REAPSO NOVENO QUIMICA

8/16/2019 REAPSO NOVENO QUIMICA

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3º E.S.O. El átomo

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olegio Gimnasio ampestre San SebREPASO SEGUNDO PERIODO Lic. MIGUEL LEMUS GUZMAN

EL ÁTOMO

1. Discontinuidad de la materia.2. Teoría atómica de Dalton.3. Naturaleza eléctrica de la materia.

4. Componentes fundamentales del átomo.5. Modelo atómico de Rutherford.6. Número atómico y número másico.7. Masa atómica relativa. Isótopos. Masa molecular. Composición centesimal8. Otros modelos atómicos.

1.- DISCONTINUIDAD DE LA MATERIA.

Desde la antigüedad, los filósofos griegos Leucipo y Demócrito pensaban que si lamateria se dividía sucesivamente, llegaría un momento en que habría una parte de materia que nose podría seguir dividiendo a la que llamaronátomo (palabra griega que significa indivisible).Hoy en día se sabe que los átomos se pueden dividir.

El hecho de que la materia no se pueda dividir indefinidamente conservando sus propiedades características indica que la materia es discontinua.

¿Es infinitamente divisible la materia?

2.- TEORÍA ATÓMICA DE DALTON

Basándose en las ideas de Leucipo y Demócrito,John Dalton, a principios del siglo XIX,expuso su teoría atómica que se resume en los siguientes postulados:

- La materia está formada por partículas muy pequeñas, llamadas átomos, que sonindivisibles y permanecen inalterables en cualquier proceso químico.

- Los átomos de un mismo elemento químico son todos iguales entre sí y tienen todos ellosla misma forma, el mismo tamaño y la misma masa.

- Los átomos de un elemento químico son diferentes de los de otro elemento químico.- Los compuestos químicos se forman cuando se combinan entre sí los átomos de los

elementos en una proporción fija.


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¿Cuántos tipos de átomos hay en el hidrógeno? ¿Y en el oxígeno?

En un anillo de oro, ¿cuántos tipos de átomos podemos encontrar suponiendo que no contieneotro metal? ¿Y si estuviera formado por una aleación de oro y plata?

Si la fórmula del agua es H2O, ¿cuántos tipos de átomos hay en el agua?

¿Qué significa que las fórmulas reales del agua y del ácido sulfúrico sean H2O y H2SO4,respectivamente?

3.- NATURALEZA ELÉCTRICA DE LA MATERIA.Aunque en la época de Dalton ya se habían realizado las primeras experiencias de

electricidad con pilas y se conocían otros fenómenos eléctricos no se le ocurrió asociar el átomocon los fenómenos eléctricos. A finales del siglo XIX y principios del XX con el descubrimientode la existencia dentro del átomo de partículas cargadas eléctricamente se desechó la idea de laindivisibilidad del átomo.

La carga eléctrica es la propiedad general de la materia que permite explicar los fenómenoseléctricos. Se conocía la existencia de dos tipos de electricidad, una positiva y otra negativa, deforma que, cuerpos con carga eléctrica de signo opuesto se atraen y cuerpos con carga eléctrica

del mismo signo se repelen. La unidad de carga eléctrica en el Sistema Internacional de unidadesse llamaculombio y se representa porC.


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Indica dos ejemplos de fenómenos naturales en los que se ponga de manifiesto que la materiatiene naturaleza eléctrica.4.- COMPONENTES FUNDAMENTALES DEL ÁTOMO.

Mediante experiencias se descubrió la existencia dentro del átomo de partículas con cargaeléctrica negativa (electrones), otras cargadas positivamente (protones) y, por último, otras queno tienen carga eléctrica, es decir, que son neutras (neutrones). A los electrones, protones yneutrones que forman parte del átomo se les denomina partículas atómicas fundamentales.

Símbolo Masa Carga Nombre p 1,67.10- kg 1,6.10- C Protóne 9,1.10- kg -1,6.10- C Electrónn 1,67.10- kg 0 Neutrón

Se observa que la masa del protón y la del neutrón son iguales y, aproximadamente, unas1840 veces mayor que la masa del electrón.

La masa del electrón es tan pequeña que para calcular la masa del átomo se puedeconsiderar despreciable.

En cuanto a las cargas, la del electrón es la misma que la del protón pero negativa y elneutrón no tiene carga.

Indica si es verdadero o falso:“Como los átomos son eléctricamente neutros (no tienen carga), tampoco tienen carga la s

partículas que los forman”.

¿Qué conclusión se deduce de la afirmación de que los átomos son eléctricamente neutros?.

Actividad 9: ¿Qué partículas hay que considerar para calcular la carga de un átomo?. ¿Y paracalcular la masa?

Si un átomo posee mayor número de protones que de electrones, ¿estará cargadoeléctricamente?, ¿cuál será el signo de su carga eléctrica total?

5.- MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD.

m p = mn = 1840 me

qe = - q p


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Al conocerse la existencia de partículas dentro del átomo, electrones y protones, en primerlugar y, posteriormente, los neutrones, se planteó la necesidad de explicar como estabandistribuidas estas partículas dentro del átomo, mediante los modelosatómicos.

Un modelo en una ciencia experimental es una idea elaborada porun científico para explicar las observaciones y resultados de unaexperiencia.

El primer modelo atómico fue ideado porThomson, según el cualel átomo consistía en una especie de esfera material de carga positivacon electrones de carga negativa incrustados de manera que el conjuntofuera eléctricamente neutro.

Con la siguiente experiencia se desechó el modelo de Thomson:

Rutherford bombardeó láminas de oro muy finas con partículas,que son núcleos de Helio obtenidas de un material radiactivo, y obtuvocomo resultado que la mayor parte de dichas partículas atravesaban lalámina sin desviarse de su trayectoria inicial, algunas se desviaron desu trayectoria inicial después de atravesar la lámina y muy pocasrebotaban y retrocedían.

Con estos resultados estableció el siguiente modelo:

El átomo consta denúcleo y corteza. Suponiendo el átomo y el núcleo como esféricos, elradio del átomo es unas 100.000 veces mayor que el del núcleo.

El núcleo está formado por protones y neutrones, por tanto,está cargado positivamente y en él se encuentra la casi totalidad dela masa del átomo. Los electrones giran alrededor del núcleoformando la zona llamada corteza, que es prácticamente latotalidad del volumen del átomo, ya que el volumen del núcleo essumamente pequeño en comparación con el volumen total delátomo. Los electrones en su movimiento alrededor del núcleo se parecen a un microsistema planetario donde el núcleo hace el papeldel Sol y los electrones de planetas.

Por esta razón, en la experiencia de Rutherford, la mayoría de

las partículas atravesaban la lámina de oro sin desviarse, tan sólolas que pasen cerca del núcleo serían desviadas por él, debido a larepulsión, mientras que las que incidan directamente sobre elnúcleo serían repelidas.

6.- NÚMERO ATÓMICO Y NÚMERO MÁSICO.

Se definenúmero atómico de un elemento químico como el número de protones quecontiene un átomo de dicho elemento en su núcleo. Se representa porZ .

Z = nº atómico = nº de protones = p


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Si se trata de un átomo, al ser éste neutro, debe tener el mismo número de cargas positivasque de cargas negativas, es decir, el mismo número de protones que de electrones.

nº de protones = nº de electrones; p = e

El número másicode un elemento químico, representado porA, se define como la sumadel número de protones y neutrones que tiene el núcleo de un átomo de dicho elemento.

A = nº másico = nº de protones + nº de neutrones = Z + nRepresentación del núcleo de un átomo.

Un núcleo de un átomo se puede representar de las siguientes formas:

XAZ , X – A , nombre – A

X representa el símbolo del elemento químico, Z el número atómico y A el número másico.

Ejemplo: Na2311 , simboliza un núcleo de sodio que tiene 11 p y 12 n

IÓN.- Es un átomo que ha perdido o ganado electrones por lo que deja de ser neutro adquiriendocarga eléctrica.

Si pierde electrones quedará con mayor número de protones que de electrones por lo quetendrá una carga eléctrica neta positiva, ya que al tener protones en exceso, éstos no puedenneutralizar su carga. Cuando esto ocurre se forma unión positivo o catión que se trata de unátomo que ha adquirido una carga positiva igual al número de protones que tiene en exceso quecoincide con el número de electrones perdidos.

Se representa por nAZ X donde n es el número de electrones perdidos.

Si un átomo gana electrones quedará con mayor número de electrones que de protones por loque tendrá una carga eléctrica neta negativa, ya que al tener electrones en exceso, éstos no pueden neutralizar su carga. Cuando esto ocurre se forma unión negativo o anión que se tratade un átomo que ha adquirido una carga negativa igual al número de electrones que tiene enexceso que coincide con el número de electrones ganados.

Se representa porn-A

ZX

donde n es el número de electrones ganados.Indica el número de cada una de las partículas fundamentales que tendrá un átomo de sodio denúmero atómico 11 y número másico 23.

Para el azufre Z = 16 y A = 32. ¿Cuántos protones, neutrones y electrones tendrá el ión-23216 S ?Indica las partículas fundamentales deK 3919 .

Completa la siguiente tabla:

Elemento Símbolo Nºatómico( Z ) Nº másico( A ) Protones( p ) Electrones( e ) Neutrones( n ) Átomoo ión Representación


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O168 Nitrógeno 7 7 Átomo

Cl 17 35 18240

20 Ca Na 11 10 12

Oxígeno 8 10 10

7.- MASA ATÓMICA.

Para medir la masa de los átomos se utiliza como unidad la llamadaunidad de masaatómica (u.m.a.)representada por la letrau que se define como la masa que corresponde a ladoceava parte del isótopo de carbonoC126 . A la masa de un átomo(A) se le denomina masa

atómica. Así, si la masa atómica del sodio es 23 u, quiere decir que la masa de un átomo de sodioes 23 veces mayor que la masa de la doceava parte del átomo de carbono C-12.

Equivalencia entre la unidad de masa atómica y la unidad de masa en el Sistema Internacional.

¿Cuál es la masa expresada en u de los átomos: C126 , Na2311 , O188 ?. ¿Qué conclusión se puede

deducir?

¿Cuál es la masa, expresada en gramos, de un átomo de potasio sabiendo que su masa atómica es39 u?

¿Cuántos átomos hay en 20 g de sodio de masa atómica 23 u?

Se puede establecer una escala de masas atómicas relativas (Ar.) tomando comoreferencia u. Así la Ar de un átomo indica el número de veces que la masa de ese átomocontiene a la unidad de masa atómica.

ISÓTOPOS

Es posible encontrar en la naturaleza átomos de un mismo elemento químico con diferentenúmero másico, es decir, que no todos los átomos del mismo elemento tienen la misma masa. Alos átomos del mismo elemento químico que tienen distinto número másico se les llamaisótopos.

1 u = 1,67.10-27 kg m p mn

Isótopos son átomos que tienen el mismo número atómico pero distinto número másico, esdecir, tienen el mismo número de protones pero se diferencian en el número de neutrones


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Observa el dibujo de los tres isótopos del hidrógeno, conocidos como Protio, deuterio y tritio.¿Qué tienen en común? ¿En qué se diferencian?

¿Puede un átomo de número atómico 34 tener como isótopo otro átomo cuyo número atómicosea 35? ¿Por qué?Completa la siguiente tabla:

Isótopo Elemento Z A Protones Electrones Neutrones

C126 C136 O168 O188

Mg2612 Mg2512

Se llamaabundancia de un isótopo al tanto por ciento con el que se encuentra dicho isótopoen la naturaleza.

La masa de todos los átomos de un mismo elemento químico no es la misma, por lo quelamasa atómica de un elemento químicoes la masa media ponderada de sus isótopos que secalcula de la siguiente forma:

Si suponemos dos isótopos de un elemento químico con masas m1 y m2 y conabundancias respectivas de (%)1 y (%)2

El cloro tiene dos isótopos de masas 35 y 37 u con una abundancia del 75,5% y del 24,5%,respectivamente. Calcula la masa atómica del cloro.

El magnesio tiene tres isótopos de masas 24 u, 25 u y 26 u y con abundancias respectivas del78,70%, del 10,13% y del 11,17%. ¿Cuál es la masa atómica del magnesio?.

La plata tiene de masa atómica 107,87 u. Si tiene dos isótopos y uno de ellos tiene de masaatómica 108,90 u y una abundancia del 48,18%, calcula la masa del otro isótopo.

Masa atómica100.(%)m

100.(%)m

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Se sabe que el litio tiene dos isótopos. Uno de ellos tiene de masa atómica 7 u y el otro 6,18 u.Calcula la abundancia de cada isótopo, sabiendo que la masa atómica del litio es de 6,939 u.

Puesto que una molécula está formada por átomos unidos entre sí, para calcular la masade una molécula bastará con sumar la masa de todos los átomos que la componen, por lo quetampoco es adecuado utilizar unidades como el gramo o el kilogramo, con lo que para medir lamasa de una molécula (M) utilizamos también la unidad de masa atómica. Se puede estableceruna escala de masas moleculares relativas (Mr.), tomando como referencia u. Así la Mr de unamolécula indica el número de veces que la masa de esa molécula contiene a la unidad de masaatómica.¿Qué significa que la masa molecular de un compuesto es 44 u?

Calcula la masa molecular de las siguientes sustancias:a/ Oxígeno molecular. O2 b/Agua H2O. c/ Pentaóxido de dicloro Cl2O5. d/ Ácido nítricoHNO3 Datos: Ar(H)=1 ; Ar(N)= 14 ; Ar(O)= 16 ; Ar(Cl)= 35,5

¿Cuál es la masa de una molécula de agua expresada en gramos?

¿Cuántas moléculas de agua hay en 18 gramos de agua?

Composición centesimal

Consiste en el cálculo del tanto por ciento con el que interviene cada elemento en la composición

de un determinado compuesto. Para ello, se calcula la masa molecular del compuesto y, teniendoen cuenta, la contribución de cada elemento en ese valor y utilizando las proporcionesadecuadas, se calcula:

Ejemplo resuelto: Calcula la composición centesimal del ácido nitrico: HNO3 Datos: Ar(H)=1u ; Ar(N)= 14u ; Ar(O)= 16u.

Mr(HNO3) = 1.1u +1.14u +3.16u = 63 u

% H :33 HNOdeu100

xHNOdeu63

Hdeu1 %59,163100.1

x

% N :33 HNOdeu100

xHNOdeu63

Hdeu14 %22,2263100.14

x

% O :33 HNOdeu100

xHNOdeu63

Hdeu48 %19,7663100.48

x

Calcula la composición centesimal de los siguientes compuestos: a) H2O b) H2SO4 Datos:Ar(H)=1u ; Ar(O)=16u ; Ar(S)= 32u.

6.- OTROS MODELOS ATÓMICOS


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Modelo de Bohr

El modelo de Bohr se basa en los siguientes postulados:

1. El átomo consta de un núcleo en el que se encuentranlos protones y neutrones, por lo que en el núcleo estáconcentrada toda la carga positiva del átomo y casi todala masa. Los electrones giran alrededor del núcleodescribiendo órbitas circulares.

2. El electrón no puede girar alrededor del núcleo encualquier órbita, sino solamente en aquellas en las queel radio de la órbita y la energía del electrón en lamisma adquieran valores concretos. A cada órbita ocapa se le asigna una letra mayúscula, en orden alfabético y comenzando por la K. Elnúmero máximo de electrones que caben en cada capa es2 n2 , siendo n el número de la capa.

3. Cuando un electrón se mueve dentro de una órbita noabsorbe ni pierde energía. Si pasa de una órbita a otraque está más alejada del núcleo, absorbe energía y, si pasa de una órbita más alejada a otra más cercana alnúcleo desprende energía.

Calcula el número máximo de electrones que puede haber encada una de las cuatro primeras capas.

Observa la representación de los átomos de helio (Z = 2), de carbono (Z = 6) y de magnesio (Z =12) y dibuja la de un átomo de Cloro (Z = 17)


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Modelo de orbitales o de la mecánica cuántica

En este modelo se considera a los electrones como nubes de carga eléctrica distribuida enuna zona espacial alrededor del núcleo.

Se deja de considerar que el electrón se mueve en órbitas y se habla deorbitales, que sonzonas en las que la probabilidad de encontrar al electrón es máxima.

Indicaciones de las etiquetasLas sustancias obtenidas en la industria o en el laboratorio se almacenan en recipientes

adecuados colocándoles una etiqueta para su posterior comercialización.En primer lugar la etiqueta de una sustancia debe contener el nombre de la misma. En el

caso de que se trate de una mezcla debe estar incluida la composición de la misma. Además de lodicho anteriormente en una etiqueta puede aparecer el período de validez, precauciones que sedeben tener al manejar la sustancia, etc.

Así, en un frasco de alcohol comprado en una farmacia aparece:

Nombr e de la sustancia : Alcohol etílico.

Composición : Alcohol etílico de 96º.El dato de 96º significa que el alcohol etílico contenido en la botella tiene una concentración del96% en volumen y, que por lo tanto, no se trata de una sustancia pura sino de una mezcla.

Período de val idez : Indica la fecha hasta la que se puede utilizar la sustancia sin que haya perdido sus propiedades.

Precauciones : Indica las medidas que se deben adoptar para una correcta utilización de lasustancia. Por ejemplo:

-

Proteger del calor.- Mantener el frasco bien cerrado.


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- No ingerir.

A veces también aparece en la etiqueta un cuadrado con un símbolo en su interior quegeneralmente constituye una medida de precaución y de cuidado. Ejemplos:

Sustancias químicas peligrosasLas sustancias químicas se clasifican, en función de su peligrosidad, en:

Explosivos. Sustancias y preparados que pueden explosionar bajo el efecto de una llama.

Comburentes. Sustancias y preparados que, en contacto con otros, particularmente con los inflamables,

originan una reacción fuertemente exotérmica.

Extremadamente inflamables. Sustancias y productos químicos cuyo punto de ignición sea inferior a 0 °C, y su punto deebullición inferior o igual a 35°C.

Fácilmente inflamables. Se definen como tales:

Sustancias y preparados que, a la temperatura ambiente, en el aire y sin aporte deenergía, puedan calentarse e incluso inflamarse.

Sustancias y preparados en estado líquido con un punto de ignición igual osuperior a 0°C e inferior a 21°C.

Sustancias y preparados sólidos que puedan inflamarse fácilmente por la acción breve de una fuente de ignición y que continúen quemándose o consumiéndosedespués del alejamiento de la misma.

Sustancias y preparados gaseosos que sean inflamables en el aire a presiónnormal.

Sustancias y preparados que, en contacto con el agua y el aire húmedo,desprendan gases inflamables en cantidades peligrosas.

Inflamables. Sustancias y preparados cuyo punto de ignición sea igual o superior a 21°C e inferior a55°C.

Muy tóxicos. Sustancias y preparados que por inhalación, ingestión o penetración cutánea puedanentrañar riesgos graves, agudos o crónicos, e incluso la muerte.

Corrosivos. Sustancias y preparados que en contacto con los tejidos vivos puedan ejercer sobre ellos

una acción destructiva.


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Irritantes. Sustancias y preparados no corrosivos que por contacto inmediato, prolongado o repetidocon la piel o mucosas pueden provocar una reacción inflamatoria.

Radiactividad e isótopos radiactivos

Tras el descubrimiento de los rayos X por parte de Roentgen, el físico francés Becquerelquiso comprobar si el sulfato de uranilo, que contenía uranio, emitía rayos X.

Para ello, colocó el sulfato de uranilo sobre una placa fotográfica protegida con papelnegro. Al revelar la placa, comprobó que estaba impresionada y supuso que era debido a losrayos X emitidos por la sustancia.A los pocos días le sorprendió un hecho inesperado. Había dejado la sal de uranio junto a unas placas fotográficas protegidas y, al revelarlas, vio que estaban completamente veladas, como sihubiesen sido expuestas al sol. Comprendió que algunas radiaciones, y no precisamente los rayosX, habían impresionado las placas fotográficas.

A la emisión de radiaciones por el uranio y otros materiales similares se le denominaradiactividad, nombre que fue asignado por Marie Curie, quien en colaboración con su esposodescubrió dos nuevos elementos, el polonio y el radio.

Las tres radiaciones descubiertas son:la radiación ( alfa) , que son núcleos de helio condos protones y dos neutrones;la radiación ( beta) , que es un electrón que sale del núcleoatómico con gran energía; yla radiación (gamma) , que es de naturaleza electromagnética,como la luz y los rayos X, pero más energética.


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La radiactividad natural se debe a isótopos radiactivos de distintos elementos presentes enla naturaleza. Ha ido disminuyendo desde la formación de la Tierra, hace 4700 millones de años,ya que los isótopos radiactivos van transformándose en otros átomos estables como consecuenciade la emisión de las radiaciones. Cada cierto tiempo, llamado período de semidesintegración ,una muestra de isótopos radiactivos se reduce a la mitad. No todos los isótopos tienen el mismo período de semidesintegración, por lo que la rapidez con la que se desintegran no es siempre lamisma.

En 1934, los esposos Curie descubrieron laradiactividad artificial , según la cual un átomoestable se transforma radiactivo al ser irradiado con partículas procedentes de una fuenteradiactiva. Por esta razón, al casi centenar de isótopos radiactivos naturales se han añadido casi2000 isótopos radiactivos artificiales. En consecuencia en los últimos 60 años se haincrementado la radiactividad por las siguientes razones:

- Como consecuencia de pruebas nucleares, ya que las partículas liberadas puedenconvertir átomos estables en radiactivos.

- Por la radiación con la que se trata un organismo enfermo, aunque al ser dosificada laradiación de forma controlada puede producir efectos terapéuticos.

- Las centrales nucleares también producen residuos radiactivos.

Los isótopos radiactivos pueden ocasionar graves daños en el organismo si está sometido aelevadas dosis de radiación. Pero también puede producir beneficios, como es el tratamiento deenfermos de cáncer mediante radioterapia.

En investigación científica los isótopos radiactivos tienen distintos usos, como ladeterminación de edades geológicas y arqueológicas con carbono-14. Éste se encuentra, en pequeña proporción, pero constante, en el dióxido de carbono (CO2) atmosférico, de donde pasaa plantas y animales. Supongamos, por ejemplo, que el tronco de un árbol quedó sepultado endeterminada época. A partir de entonces el carbono-14 va disminuyendo debido a laradiactividad. Si se conoce su período de semidesintegración y la cantidad de ese isótopo en elmomento del análisis puede determinarse la fecha en la que el árbol dejó de realizar lafotosíntesis.

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