masa atómica

La masa de un átomo es extremadamente pequeña, la del átomo más pesado es del orden de 10-25 kg.

La unidad utilizada para medir la masa de un átomo es la uma (unidad de masa atómica). Se define como la doceava parte de la masa de un átomo de 12C, es decir al isótopo 12C se le asigna una masa atómica de exactamente 12 uma.

1 uma = 1,66053886 × 10-27 kg

Por ejemplo, la masa de un átomo de 1H o es 1,0079 uma, la de uno de 16O es 15,9949 uma.

Propiedades de los átomos

Masa atómica promedio

La mayoría de los elementos existen en la naturaleza como mezclas de isótopos. La masa atómica promedio se determina a partir de las masas de los diferentes isótopos y sus abundancias relativas, calculando un promedio ponderado.

Por ejemplo, el carbono se compone de una mezcla de 98,93 % de 12C y 1,07 de 13C, de masas 12 uma y 13,00335 uma, respectivamente. Su masa atómica promedio será:

La masa atómica promedio es la que aparece en la tabla periódica.

Propiedades de los átomos

Moléculas

Una molécula es un agregado de, por lo menos, dos átomos en una colocación definida que se mantienen unidos a través de fuerzas químicas (enlaces químicos). Puede contener átomos del mismo elemento o átomos de dos o más elementos, siempre en una proporción fija. Así, una molécula no siempre es un compuesto, el cual, por definición, está formado por dos o más elementos. El hidrógeno gaseoso (H2), por ejemplo, es un elemento puro, pero consta de moléculas formadas por dos átomos (diatómicas) de H cada una. Por otra parte, el agua (H2O) es un compuesto molecular que contiene hidrógeno y oxígeno en una relación de dos átomos de H y un átomo de O. Las moléculas que contienen más de dos átomos se denominan moléculas poliatómicas (NH3, O3, CH3CH2OH). Al igual que los átomos, las moléculas son eléctricamente neutras.

Propiedades de los átomos

Iones

El núcleo de un átomo no cambia en los procesos químicos ordinarios, pero los átomos pueden adquirir o perder electrones fácilmente, cargados negativamente. Si a un átomo neutro le quitamos o le agregamos electrones, se forma una partícula cargada llamada ión. La pérdida de uno o más electrones a partir de un átomo neutro forma un catión, un ión con carga neta positiva. Por ejemplo, el átomo de sodio, que tiene 11 protones y 11 electrones, pierde con facilidad un electrón. El catión resultante tiene 11 protones y 10 electrones, y por tanto tiene una carga neta de 1+. La carga neta de un ión se representa con un superíndice; +, 2+ y 3+ que indica una carga neta resultado de la pérdida de uno, dos o tres electrones, respectivamente. Los superíndices -, 2- y 3- representan cargas netas que resultan de la ganancia de uno, dos o tres electrones, respectivamente.

Propiedades de los átomos

En general, los átomos metálicos tienden a perder electrones para formar cationes; los átomos no metálicos tienden a ganar electrones para formar aniones.

Existen también iones poliatómicos como NO3- (ion nitrato) y SO4

2- (ion sulfato). Estos iones consisten en átomos unidos igual que en una molécula, pero tienen una carga neta positiva o negativa.

Las propiedades químicas de los iones son muy diferentes de las de los átomos de los cuales se derivan.