Generalidades de:

El átomo

Por: MEd. Luis E. Santos

PROFESOR: QBA MIGUEL ANGEL CASTRO RAMÍREZ

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.

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?

¿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.

¿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

¿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!

¿Cuántas Partículas Sub-atómicas existen?

¿Cuántas Partículas Sub-atómicas existen?

Protón Neutrón Electrón

Modelo Cuántico de un átomo

¿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

Antipartículas (Antielectrón (Positrón) y Antiprotón)

Modelo Cuántico de un átomo

Una Visión GeneralUna Visión General

Una Visión GeneralUna Visión General

ProtonesNeutrones Electrones

¿Cuáles son las partículas fundamentales?

¿Cuáles son las partículas fundamentales?

Partículas Fundamentales:

• Fermiones• Bosones

NOTICIA DE ACTUALIDAD

El Experimento Más Caro de la Historia

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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.

¿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

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.

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

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

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 –

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

Número AtómicoNúmero AtómicoEs 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)

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

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

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?

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

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

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).

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?

Notación IsotópicaNotación Isotópica

XXA

Z

C

X = Símbolo del Elemento

A = Número Másico

Z = Número Atómico

C = Carga Eléctrica

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

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

¿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?

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

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.

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

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