Atomo y Modelos atómicos

EL ATOMO

Todo lo que nos rodea está formado por átomos: El aire, el agua, los planetas, las piedras, hasta nosotros mismos estamos hechos de átomos!

 Átomo, en griego, significa INDIVISIBLE. Es la porción más pequeña de la materia. El primero en usar este término fue Demócrito (filósofo griego, del año 500 a. de C.), porque  creía que todo lo que  estaba  en el Universo estaba formado por "partículas diminutas, invisibles, inmutables, indivisibles, eternas, impenetrables e indestructibles de materia pura que se mueven por la eternidad en un infinito espacio vacío".

MODELOS ATOMICOS 

MODELO DE DATON 

CARACTERISTICAS DEL MODELO DE DALTON

• Materia formada por pequeñas partículas llamadas Átomos.
• Es Indivisible.
• Los Átomos de un mismo elemento tienen mismo peso y cualidades, no así los que no tienen diferentes elementos, que tienen peso diferente.
• Los Átomos permanecen sin división, al igual si se combinan por reacciones químicas.
• Los Átomos al combinarse para formar compuestos, guardan relaciones simples.
• Los Átomos de elementos diferentes se pueden combinar en proporciones distintas y formar más de un compuesto.
• Los Compuestos Químicos se forman al unirse átomos de dos o más elementos distintos. 

MODELO ATOMICO DE THOMSON

CARACTERISTICAS DEL MODELO ATOMICO DE THOMSON

Introduce la idea de que el átomo puede dividirse en las llamadas partículas fundamentales:                                  

Electrones, con carga eléctrica negativa
Protones, con carga eléctrica positiva
Neutrones, sin carga eléctrica y con una masa mucho mayor que la de electrones y protones.

 Thomson considera al átomo como una gran esfera con carga eléctrica positiva, en la cual se distribuyen los electrones como pequeños granitos (de forma similar a las pepitas de una sandía).

    Las insuficiencias del modelo son las siguientes:

- El átomo no es macizo ni compacto como suponía Thomson, es prácticamente hueco y el núcleo es muy pequeño comparado con el tamaño del átomo, según demostró E. Rutherford en sus experiencias.

MODELO DE RUTHERFORD 

CARACTERISTICAS DEL MODELO 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 10-14m). 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 cual 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.

MODELO 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
¤ El átomo de hidrógeno tiene un núcleo con un protón.
¤ El átomo de hidrógeno 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 CUANTICO 

Erwin Schrödinger propuso el modelo atómico actual, también conocido como: "Ecuación de Onda"

Planteó la idea de que el electrón podría considerarse como una onda para explicar su comportamiento en el átomo. La ecuación de Onda consiste en una fórmula matemática que corresponde a la medida de la probabilidad de encontrar  un electrón en un cierto espacio.

En esta teoría se consideran los siguientes aspectos: dualidad de la materia caracter onda-partícula, estados estacionarios o niveles de energía fundamentales, la presencia de un núcleo atómico con presencia de partículas subatómicas, probabilidad en cuanto a la posición, movimiento y energía de los electrones. 

La función de onda para un electrón dependerá de los valores de los Números Cuánticos.

Los números cuánticos son:

– El número cuántico principal, n, nos indica el nivel energético en el que nos hallamos.

– El número cuántico orbital o azimutal, l, nos indica el tipo de orbital: s, p, d o f.

– Orbitales tipo s: tiene un valor de l=0, y presentan simetría esférica.

– Orbitales tipo p: tienen un valor de l=1 y 3 posibles valores de m=-1,0,1, es decir, tres orientaciones. Así, tendremos los orbitales px, py y pz. Como son 3 orbitales cabrán en total 6 electrones (2 en cada uno). Su forma es lobular.

– Orbitales tipo d: tienen un valor de l=2 y 5 posibles valores de m=-2,-1,0,1,2, es decir, 5 orientaciones distintas. Caben 10 electrones.

– Orbitales tipo f: tienen un valor de l=3 y, por tanto, 7 posibles valores de m=-3,-2,-1,0,1,2,3, 7 orientaciones distintas. Caben 14 electrones.

– El número cuántico magnético, m, nos indica la orientación de los orbitales.

ATOMO Y MOLECULA 

NUMERO Y MASA ATOMICA

El número atómico indica el número de protones en la corteza de un átomo. El número atómico es un concepto importante de la química y de la mecánica cuántica. El elemento y el lugar que éste ocupa en la tabla periódica derivan de este concepto.

La masa atómica de un átomo expresada en unidades de masa atómica (umas), indica el número de partículas en la corteza de un átomo; esto quiere decir los protones y los neutrones.

CONFIGURACION ELECTRONICA

Configuración electrónica (I)

La configuración electrónica de un átomo es el modo en que están distribuidos los electrones alrededor del núcleo de ese átomo. Es decir, cómo se reparten esos electrones entre los distintos niveles y orbitales.

La configuración electrónica de un átomo se obtiene siguiendo unas reglas:
1.- En cada orbital sólo puede haber 2 electrones.
2.- Los electrones se van colocando en la corteza ocupando el orbital de menor energía que esté disponible.
3.- Cuando hay varios orbitales con la misma energía (3 orbitales p, por ej.) pueden entrar en ellos hasta 3·2 = 6 electrones.

Para recordar el orden de llenado de los orbitales se aplica el diagrama de Möeller que puedes ver en la escena de la derecha. Debes seguir el orden de las flechas para ir añadiendo electrones.

TIPOS DE CONFIGURACION ELECTRONICA

EJEMPLO

TABLA PERIODICA DE LOS ELEMENTOS QUIMICOS

LA TABLA PERIODICA

La tabla periódica de los elementos clasifica, organiza y distribuye los distintos elementos químicos conforme a sus propiedades y características; su función principal es establecer un orden específico agrupando elementos.

Suele atribuirse la tabla a Dmitri Mendeléyev, quien ordenó los elementos basándose en sus propiedades químicas, si bien Julius Lothar Meyer, trabajando por separado, llevó a cabo un ordenamiento a partir de las propiedades físicas de los átomos. La estructura actual fue diseñada por Alfred Werner a partir de la versión de Mendeléyev. En 1952, el científico costarricense Gil Chaverri (1921-2005) presentó una nueva versión basada en la estructura electrónica de los elementos, la cual permite ubicar las series lantánidos y los actínidos en una secuencia lógica de acuerdo con su número atómico.

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.

 Clasificación de los elementos químicos

     De acuerdo con la Tabla del Sistema Periódico los elementos químicos se clasifican de la siguiente forma según sus propiedades físicas:

§         Metales

§         Metales de transición.

§         Metaloides

§         No metales

§         Gases Nobles

Metales:

Son elementos químicos que generalmente contienen entre uno y tres electrones en la última órbita, que pueden ceder con facilidad, lo que los convierte en conductores del calor y la electricidad.        

Los metales, en líneas generales, son maleables y dúctiles, con un brillo característico, cuya mayor o menor intensidad depende del movimiento de los electrones que componen sus moléculas.        

El oro y la plata, por ejemplo, poseen mucho brillo y debido a sus características físicas constituyen magníficos conductores de la electricidad, aunque por su alto precio en el mercado se prefiere emplear, como sustitutos, el cobre y el aluminio, metales más baratos e igualmente buenos conductores.

Un 75% de los elementos químicos existentes en la naturaleza son metales y el resto no metales  gases nobles, de transición interna y metaloides.

CARACTERISTICAS

·  Tiene un  brillo especial, que curiosamente se llama brillo metálico. El brillo es la capacidad de un material para reflejar, absorber o reflectar la luz. Los metales, una vez pulidos, reflejan la mayor parte de la luz que les llega.

·  Son  buenos conductores eléctricos y mostrar carga eléctrica positiva en los procesos de electrólisis. La estructura electrónica de los átomos metálicos se caracteriza por la existencia de pocos electrones en su capa externa, por lo que se requiere escasa energía para que los pierdan y adopten la estructura estable en forma de cationes.

·  Los metales son materiales, en general, bastante densos, insolubles en agua y en muchos disolventes, y opacos con un espesor adecuado.

·  En cuanto a las propiedades metálicas podemos decir que los metales presentan resistencia a la tracción, es decir, que pueden soportar grandes cargas, que se calcula poniendo el material en una cubeta imprimiéndole una fuerza que se aumenta progresivamente y dividiendo la carga máxima de fuerza que se la ha aplicado a la probeta por la sección transversal de la misma.

·  Los metales son muy dúctiles, es decir, que se pueden estirar en forma de hilos; y bastante maleables, podemos estirarlos en láminas sin romperlos.

Metaloides: Son elementos que poseen, generalmente, cuatro electrones en su última órbita, por lo que poseen propiedades intermedias entre los metales y los no metales. Esos elementos conducen la electricidad solamente en un sentido, no permitiendo hacerlo en sentido contrario como ocurre en los metales. El silicio (Si), por ejemplo, es un metaloide ampliamente utilizado en la fabricación de elementos semiconductores para la industria electrónica, como rectificadores diodos, transistores, circuitos integrados, microprocesadores, etc.

CARACTERISTICAS :

·  Semiconductores de la electricidad, la conducen solo en un sentido

·  Estado sólido a temperatura ambiente

·  La mayoría brilla como los metales

·  Malos conductores del calo

·  Cuando reaccionan con metales, se comportan como NO metales, y cuando reaccionan con NO metales, se comportan como metales

No metales: Poseen, generalmente, entre cinco y siete electrones en su última órbita. Debido a esa propiedad, en lugar de ceder electrones su tendencia es ganarlos para poder completar ocho en su última órbita. Los no metales son malos conductores del calor y la electricidad, no poseen brillo, no son maleables ni dúctiles y, en estado sólido, son frágiles.

CARACTERISTICAS

·  Los no metales se caracterizan por tener elevada electronegatividad, son aislantes o semiconductores, forman enlaces iónicos con un metal y enlaces covalentes con otro no metal.

·  Sus óxidos son ácidos.

·  No tienen lustre; diversos colores. 

·  Los sólidos suelen ser quebradizos; algunos duros y otros blandos. 

·  Malos conductores del calor y la electricidad al compararlos con los metales. 

·  La mayor parte de los óxidos no metálicos son sustancias moleculares que forman soluciones ácidas 

·  Tienden a formar aniones (iones negativos) u oxianiones en solución acuosa. 

·  Usualmente son menos densos que los metales.

·  Son poco resistentes y se desgastan con facilidad.

·  No reflejan la luz como los metales, no tienen el denominado brillo metálico. Su superficie no es tan lisa como en los metales.

·  Son frágiles, se rompen con facilidad.

·  No son atraídos por los imanes.

·  Sus puntos de fusión son más bajos que los de los metales (aunque el diamante, una forma de carbono, se funde a 3570 ºC).

·  Se encuentran en los tres estados de la materia a temperatura ambiente: son gases (como el oxígeno), líquidos (bromo) y sólidos (como el carbono).

·  No son dúctiles ni maleables

Gases nobles: Son elementos químicos inertes, es decir, no reaccionan frente a otros elementos, pues en su última órbita contienen el máximo de electrones posibles para ese nivel de energía (ocho en total). El argón (Ar), por ejemplo, es un gas noble ampliamente utilizado en el interior de las lámparas incandescentes y fluorescentes. El neón es también otro gas noble o inerte, muy utilizado en textos y ornamentos lumínicos de anuncios y vallas publicitarias extremadamente oxidante y forma cloruros con la mayoría de los elementos.

·  En condiciones normales son inertes, no reaccionan con ningún elemento ni forman iones. Bajo ciertas condiciones se ha logrado hacerlos reaccionar químicamente

·  Las propiedades de los gases nobles pueden ser explicadas por las teorías modernas de la estructura atómica: a su capa electrónica de electrones  valentes se la considera completa, dándoles poca tendencia a participar en reacciones químicas, por lo que sólo unos pocos compuestos de gases nobles han sido preparados hasta 2008.

·  La razón de su baja reactividad química es que su capa de valencia está completa (ver regla del octeto).

·  Tienen puntos de ebullición muy  bajos, es consecuencia de su distribución  electrónica. ya que solo interaccionan según las fuerzas de van der Waals (las que son muy débiles)

ENLACES QUIMICOS

Un enlace químico corresponde a la fuerza que une o enlaza a dos átomos, sean estos iguales o distintos. Los enlaces se pueden clasificar en tres grupos principales: enlaces iónicos, enlaces covalentes y enlaces metálicos