República Bolivariana de VenezuelaMinisterios del Poder Popular para la Educación y para la Defensa

U.E.P.C.M Generalísimo ¨Francisco de Miranda¨Fuerte Tiuna-Caracas

Cátedra: Química

ESTRUCTURA DE LA MATERIA NATURALEZA DISCONTINUA DE LA MATERIA

NATURALEZA ELECTRICA NUCLEOS ATOMICOS. RADIACTIVIDAD

Alumno: Briceño Elysaúl Betancourt Ender

4º año sección ¨B¨ Profesor: Claudio Bichosff

Fuerte Tiuna, 15 de Noviembre de 2012.

INTRODUCCION

Todo lo que nos rodea es materia: el libro que leemos, la mesa en la que nos

apoyamos, el agua que bebemos, el aire que respiramos... Podemos definir la materia

como todo aquello que ocupa un lugar en el espacio y se puede pesar.

La materia se encuentra constituida por átomos y éstos a su vez forman

los elementos , la unión de elementos forma moléculas y cuando estas se unen pueden

formar compuestos  y sustancias.

Desde la antigüedad el hombre ha creado ideas y teorías filosóficas sobre

el átomo, específicamente sobre la composición, estructura, naturaleza de sus partes

y concepto; a tal grado que hoy en día existen estudios serios y profundos sobre tales

temas, los que a continuación se abordan de forma breve.

ESTRUCTURA Y COMPOSICION DE LA MATERIA

La materia es todo lo que ocupa un lugar en el Universo. La materia es todo aquello que se forma a partir de átomos o moléculas, y con la propiedad de encontrarse en estado sólido, líquido o gaseoso. Son algunos ejemplos las piedras, la madera, los huesos, el plástico, el aire y el agua. Al observar un determinado paisaje, pueden verse árboles, un río, un caballo pastando, pájaros, flores, etc. Todas esas cosas forman parte de la naturaleza y se pueden ver y tocar. Esa característica común (visible y palpable) que tienen todos los objetos se denomina materia.

Es decir, la materia es lo que forma las cosas que tocamos y vemos.La materia tiene volumen porque ocupa un lugar en el espacio. Además tiene masa, que es la cantidad de materia que posee un objeto y que se puede medir con una balanza. La materia, a diferencia de los objetos o cuerpos, no está limitada por la forma ni por el tamaño. A su vez, los objetos o cuerpos (por ejemplo una caja) pueden estar construidos por diferentes materiales (cartón, metal, madera, plástico). Además, un mismo objeto puede estar formado por uno o varios materiales (caja de madera con tapa de plástico y cerradura de metal). También, diferentes objetos pueden estar fabricados con el mismo tipo de material (balde, pelota y botella de plástico).

En el universo, la materia suele encontrarse en tres estados diferentes de agregación: sólido (hierro, madera), líquido (agua de mar) y gaseoso (aire atmosférico).

En estos tres estados de agregación se observan las siguientes características:

La materia está formada por pequeñas partículas. Esas partículas están en constante movimiento (en los gases más que en

los líquidos y sólidos). Hay fuerzas de atracción entre las partículas que forman la materia (en

los sólidos más que en líquidos y gases).

Esas partículas, que son pequeñísimas y que forman parte de la materia se denominan átomos. 

ÁTOMO

Un átomo es la menor cantidad de un elemento químico que tiene existencia propia, y que no es posible dividir mediante procesos químicos. Un átomo es tan pequeño que una sola gota de agua contiene más de mil trillones de átomos. Los átomos están formados por un núcleo que contiene dos tipos de partículas: los protones (tienen carga eléctrica positiva) y los neutrones (sin carga eléctrica). Ambas partículas tienen una masa similar. Alrededor del núcleo se encuentran los electrones, que tienen carga eléctrica negativa y una masa muchísimo más pequeña que la correspondiente a los protones y neutrones.

El átomo es eléctricamente neutro, ya que tiene tantos electrones como protones hay dentro del núcleo. Los electrones giran alrededor del núcleo en zonas llamadas orbitales, que se agrupan en niveles de energía. Los electrones que giran más cercanos al núcleo del átomo tienen menor energía que aquellos que lo hacen alejados del núcleo. Los electrones van llenando los orbitales desde la zona más cercana al núcleo hacia la más alejada. De esa forma, el último nivel que contenga electrones puede estar completo o incompleto.

Cuando el último nivel orbital está incompleto, el átomo es inestable y tiende a completarlo para ganar estabilidad. Para ello puede dar, recibir o compartir electrones con otros átomos. Es así como se forman agrupaciones de dos o más átomos. Un átomo puede prestarle a otro átomo uno o varios electrones. De esa forma ambos adquieren carga eléctrica. El átomo que gana electrones (queda cargado negativamente) se denomina anión. El átomo que pierde electrones (queda cargado positivamente) se llama catión. Tanto el anión como el catión reciben el nombre de "iones". Es decir, un ion es un átomo cargado eléctricamente, sea en forma positiva o negativa.

NATURALEZA DISCONTINUA DE LA MATERIA

Es posible suponer que ese proceso de subdivisión si tenga limite, impuesto por la propia naturaleza de la materia o, dicho de otro modo que la materia esté formados por partículas disminutas que no puedan subdividirse o cortarse de nuevo (discontinuidad de la materia). Si se tiene una determinada cantidad de una sustancia cualquiera, como por ejemplo, de agua y se desea dividirla lo más posible en mitades sucesivas, llegara un momento en que no podrá dividirse mas, ya que se obtendría la cantidad mas pequeña de una molécula. Si la molécula se dividiera aun mas, ya no

seria agua lo que obtendría sino átomo de hidrogeno y de oxigeno que son los constituyentes del agua.

NATURALEZA ELÉCTRICA DE LA MATERIA

La interpretación de resultados experimentales en los cuales se evidencia la naturaleza eléctrica de la materia ha permitido la evolución de la teoría atómica. Cada una de esas experiencias se describe a continuación en forma cronológica:

EVIDENCIA DE LA EXISTENCIA DE PARTÍCULAS NEGATIVAS EN LA MATERIA .

Los griegos, hace más de 2000 años, descubrieron que al frotar una varilla de ámbar con una tela, aquella atraía objetos livianos como polvo ó plumas ligeras. Posteriormente observaron que dos varillas de ámbar frotadas se repelían entre sí, pero eran atraídas por una varilla de vidrio frotada con seda.

Otto Von Guericke en el siglo XVII encontró que al frotar una piedra de azufre con la mano, ella adquiría la propiedad de atraer trozos de papel y ocasionalmente se desprendían chispas. A estos fenómenos Guericke le dio el nombre de electricidad derivado del nombre griego del ámbar.

Benjamín Franklin en 1752 mediante una cometa y un cable húmedo logró conducir a tierra la carga eléctrica de una nube. Posteriormente Faraday en 1826 logró obtener el primer motor eléctrico empleando grandes bobinas de alambre, iniciándose así las investigaciones con tubos de descarga, en 1838, constituyéndole este hecho como uno de los más significativos en el desarrollo de la teoría atómica.

RAYOS CATÓDICOS

En 1879, Sir William Crookes experimentando con tubos de vidrio, como el de la Fig. 1, en los cuales había hecho el vacío, observó que se desprendía una radiación del cátodo al ánodo por lo cual la denominó rayos catódicos. Ellos son impulsados por la gran diferencia de potencial entre los electrodos.

Cuando no se hace un buen vacío, la alta concentración de partículas en estado gaseoso que quedan dentro del tubo, impide el paso de la corriente.

Figura 1: Tubo de rayos catódicos y su desplazamiento en línea recta.

En 1895 Jean Perrin descubrió que los rayos catódicos estaban cargados negativamente por la atracción que sufrían hacia el polo positivo de un imán y su repulsión al acercarle el otro polo.

Fig. 2: Desviación de los rayos catódicos por un campo magnético.

En la misma época, Honrad Wilhelm Roentgen, experimentando con estos tubos y utilizando anticátodos con películas metálicas, en un cuarto oscuro, observó accidentalmente sobre una pantalla fluorescente vecina, cierta intensidad luminosa. Continuó sus investigaciones y logró establecer que los rayos catódicos al chocar contra el anticátodo producían un tipo de radiación de alto poder de penetración, no desviable por campos eléctricos ó magnéticos a la que denominó rayos X y que hoy son de gran utilidad en medicina y en cristalografía así, como también en la determinación del número de cargas positivas del núcleo del átomo.

Fig. 3: Tubo de Rayos X

NUCLEO ATOMICO

El núcleo atómico es la parte central de un átomo, tiene carga positiva, y concentra más del 99,9% de la masa total del átomo.

Está formado por protones y neutrones (denominados nucleones) que se mantienen unidos por medio de la interacción nuclear fuerte, la cual permite que el núcleo sea

estable, a pesar de que los protones se repelen entre sí (como los polos iguales de dos imanes). La cantidad de protones en el núcleo determina el elemento químico al que pertenece. Los núcleos atómicos no necesariamente tienen el mismo número de protones, y neutrones, ya que átomos de un mismo elemento pueden tener masas diferentes.

La existencia del núcleo atómico fue deducida del experimento de Rutherford, donde se bombardeó una lámina fina de oro con partículas alfa, que son núcleos atómicos de helio emitidos por rocas radiactivas. La mayoría de esas partículas traspasaban la lámina, pero algunas rebotaban, lo cual demostró la existencia de un minúsculo núcleo atómico.

RADIACTIVIDAD

El científico francés Antoine Henry Becquerel, en 1896, cuando se encontraba estudiando las propiedades de ciertos minerales entre ellos sales de uranio, concluyó que emitían espontáneamente un tipo de radiación de mayor poder de penetración que los rayos X pues velaban una placa fotográfica aún cuando estuviera en la oscuridad y cubierta por una envoltura protectora. En 1898 los esposos Fierre y Mane Curie se interesaron por los descubrimientos de Becquerel y mediante sus investigaciones lograron descubrir los elementos radio (Ra) y polonio (Po) que emitían radiaciones semejantes al uranio (U) y por ello se les denominó materiales radiactivos.

Rutherford logró separar estas radiaciones, por medio de .un campo eléctrico, en tres tipos que detectó en una pantalla:

Fig. 4: Radiaciones emitidas por materiales radiactivos y su comportamiento frente a un campo eléctrico.

De las observaciones realizadas por Rutherford se concluye la naturaleza eléctrica de la materia y el fenómeno de transmutación de los elementos, es decir, la trans-formación de un elemento en otro por emisión de radiaciones alfa, beta y gama. Los materiales radiactivos tienen gran influencia en el mundo actual por sus implicaciones en las fuentes de energía nuclear para barcos, submarinos, centrales energéticas

nucleares, satélites y en la fabricación de las bombas atómicas. Por otro lado, el efecto fisiológico de la exposición a las emisiones radiactivas es de consecuencias fatales pues las quemaduras producidas son de tipo cancerígeno y así mismo afectan el código genético de los cromosomas de las células sexuales con repercusiones graves sobre la descendencia. Algunas aplicaciones de la radiactividad se indican en la tabla 1(VER ANEXOS)

Tabla 1 Algunos radioisótopos y sus aplicaciones en medicina. (VER ANEXOS)

EL ELECTRÓN

En 1897 el científico inglés Joseph J. Thomson (Nóbel de Física en 1906) en la Universidad de Cambridge, estudió la naturaleza eléctrica de los rayos catódicos y confirmó que poseían carga negativa independientemente del gas existente dentro del tubo, fue así como propuso la existencia de una partícula negativa común a toda la materia. Esta partícula, conocida inicialmente como rayos catódicos, debería ser la unidad de electricidad a la cual Stoney, en 1891, había llamado electrón.

Thomson midió los campos eléctricos y magnéticos necesarios para producir cierta desviación y con el aparato de la Fig. 3.6 logró determinar la relación entre la carga y la masa del electrón (/m = -1.76 x 108 coul/g.)

Los rayos catódicos son partículas cargadas negativamente y fueron descu-biertos en 1879 por Sir William Croques.Los rayos X fueron descubiertos en 1895 por Konrad Wilhelm Roenygen.

Robert Millikan en1908 determinó directamente que la carga de un electrón es

-1.6 x 10-19 coulombios.

La masa del electrón (9,1x 10- 28 g) es despreciable comparada con la masa del protón (1.67 x lO- 24 g) y con la del neutrón (1,67 x 10 - 24 g)

Fig. 5: Aparato utilizado por Thomson para determinar e/m del electrón.

En 1908 Robert André Millikan (Nóbel de Física en 1923) al irradiar con rayos X gotas de aceite que había rociado entre dos placas eléctricas encontró que algunas gotas incorporaban carga eléctrica y que la menor carga eléctrica incorporada tenía un valor característico (-1.6 x 10 19 coulombios). Algunas gotas podía incorporar carga múltiplo de este valor. Se le asignó este valor de carga al electrón y el caso de los múltiplos era razonable pues una gota podía incorporar más de un electrón.

Conocida la relación entre la carga y la masa (e/m) y la carga del electrón (e) se pudo determinar indirectamente la masa.

e   -1,76 x 108 Coul/g. E= 1.6x 10-19 coul

m= -1.6 x 10-19 9,11 x 10-28 g

-1.76 x 108 coul/g

EVIDENCIA DE LA EXISTENCIA DE PARTÍCULAS POSITIVAS EN LA MATERIA

La existencia de partículas positivas en la materia se evidenció al detectar la emi-sión de rayos alfa en la descomposición radiactiva. Eugene Goldstein, en 1886, utilizando tubos con el cátodo perforado y que contenían un gas a baja presión observó, que además de la corriente de rayos catódicos (electrones), había una corriente de partículas que se dirigían del ánodo hacia el cátodo y los denominó por ello, rayos anódicos ó rayos canales. Se explicó su origen de la siguiente manera: Los rayos catódicos (electrones) al dirigirse hacia el polo positivo, encuentran a su paso moléculas del gas alojado dentro del tubo y debido a su energía cinética alta, chocan y arrancan otros electrones del gas y originan partículas positivas que se dirigen hacia el cátodo. Dentro del tubo existen por lo tanto corriente de electrones que se dirigen al ánodo y corriente de partículas positivas que se dirigen hacia el cátodo.

Fig. 6: Tubo de Goldstein para evidenciar la existencia de partículas positivas.

En 1906, Thomson descubrió que cuando el tubo de Goldstein contenía hidrógeno, los rayos anódicos poseían una carga igual a la del electrón pero de signo H contrario (+1,6 x 10 --19 coul) y los denominó protones. En los átomos el número de electrones y de protones es igual, ya que la materia, como un todo, es eléctricamente neutra.

PARTÍCULAS NEUTRAS EN LA MATERIA

En 1920 Rutherford predijo la existencia, en el núcleo del átomo, de una partícula sin carga que impidiera la repulsión entre los protones a la cual denominó neutrón. En 1932 durante el estudio de reacciones nucleares, James Chadwickdetecto la existencia de una partícula sin carga, con un alto poder de penetración y con una masa aproximadamente igual a la del protón. En física y química se utiliza frecuentemente la unidad de masa atómica (u.m.a.) que es aproximadamente la masa del neutrón (1 u.m.a. = 1.67 x l0 gramos).

OTRAS PARTÍCULAS ATÓMICAS

Es muy superficial describir el átomo en términos de electrones, protones y neutrones únicamente, pues en la actualidad se conocen muchas partículas subatómicas. En los estudios nucleares se ha descubierto que cada partícula posee su antipartícula. Sus masas varían desde cero para el neutrino hasta 2400 veces la masa del electrón. La mayoría de ellas se originan por el bombardeo de los átomos con partículas de alta energía o durante las descomposiciones radiactivas. Su existencia es muy corta y se descomponen en energía y otras partículas atómicas.

A pesar de la complejidad del átomo, en el estudio de la química no nuclear basta considerarlo como constituido por electrones, protones y neutron.

CONCLUSION

Todas estas evidencias ya mencionadas nos permiten deducir que la materia no

es continua y que está formada por partículas en movimiento.

A medida que ha avanzado los estudios sobre de la materia, se han descubierto

una serie de características que están íntimamente ligadas a su estructura eléctrica.

Los estudios sobre la estructura atómica han determinado que el átomo está

formado por una corona donde se encuentra los electrones en niveles de energía que

se rigen por las leyes de la energía mínima para su ocupación y por el núcleo, en el

cual se encuentran los protones, neutrones y otros componentes o nucleones.

Finalmente, la radiactividad es el proceso de desintegración espontanea o

inducida de un núcleo emitiendo partículas radiactivas y formación de nuevos

elementos.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Molone L.; Introducción a La Química; 3ra Ed.; Editorial Limusa; México; 1992

Sánchez del Río  C. (2003). «Estructura de los núcleos atómicos». En C. Sánchez del Río. Física cuántica. Ediciones Pirámide. pp. 882-899 (PARA WIKIPEDIA)

Solís Oba, Aida y Pedro Javier Zendejas Mendoza. Química. Editorial Santillana. México, 1995.

Whitten K. / Gailey K. / Davis R.; Química General; 3ra Ed.; Mc Graw-Hill; México; 1992

PAGINAS WEB:

www.wikipedia.com

www.monografias.com

www.rena.com.ve

ANEXOS

Algunas aplicaciones de la radiactividad se indican en la tabla 1.

ISOTOPO NOMBRE USOS

Arsénico - 74 En la localización de tumores cerebrales.

Cobalto - 60 En el tratamiento del cáncer.

Yodo - 131

En la detección del malfuncionamiento de tiroides. En la medida de la actividad hepática. En el tratamiento del cáncer de tiroides.

Radio - 226 En el tratamiento del cáncer.

Sodio - 24En la detección de constricciones y obstrucciones en el sistema circulatorio.

Fósforo - 32 En el tratamiento del cáncer de piel.

En la tabla 1 se resumen las propiedades de algunas de las partículas subatómicas

Tabla 2 Algunas partículas subatómicas.

PartículaMasa (g)

Carga (coul)

Carga relativa

RepresentaciónDescubridor

Electrón9,1 x 10-28

-1,6 x 10-19

-1 , e-1 , J.J. Thomson

Protón

1,67 x 10-24

+1,6 x 10-19

+1 p, p+1 , +Eugene Goldstein

Neutrón1,7 x 10-24

0 0 n°, nJames Chadwick

Neutrino4,5 x 10-31

0 0Wofgang Pauli

Positrón9,1 x 10-28

+1,6 x 10-19

+1 e + , e1+ , + Anderson

Mesón 2,6 x 10-25

±1,6 x 10-19

±1 M H. Yukawa

Mesón u1,9 x 10-25

±1,6 x 10-19

±1 M u H. Yukawa

1. u.m.a. (unidad de masa atómica) = l,67x lO-24 gramos

Rayos : Son núcleos de Helio, de carga positiva y con una velocidad de unos 30.000 Km. /seg.

Rayos : "y: Son radiaciones electromagnéticas de la misma naturaleza de la luz y no desviables por campos eléctricos magnéticos.

Rayos : Son partículas de carga negativa y que poseen una velocidad de

250.000 Km. /seg.

ESQUEMA DE UN ÁTOMO