Tema04 leyes ponderales y teoria atomica...

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Cómo evoluciona el concepto de átomo desde la antigüedad hasta el

momento actual. ¿Qué leyes químicas crearon los cimientos para las

primeras teorías atómicas?

Los modelos atómicos actuales, ¿son una imagen real de los átomos?

¿Cómo fueron surgiendo y siendo sustituidos por otros?

¿Qué son los isótopos? En qué unidades medimos la masa de un

átomo.

La radiactividad, descubierta a principios del s XX tiene numerosas

aplicaciones.

Curso 3º ESO

Tema04: Elementos y compuestos. Leyes ponderales. Teoría atómica de Dalton. Modelos atómicos posteriores. Radiactividad

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1

Elementos químicos y compuestos químicos

Entre las sistemas homogéneos de composición constante podemos distinguir dos tipos

diferentes:

• Los elementos químicos que están formados por un solo tipo de átomos.

Un ejemplo: supongamos que tenemos un trozo de cobre (Cu) o un poco de yodo (I2) o una

bombona llena de oxígeno (O2). Por mucho que lo intente no podré separar del cobre, del yodo o

del oxígeno ningún otro elemento. No puedo descomponerlo más.

• Los compuestos químicos están formados por más de un tipo de átomos. Pueden

separarse solamente utilizando métodos químicos.

2 H2O � 2 H2 + O2

Otro ejemplo, si tengo agua en un recipiente puedo añadirle unas gotas de un ácido o de alguna sal

y hacer pasar a través de la disolución una corriente eléctrica. Al cabo de un cierto tiempo habré

recogido en un dispositivo como el de la figura una determinada cantidad de hidrógeno y otra (la

mitad de volumen) de oxígeno. Es decir, el paso de la corriente eléctrica ha logrado descomponer

el agua (H2O) en otros componentes mas sencillos, oxígeno (O2) e hidrógeno (H2)

Los elementos químicos se representan por un símbolo. Una letra mayúscula y en ocasiones

una minúscula junto a ella.

nitrógeno N, hierro Fe

Los compuestos químicos se representan por una fórmula que indica los átomos de los

elementos que lo forman además de la proporción en que intervienen para formar una

molécula.

dióxido de carbono CO2

La fórmula indica que la proporción de átomos de cada especie es (dos átomos de oxígeno por

cada átomo de carbono)



2

Antes de la Química

La Alquimia buscaba obtener la piedra filosofal que sería capaz de

transmutar cualquier metal en oro y de permitir la síntesis del elixir de la

juventud y la vida eterna. Por razones obvias los alquimistas mantenían en

secreto todos sus logros y era muy frecuente que todos ellos, se fueran a la

tumba con los alquimistas.

Por tanto podemos considerar, sin errar en exceso, que la Alquimia en realidad no era una

ciencia.

Antoine Laurent de Lavoisier

A los 21 años termina los estudios de abogado pero su vocación son las Ciencias. Al año

siguiente recibe un premio de la Academia de Ciencias por su estudio sobre la mejor forma de

iluminar una ciudad. En 1773 publica su libro Opuscules physiques et chimiques. Poco después

es capaz de descubrir que solamente una pequeña parte del aire es la que actúa sobre los

metales También realiza otros estudios sobre cuestiones prácticas como por ejemplo la forma

de introducir mejoras en la fabricación de la salmuera. Esto le sirvió para ganarse un puesto

como empleado en el Arsenal ya que este proceso era muy útil para fabricar pólvora.Con esto

pudo empezar a montar su laboratorio pero más tarde y con el fin de aumentar sus ingresos

para mejorar las posibles investigaciones y el laboratorio hizo una

donación de dinero a la sociedad dedicada a recaudar impuestos (La

Ferme) Esto junto con su enfrentamiento con Marat ya que se opuso a

su ingreso en la Academia de las Ciencias por motivos estrictamente

profesionales, le acabo costando la vida en 1894.

Sin embargo su principal aportación a la Química fue la ley de

conservación de la masa gracias a la que se cuestiona la teoría

del flogisto válida hasta ese momento. Parte de sus experiencias del

alumbrado y comienza a calentar distintas sustancias en el aire. Cuando lo hace con metales

obtiene unas sustancias que pesan más que lo que pesaba el propio metal. Luego hace lo

mismo en una atmósfera estanca y comprueba que aunque el óxido pesa mas que el metal el

conjunto sigue pesando lo mismo. Esto es el principio de una gran revolución en la Química

pero no acaba ahí. Su interés en normalizar la nomenclatura de los compuestos químicos hace

que escriba un libro titulado Métodos de nomenclatura Química en donde se exponen nuevos

métodos sencillos y lógicos para nombrar los compuestos lo que, afortunadamente, fue

asumido de forma casi inmediata por la mayoría de los químicos.



3

Leyes ponderales

Las leyes ponderales son aquellas que hacen referencia a medidas de masa. No resulta difícil

de entender que son éstas las primeras que surgen en la Química ya que entonces las

medidas más fáciles de realizar eran las de masa.

Ley de conservación de la masa o ley de Lavoisier

Supongamos que en el recipiente de la figura, cerrado herméticamente,

tenemos un trozo de carbón. Concentramos sobre él los rayos de Sol con

una lupa con lo que logramos que éste comience a arder. De esta forma

se combinará con el oxígeno del aire que contiene la campana formando

dióxido de carbono. Si previamente hemos pesado la masa de la campana

con el carbono en su interior y después de que se produzca el cambio químico volvemos a

pesar aunque ya no veamos el carbono sólido, obtendremos el mismo resultado.

Esto se traduce en la ley de conservación de la masa o

ley de Lavoisier:

La masa total de sustancias que se transforman y de las

que se obtienen a lo largo de un cambio químico

permanece constante.

Louis Joseph Proust

Nació en Angers (1754), hijo de un farmacéutico. En el laboratorio de su

padre comenzó las primeras prácticas de aprendizaje de la Química.

Posteriormente abandonó esta ciudad para continuar sus estudios en París a

pesar de la oposición de su familia. Posteriormente dió clases de Química en

París y por recomendación de Lavoisier a quien conoció y de quien se hizo

amigo, fue contratado por el gobierno español de Carlos III para realizar diversos trabajos en

España donde permaneció entre los años 1777 y 1807.

Posteriormente regresa a Francia hasta su muerte en Angers (1826).Precisamente en 1801,

durante su estancia en España enuncia la ley de las proporciones definidas que junto con

las otras leyes ponderales será la base en la que se impulsará Dalton para enunciar su teoría

atómica.



4

Ley de las proporciones definidas o ley de Proust

Esta ley establece que, cuando dos elementos químicos se combinan para formar el mismo

compuesto sus masas lo hacen en una proporción constante.

Un ejemplo: Supongamos que el oxígeno se combina con el hidrógeno para formar agua.

2H2 + O2 � 2 H2O

Si reaccionan 32 gramos de oxígeno, lo harán con 4 gramos de hidrógeno…

Si reaccionan 16 gramos de oxígeno, lo harán con 2 gramos de hidrógeno…

Si reaccionan 8 gramos de oxígeno, lo harán con 1 gramo de hidrógeno…

Si reaccionan 4 gramos de oxígeno, lo harán con 0,5 gramos de hidrógeno…

Si reaccionan 2 gramos de oxígeno, lo harán con 0,25 gramos de hidrógeno…

Es decir la relación entre las masas que reacciona será:

...25,02

5,04

18

216

432 =====

John Dalton

Nace en 1766. Era hijo de gente muy humilde, un tejedor y una

campesina. Cuando queda libre la plaza de maestro de su

pueblo ocupa el puesto y, a los doce años, comienza a ejercer

la profesión. Se trata de un auténtico autodidacta que hizo

estudios sobre diversos temas siempre relacionados con la

ciencia. Sus primeros conocimientos de Ciencias Naturales y

de Matemáticas le llegaron a través de su maestro y de un adinerado de su pueblo que era

aficionado a la meteorología.

Más tarde se trasladó con su hermano a Kendal, donde ejercieron como profesores ayudantes.

De su afición a la meteorología derivan importantes aportaciones como el estudio que hizo

sobre la formación de la lluvia en el que pro primera vez demuestra que ésta se forma por un

descenso de la temperatura y no por cambios de presión en la atmósfera. Además de su

estudio de la meteorología procede su ley de las presiones parciales de los gases en una

mezcla.

Aunque tuvo que trasladarse por la escasez de medios en un par de ocasiones nunca llegó a

poder estudiar medicina pero si hizo alguna aportación como el estudio del daltonismo,

enfermedad que padecía el mismo.

En 1803 elabora la ley de las proporciones múltiples.



5

La teoría atómica de Dalton

La aportación mas importante de Dalton fue la de establecer desde un punto de vista científico

fue su teoría atómica. En ella Dalton presenta cuatro postulados que se justifican precisamente

a través de las leyes ponderales que fueron enunciadas justamente antes de que él elaborase

su teoría atómica. Se basa esta teoría en cuatro puntos:

1. Los elementos están constituidos por partículas materiales separadas e indestructibles

(átomos).

2. Los átomos de un mismo elemento son iguales en masa y todas las demás

propiedades.

3. Los átomos de distintos elementos tienen distinta masa y propiedades.

4. Los compuestos se forman por la unión de átomos de los correspondientes elementos

en una relación numérica sencilla. Los átomos de un determinado compuesto son

iguales en masa y en todas las demás propiedades.

La teoría atómica de Dalton puede explicar cada una de las leyes ponderales anteriores de la

forma siguiente:

La teoría de Dalton justifica la ley de conservación de la materia. (Lavoisier)

Supongamos que dos átomos de elementos diferentes se unen para formar otro

"átomo" de otro compuesto Dado que los átomos son indestructibles y su masa

constante para un determinado elemento la masa del compuesto que se forma será la

suma de las masas de los dos átomos que se combinan.

La teoría de Dalton justifica la ley de las proporciones definidas. (Proust)

Si dos átomos diferentes se combinan entre si para formar un determinado compuesto

sus masas están en la misma proporción que si lo hace cualquier número de átomos de

las dos especies pues todos ellos tienen la misma masa.



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Los modelos atómicos se van sucediendo

Los modelos en la Ciencia tratan de explicar una realidad que no se puede alcanzar más que

basándose en la experimentación.

Hay un ejemplo muy ilustrativo:

Supongamos que unos marcianos observan desde lejos el reloj de una torre. Con un potente telescopio ven

desde su nave que tiene dos flechas (agujas) que las dos giran. Una de ellas da una

vuelta completa en una hora mientras que la otra tarda en hacerlo doce horas. Si los

marcianos son listos, que lo serán para llegar desde tan lejos, pueden hacer un “modelo”

que mediante una serie de engranajes explique como funciona el reloj. No es que ese

modelo sea la realidad pero si que podría explicarla.

Ahora se acercan más a Tierra y ven mejor el reloj. Resulta que tiene una aguja más que gira una vez cada

minuto. El modelo elaborado antes ya no vale hay que sustituirlo por otro que integre una explicación para

esa nueva aguja.

Si se acercan más y ven un número que solo se mueve cada 24 horas (fecha del calendario), una vez más

tendrán que rehacer su modelo para intentar explicar el reloj.

¿El modelo es en realidad el reloj? No. Además para saber si es cierto tendrían que posarse en Tierra y verle

las tripas, es decir, abrirlo. Pero los marcianos no pueden descender a Tierra porque no tienen bastante

amoniaco para respirar en las reservas de sus trajes espaciales. Tienen que contentarse con ver el reloj

desde fuera.

Eso mismo nos pasa a nosotros con el átomo. No podemos entrar en el en profundidad, lo más

que podemos hacer es ir observando hechos experimentales y tratar de explicar los resultados

a base de modelos.

Dalton elabora su modelo atómico basándose en las leyes ponderales de Lavoisier y Proust y

en su modelo basta con un átomo indivisible e indestructible de masa igual y con el resto de las

propiedades iguales para todos los átomos del mismo elemento.

Modelo atómico de Thomson

El padre del electrón como se le llama en muchas ocasiones nació en un

pequeño pueblo cerca de Manchester donde su padre ejercía como librero.

Ya en los estudios de grado medio entró en contacto con la física

experimental en el Owens College. Más tarde ingresa en la Universidad de

Cambridge. Allí estució Matemáticas pero pronto se pasó al campo de la

Física en el Cavendish Laboratory donde pronto logró una cátedra de Física y poco después

entró como miembro en la Royal Society de Londres.

En 1918 fue nombrado Master del Trinity College. En ese cargo, que ocupó hasta su muerte,

pudo tratar a muchos jóvenes con intereses no científicos. Thomson demostró interés por

muchas más cosas que por la ciencia. Se interesó en la política, las novelas, los dramas, el

deporte universitario y en los aspectos no técnicos de la ciencia.

La aportación más importante de Thomson consistió en mejorar progresivamente la técnica de

realizar el vacio, con lo que pudo llegar a la conclusión de que los rayos eran independientes

de la naturaleza del gas de llenado de la ampolla y de la naturaleza de los electrodos que se



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colocaran en ella. La conclusión que le pareció evidente y que dio a conocer ahora hace cien

años es que se trata de un flujo de corpúsculos que están presentes con su propia carga

eléctrica en cualquier tipo de materia.

El hecho es que el premio Nobel que recibió en 1906 hace mención de sus méritos en la

realización de trabajos decisivos en el estudio de la conductividad de los gases. Esto es

absolutamente cierto y todos los que hayan trabajado en la medición de las radiaciones

ionizantes mediante detectores llenos de gas son deudores de la obra ingente de Thomson y

de sus sucesores.

La prueba más palpable de que J.J. Thomson debió de ser un profesor excelente, es que entre

sus alumnos tiene siete premios Nobel.

Sir Joseph John Thomson murió en Cambridge el 30 de agosto de 1940.

Al cabo de un tiempo se descubre la existencia del electrón (J.J.Thomson) partícula que se

puede extraer del átomo y que tiene carga negativa. Además su descubridor es capaz de

calcular su carga y su masa. Lo mismo que les pasaba a los marcianos, ahora los científicos

deben de sustituir el modelo anterior por otro que explique el fenómeno.

Es el propio J.J. Thomson quien elabora un nuevo modelo

atómico. Considera que el conjunto del átomo tiene carga

positiva y en él se insertan los electrones en número suficiente

para que el conjunto sea neutro. Sería un equivalente a la

forma en que se insertan las pasas en los bizcochos (pudin) a los que tan

aficionados son en Gran Bretaña, por otra parte el país donde nació y vivió

siempre Thomson.

Cuando el átomo perdía algún electrón quedaba cargado positivamente (ión positivo o catión) y

si lo ganaba adquiría carga negativa (ión negativo o anión)



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Modelo atómico de Rutherford

Tras licenciarse, en 1893, en Christchurch (Nueva Zelanda), Ernest Rutherford

se trasladó a la Universidad de Cambridge (1895) para trabajar como ayudante

de JJ. Thomson. En 1898 fue nombrado catedrático de la Universidad McGill de

Montreal, en Canadá. A su regreso al Reino Unido (1907) se incorporó a la

docencia en la Universidad de Manchester, y en 1919 sucedió al propio

Thomson como director del Cavendish Laboratory de la Universidad de Cambridge.

Por sus trabajos en el campo de la física atómica, Ernest Rutherford está considerado como

uno de los padres de esta disciplina. Investigó también sobre la detección de las radiaciones

electromagnéticas y sobre la ionización del aire producido por los rayos X. Estudió las

emisiones radioactivas descubiertas por H. Becquerel, y logró clasificarlasen rayos alfa, beta y

gamma.

En 1902, en colaboración con F. Soddy, Rutherford formuló la teoría sobre la radioactividad

natural asociada a las transformaciones espontáneas de los elementos. Colaboró con H.

Geiger en el desarrollo del contador de radiaciones conocido como contador Geiger, y

demostró (1908) que las partículas alfa son iones de helio (más exactamente, núcleos del

átomo de helio) y, en 1911, describió un nuevo modelo atómico (modelo atómico de

Rutherford).

Rutherford recibió el Premio Nobel de Química de 1908 en reconocimiento a sus

investigaciones relativas a la desintegración de los elementos. Entre otros honores, fue elegido

miembro (1903) y presidente (1925-1930) de la Royal Society de Londres y se le concedieron

los títulos de sir (1914) y de barón Rutherford of Nelson (1931). A su muerte, sus restos

mortales fueron inhumados en la abadía de Westminster.

Un nuevo experimento demuestra que la mayor parte del átomo está vacía. El experimento

consistía en bombardear una lámina muy fina de oro con partículas cargadas positivamente

(partículas alfa). La mayor parte de las partículas atravesaban el metal sin sufrir la más mínima

desviación, algunas (pocas) se desviaban de su trayectoria y solo una de cada más de 10 000

salía rebotada en sentido contrario al de su

movimiento. El dibujo representa el experimento

realizado.

El modelo de Thomson debe ser sustituido por otro.

Rutherford un neozelandés profesor en Manchester

y aficionado al rugby, lo hace. Considera que el

átomo está formado por un núcleo central positivo

(razón por la que este es el primer modelo nuclear

del átomo) cuyo volumen es muchísimo menor que

el volumen del átomo (de 10 000 a 100 000 veces



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menor) y que contiene la casi totalidad de su masa. Alrededor del núcleo estarían rotando los

electrones (igual que si se tratara de un sistema planetario en miniatura.

Alrededor del 90% de las partículas

siguen este camino.

Solo un número alrededor del 10%

se desvía así.

Es reflejada una de cada 10000

partículas.

Imagina que el núcleo tiene una relación de tamaño con el átomo similar a la que tendría una

bola de golf situada en el centro de un campo de fútbol de los grandes. Y que los electrones

serían como mosquitos volando en el espacio del campo alrededor del núcleo. Ahora quita el

campo y deja en ese volumen la bola de golf y los mosquitos. ¡La materia está casi vacía!

El modelo nuclear del átomo

El átomo descrito por Rutherford consta de una parte central positiva (de un tamaño muy

pequeño comparado con el del átomo completo) y, alrededor de ella, girando como lo hacen los

planetas alrededor del Sol estarían los electrones. Éstos estarían en un número tal que el

átomo en su conjunto sería neutro.

Pero, ¿qué hay en el núcleo? Aunque Rutherford predijo la existencia de partículas sin carga

no se descubrió el neutrón hasta bastantes años más tarde. En resumen, en el núcleo hay dos

tipos de partículas: protones (+) y neutrones (sin carga). En la corteza están los electrones.

Conceptos de número atómico, número másico e isótop o

El número de protones de un átomo se llama número atómico (se representa por la letra Z) y

el número total de protones y neutrones en el núcleo se llama número másico (se representa

por la letra A).

Cualquier átomo de un elemento determinado tiene el mismo número atómico. Por ejemplo el

nitrógeno tiene de número atómico 7 y el oxígeno 8. Ningún átomo que tenga de número

atómico 8 puede ser de otra cosa que de oxígeno y ningún átomo de oxígeno puede tener un

número atómico diferente de 8.



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No obstante puede haber átomos de un mismo elemento que tengan diferente número másico,

se dice que son isótopos del mismo elemento.

Para representar un isótopo se hace en cualquiera de las siguientes formas:

ZAA

ZAZ

AZ XXXX ,,,

Donde Z corresponde al número atómico (protones) y A al número másico (protones +

neutrones).

Ejemplos de isótopos: HHH 31

21

11 ,, , son isótopos del hidrógeno se llaman: protio, deuterio y tritio

respectivamente. En los tres el número de protones del núcleo es 1 mientras que el número de

neutrones es 0, 1 y 2 respectivamente.

Como se ve entonces los isótopos corresponden a átomos del mismo elemento, todos ellos

tienen igual número atómico (Z) pero con distinto número másico.

De casi todos los elementos tenemos ejemplos, un caso interesante es el carbono (C) que

presenta tres isótopos diferentes: CCC 146

136

126 ,, precisamente el último es muy útil a la hora de

fijar la edad de restos arqueológicos.

Concepto de masa atómica

La masa atómica es la masa de un átomo. Obviamente, cuando medimos algo, debemos elegir

la unidad adecuada, lo decíamos en el primer tema. La unidad adecuada para medir la masa

de un átomo no es el kg ni siquiera el gramo, un átomo tiene una masa muchísimo menor que

esas unidades ¿entonces? Elegimos la unidad de masa atómica (u) que será la doceava parte

de la masa del isótopo 12C. De esta forma se establecen las masas atómicas de los distintos

elementos.

Pero, si es así, cómo podemos explicar que el Cl tenga una masa atómica de 35,45 que no es

un número entero ni siquiera se le acerca. Pues la razón es que el cloro se presenta en dos

formas isotópicas en la naturaleza 35Cl y 37Cl en proporciones de 75,77% la primera y 24,23%

la segunda. Entonces la masa atómica del cloro será una media ponderada de los dos

isótopos:

uuu

5,35100

3723,243577.75 =×+×



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Bohr dibuja un nuevo modelo atómico Nació en Copenhague. Tras doctorarse en la Universidad de Copenhague en

1911, se trasladó a Inglaterra para trabajar bajo la supervisión de E. Rutherford.

Basándose en el modelo atómico de éste y tratando de subsanar sus dificultades,

publicó su modelo, introduciendo los principios de la mecánica cuántica en los

postulados en que se basa su modelo.

En 1916, Bohr regresó a la Universidad de Copenhague, y en 1920 fue nombrado director

del Instituto de Física Teórica.

En 1922 recibió el Premio Nobel de Física por sus trabajos sobre la estructura atómica y la

radiación.

Bajo la dirección de Bohr estudió Werner Heisenberg que se tuvo relevancia en el proyecto

alemán de bomba atómica. Bohr permaneció en Dinamarca durante la primera fase de

ocupación nazi pero por su ascendencia judía tuvo que huir a suecia y luego a Londres para

evitar ser arrestado. Tuvo relación con los físicos alemanes que trabajaban bajo la dirección de

Max Planck y en la visita que Heisenberg le hizo en Copenague, no comprendía su postura en

las investigaciones sobre la fisión nuclear. Parece ser que si bien los físicos alemanes

deseaban investigar el tema a fondo la mayor parte de ellos no eran favorables a su uso en la

fabricación de la bomba atómica para usos militares.

Más tarde apoyó los intentos anglo-americanos para desarrollar armas atómicas, en la creencia

de que la bomba alemana era inminente, y trabajó en el Proyecto Manhattan.

Como tantos otros cuando terminó la guerra con el empleo de esas armas pidió el uso

exclusivo de la energía nuclear para fines pacíficos. Regresó a Copenhague, donde vivió hasta

su fallecimiento en 1962.

El elemento químico Bohrio se llamó así en su honor a este ilustre científico.

El modelo atómico de Rutherford presenta fallos importantes como el hecho de que, teniendo

en cuenta las leyes de la física clásica el electrón acabaría cayendo sobre el núcleo en un

tiempo muy corto. Ese tiempo sería tan corto que no existiría un solo átomo. Entonces Bohr

dice que si los átomos existen será porque esas leyes que predicen su fin no tienen aplicación

en este caso.

El modelo atómico de Bohr se basa en tres postulados entre los que se establece que los

electrones:

1. mientras están en una órbita estacionaria ni emiten ni absorben energía.

2. las órbitas no pueden ser cualesquiera (explica los espectros atómicos discontinuos)

tienen que ser solamente aquellas que cumplan una condición matemática y física.

3. cuando se produce un cambio de órbita, se emite o se absorbe una energía

determinada, susceptible de ser medida y que coincide con la predicha.



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Modelo atómico actual Se considera que los electrones no siguen órbitas definidas como en los modelos anteriores.

Éstos ocupan zonas del espacio donde existe una gran probabilidad de encontrarlos. Estas

zonas son los orbitales. Respecto a la energía podemos decir que se sitúan en niveles y

subniveles de energía, siempre en orden creciente (de menor a mayor).

El estado fundamental corresponde a aquel en que los electrones están en los niveles más

bajos posibles. Dentro de cada nivel hay distintos subniveles y en cada uno de ellos se pueden

alojar un número de electrones diferente.

Nivel Subnivel Máximo de e-

(subnivel) Máximo de e- (nivel)

1 s 2 2

2 s 2

8 p 6

3 s 2

18 p 6 d 10

4

s 2

32 p 6 d 10 f 14

Los electrones se van colocando en los distintos niveles y subniveles de forma que van

ocupando los niveles y subniveles de energía más bajos posibles. El orden de llenado es difícil

de explicar en el curso en que estamos pero la colocación de los electrones se hace

mecánicamente siguiendo la siguiente regla (diagrama de Moeller / regla de Aufbau)

1s

2s 2p

3s 3p 3d

4s 4p 4d 4f

5s 5p 5d 5f

6s 6p 6d 6f

7s 7p

8s

Los electrones que se colocan en la última capa son los electrones de valencia. Precisamente

esos electrones son los que confieren a cada elemento unas propiedades características. De

hecho los elementos que se colocan en el mismo grupo de la tabla periódica tienen la misma

configuración electrónica en la última capa.



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Configuraciones electrónicas de los veinte primeros elementos del Sistema Periódico:

[H] = 1s1 [Li] = 1s2 2s1 [Na] = 1s2 2s2 2p6 3s1

[Be] = 1s2 2s2 [Mg] = 1s2 2s2 2p6 3s2

[B] = 1s2 2s2 2p1 [Al] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1

[C] = 1s2 2s2 2p2 [Si] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2

[N] = 1s2 2s2 2p3 [P] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3

[O] = 1s2 2s2 2p4 [S] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4

[F] = 1s2 2s2 2p5 [Cl] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

[He] = 1s2 [Ne] = 1s2 2s2 2p6 [Ar] = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

Hay algo que llama la atención cuando vemos estos elementos. Aquellos que están en el

mismo grupo repiten la configuración electrónica de la capa más externa. Esto implica que es

ésta la que confiere propiedades químicas características de cada elemento.



14

Los átomos de un elemento, ¿pueden transformarse en átomos de otro elemento?

Radiactividad

El descubrimiento de la radiactividad se debe a Beckerel. Estudiaba el efecto de los rayos X

sobre mineral de Uranio. En un momento determinado observó que ese mineral producía

marcas en una placa fotográfica. Colocó un trozo de metal entre el mineral y la placa viendo

que éste impedía que se produjera ninguna marca en la placa fotográfica. Más tarde estudió el

efecto de este mineral en la placa sin ser irradiado con los rayos X. Este fenómeno se

interpretó como la posible emisión de radiaciones por algo que contenía esta sustancia.

El dilema estaba servido. Fue el momento en que se une al estudio Pierre Curie que a su vez

integra en el mismo a una estudiante polaca que estaba haciendo la tesis doctoral bajo su

dirección, Maria Sklodowska. Los dos hicieron la dura tarea de remover más de una tonelada

de mineral de uranio para aislar, al cabo de muchos esfuerzos, unos miligramos de un

compuesto nuevo. Este compuesto era un cloruro de ese elemento. Al nuevo elemento, que

emitía una fuerte radiación luminosa le llamaron Radio (Ra), mas tarde descubren otro

elemento al que llaman Polonio (Po).

En reconocimiento a su trabajo reciben los tres el Premio Nobel de Física. Después sería Maria

Curie (Skloswska) casada ya con Pierre Curie la que recibe el Premio Nobel de Química.

Qué es la radiactividad

La gráfica de la izquierda representa en el eje X el número atómico y en el

eje Y el número de neutrones. En la zona que se indica los átomos son

estables y cuando la relación entre las partículas que forman el núcleo

hace que el átomo esté fuera de la zona de estabilidad trata de volver a ella

bien aumentando el número de protones o disminuyendo protones y

neutrones o de cualquier otra forma. Esto se produce por un proceso de

emisión radiactiva.

La radiactividad natural es el proceso o procesos por los que mediante

emisiones espontáneas de radiaciones unos núcleos atómicos inestables se transforman en otros con

estabilidad mayor.



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¿Cómo son las radiaciones emitidas?

Si estudiamos el efecto que tiene un campo eléctrico sobre las radiaciones emitidas por una

fuente radiactiva observamos:

1. que los rayos alfa (α) se desvía hacia el electrodo negativo

2. que los rayos beta (β) se desvían hacia el electrodo positivo

3. que la radiación gamma (γ) no sufre desviación

Esto nos lleva a concluir que las partículas α están cargadas positivamente y tienen más masa

que las β, éstas, tienen carga negativa y por último la radiación γno tiene carga.

Por otra parte se puede observar la capacidad de penetración de

las tres emisiones y se comprueba que, mientras que las

emisiones α son detenidas por un simple papel, las

emisiones β tienen una capacidad de penetración mayor y son

detenidas por una lámina fina de metal. Las emisiones γ son

detenidas por un bloque de hormigón o una lámina gruesa de plomo.

¿Qué significa esto?

1. Las partículas α están constituidas por dos

protones y dos neutrones. Cuando un núcleo emite

una partícula α su número atómico disminuye en dos

unidades y su número másico disminuye en cuatro.

2. Las partículas β son electrones. Un neutrón se transforma

en un protón y un electrón. Por eso cuando un núcleo emite

radiación β el número atómico aumenta en una unidad y el

número másico permanece constante.

3. La radiación γ es simplemente radiación electromagnética. Por esa

razón el número atómico y el número másico del núcleo que la emite

permanecen constantes.



16

Aplicaciones de la radiactividad

Para determinar la edad de restos arqueológicos: se usa el método del C14. Este método se

basa en determinar la proporción de este isótopo radiactivo en

restos orgánicos de un yacimiento y compararla con la

proporción del isótopo en la Naturaleza. Los seres vivos lo

incorporan a su organismo por ingestión o en la función

clorofílica si son vegetales. Una vez que el ser vivo muere deja

de incorporarlo a su organismo y como el isótopo no es estable y se va desintegrando con lo

que su proporción en el total de átomos de carbono contenidos en los restos disminuye.

Marcadores para estudiar la evolución de tumores: se fijan sobre un

ligando con afinidad hacia el órgano a estudiar con lo que permite obtener

información sobre la morfología funcionamiento de dicho órgano o tejido.

Tratamiento del cáncer: las emisiones de ciertos isótopos radiactivos se

utilizan para destruir células cancerosas sobre todo tras la intervención

quirúrgica para extirpar el tumor. Hacen un tratamiento muy localizado.

Detección de defectos de fabricación como grietas u otros sin destruir ni siquiera tener que manipular

excesivamente el producto.

Energía nuclear

Para la obtención de energía se usan las centrales nucleares

Éstas aprovechan la energía generada en la reacción nuclear de fisión para calentar el agua

del circuito de refrigeración y obtener enormes cantidades de energía.

El reactor nuclear tiene un núcleo central

en el que se encuentra el combustible1.

Dentro de ese núcleo hay agua pesada

cuya función es hacer que los neutrones

que inciden sobre los núcleos del

combustible sean lentos. También se

1 Combustible Los reactores de fisión utilizan generalmente Uranio. El Uranio se encuentra en la naturaleza como dos

isótopos 235U (menos del 1%) y el 238U (más del 99%). Para poder utilizar el U como combustible, es necesario que el 235U esté en una proporción del 2 al 5%. Esto se consigue mediante el proceso de enriquecimiento del Uranio.

1. Extracción y purificación del Uranio (ácido sulfúrico) torta amarilla.

2. Para enriquecer el Uranio se debe tratar químicamente para convertirlo en hexafluoruro de Uranio (UF6)

3. Este producto se trata para obtener Uranio enriquecido.



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encuentran en él las barras de grafito que sirven para absorber neutrones cuando se producen

en exceso y aumenta de forma peligrosa el calor producido en el proceso.

La reacción nuclear de fisión se produce cuando un neutrón lento

(función del agua pesada en el reactor) incide sobre un núcleo de

combustible. Generalmente en este proceso se producen dos

núcleos más pequeños y dos o tres neutrones que vuelven a

impactar sobre nuevos núcleos de combustible.

En este proceso la masa de los productos de fisión es menor que

la masa del núcleo de combustible más la masa del neutrón. Esta disminución de masa se

transforma en energía (∆E = ∆m·c2). La energía desprendida eleva la temperatura del agua

pesada que circula por el primer circuito de refrigeración y transfiere calor al segundo circuito

de refrigeración aislado del primero. El vapor de agua que circula en este segundo circuito

mueve las palas de una turbina y transforma la energía cinética en electricidad, como hemos

visto que se podía hacer haciendo girar una bobina de un conductor en el seno de un campo

magnético.

El uso de los reactores nucleares de fisión tienen la gran ventaja de que la energía se obtiene

de forma rápida y económica.

Sin embargo es una energía no renovable y se forman residuos radiactivos que generalmente

son difíciles de eliminar. Estos residuos son por una parte muy peligrosos y por otra muy

duraderos. Se suelen tratar para formar sales sólidas de ellos que se introducen en bidones de

acero para luego colocarlos en grandes fosas estables geológicamente o bien tirarlos en fosas

marinas envueltos en bloques de hormigón.



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EJERCICIOS

1. Completa la tabla siguiente indicando en cada caso las leyes que aplicas:

Todas las masas están expresadas en gramos Nitrógeno (N2) Hidrógeno (H2) Amoniaco

(NH3) 14 3

6 7

2. Completa la tabla siguiente e indica qué leyes aplicas:



5. Completa la tabla siguiente: A Z protones neutrones electrones

Ca4020

−Cl3717

+Li95

N147

C126

6. Calcula la masa atómica del boro (B) teniendo en cuenta que sus isótopos 10B y 11B están en una proporción de 19,1% y 80,9% respectivamente.

7. Calcula la masa atómica del carbono (C) teniendo en cuenta que está formado por los

isótopos 12C y 13C en 98,93% y 1,07% respectivamente.

8. Escribe la configuración electrónica de los elementos que se indican a continuación:

Nitrógeno, oxígeno, aluminio, potasio, litio, calcio, magnesio, boro, berilio, fósforo,

Todas las masas están expresadas en gramos Oxígeno (O2) Hidrógeno (H2) Agua (H2O)

16 2 6

3,2

Todas las masas están expresadas en gramos Oxígeno (O2) Carbono (C) Dióxido de

carbono (CO2) 16 6

3 3,2

Todas las masas están expresadas en gramos Oxígeno (O2) Hierro (Fe) Monóxido de

hierro (FeO) 1,6 5,58

2,79 3,2



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azufre. Busca los números atómicos e indica si alguno o algunos pertenecen a los

mismos grupos en el sistema periódico.

9. Indica en qué forma evoluciona el número atómico y másico de un elemento radiactivo

de número atómico 92 y número másico 238 sabiendo que primero emite una partícula

α, el producto originado emite consecutivamente dos partículas β y una γ.

Tema04 leyes ponderales y teoria atomica...

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