Teoría atómica Tema 3
1.1 y 1.2.- Las primeras
teorías
° En el S v a.C. algunos filósofos griegos creían que todo estaba
formado por la combinación de unas sustancias simples que no podían
descomponerse en otras más sencillas. Estos elementos eran cuatro: aire, agua,
fuego y tierra.
° En esa misma época los filósofos griegos Leucipo y Demócrito
enunciaron la primera hipótesis atómica, que decía que la materia estaba
formada por partículas muy pequeñas e indivisibles, los átomos.
° En 1808, el científico inglés John
Dalton (1766-1844) publicó sus ideas sobre la constitución de la materia,
que se resumen en la Teoría atómica de
Dalton:
-
La materia está formada por partículas
extremadamente pequeñas, indivisibles e indestructibles y sin estructura
interna, llamadas átomos.
-
Cada elemento químico tiene todos los átomos
idénticos, pero distintos a los de otros elementos químicos.
-
Cada compuesto químico está formado por la unión
de átomos de diferentes elementos, siempre del mismo tipo y en la misma
proporción.
Elementos y compuestos químicos
Aceptada la teoría atómica, había que determinar el número de
elementos químicos;
-
Elemento químico.-Es aquella sustancia
que no se puede descomponer en otras más sencillas, al estar formada por
un único tipo de átomos con el mismo número de protones en su núcleo.
-
Compuesto químico.- Es aquella sustancia
que sí se puede descomponer en otras más sencillas, ya que está formada
por átomos de más de un elemento químico.
Electrolisis
Nace en el año 1800 una técnica (la electrolisis) al comprobar que al
pasar corriente eléctrica a través del agua se podía descomponer una sustancia
pura en sus elementos. Con lo que se descubrieron nuevos elementos en
compuestos que, hasta ese momento, no se habían conseguido descomponer. Los
científicos pensaron entonces que los átomos debían tener una estructura
interna de naturaleza eléctrica.
2.- Modelos atómicos
2.1.- Modelo atómico de Thomson
En 1897, el físico británico J.J. Thomson descubrió el electrón: una partícula subatómica muy
pequeña con carga eléctrica negativa.
Thomson describió así su modelo atómico: los átomos están formados
por electrones, con carga eléctrica negativa, distribuidos por una esfera de
materia de carga positiva, de forma que, globalmente, el átomo es
eléctricamente neutro.
Características de las cargas
eléctricas
-
Hay cargas eléctricas de dos tipos, simbolizadas
como positivas (+) y negativas (-)
-
Las cargas eléctricas de distinto tipo se atraen,
mientras que las de igual tipo se repelen
-
Las cargas eléctricas pueden pasar de un objeto
a otro
-
Cuanto menor sea la distancia entre las cargas,
mayor será la fuerza de atracción o de repulsión entre ellas.
2.2.- Modelo atómico de Rutherford
° En 1908, Rutherford concluyó que casi toda la materia estaba
acumulada en un pequeño volumen, el
núcleo, y el resto del átomo estaba prácticamente vacío.
° Los átomos tienen dos zonas diferenciadas: el núcleo atómico y la
corteza electrónica
° El núcleo es muy pequeño, pero contiene casi toda la masa y toda la
carga positiva
° Los electrones giran alrededor del núcleo en un espacio mucho mayor.
° El número de electrones es tal que iguala la carga positiva del
núcleo,
y el átomo es eléctricamente neutro
Posteriormente se descubrió que los átomos contenían dos partículas
subatómicas más: los protones y los neutrones
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Partícula
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Masa
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Carga
eléctrica
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Situación
de la partícula
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Electrón
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Corteza
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Protón
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Núcleo
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Neutrón
|
|
0
|
Núcleo
|
3.- Características de los átomos
Los átomos están formados
por protones, electrones y neutrones, con una determinada estructura
3.1.- Número atómico y número
másico
• El número atómico, Z,
es el número de protones que tiene un átomo (todos en el núcleo).
En un elemento químico, todos sus átomos tienen en su núcleo el mismo
número de protones.
P.ej. el hidrógeno tiene un protón, el helio 2, el carbono 6, el
oxígeno 8, el uranio 93.
• El número másico, A,
es el número total de partículas que hay en el núcleo de un átomo, es decir, la
suma de protones y neutrones.
La diferencia entre el número másico y el número atómico es el número
de neutrones (N)
A – Z = N
3.2.- Isótopos
Los isótopos son aquellos átomos que tienen el mismo número atómico
pero diferente número másico. Como el número de protones y electrones es fijo
para cada elemento, solo puede ser variable el número de neutrones (importante
figura 2 y el Ejemplo del final de la
página 64 del libro).
La abundancia isotópica natural
es el porcentaje de cada uno de los isótopos que hay en la naturaleza (la
mayoría de los elementos químicos están formados por más de un isótopo).
3.3.- Masa de los átomos y de
los elementos
Estudiar y comprender directamente de la página 65 del libro y ver
ejemplos
4.- Radioisótopos
4.1.- Radiactividad
A finales del SXIX se descubrió que algunas sustancias emitían una
radiación desconocida. Posteriormente el fenómeno se explicó admitiendo que
algunos isótopos, llamados radioisótopos, mostraban radiactividad porque sus
núcleos eran inestables y acababan desintegrándose.
Tipos de radiación
• Radiación alfa (α): son núcleos de helio formados por dos protones y
dos neutrones
• Radiación beta (β): son electrones emitidos a gran velocidad
• Radiación gamma (γ): radiación semejante a la luz o a los rayos X,
pero de mucha mayor energía. Es especialmente nociva para la salud.
La radiación es nociva para la salud, y una exposición prolongada
puede causar graves enfermedades e incluso la muerte.
Periodo de semidesintegración
Es el tiempo que tardan en desintegrarse la mitad de loa núcleos
iniciales del radioisótopo.
Ver explicación y ejemplo en página 66 del libro
4.2.- Aplicaciones de los
radioisótopos
Aplicaciones en medicina
Para realizar exploraciones diagnósticas en determinados órganos, o
para tratar el cáncer con fines terapéuticos para destruir células cancerosas.
Datación por carbono-14
Todos los seres vivos tienen C-14 incorporado al organismo a través
del ciclo del carbono. Al morir se detiene la absorción de carbono y la
proporción de C-14 decrece según el ritmo que marca su periodo de
semidesintegración, unos 5700 años.
Analizando los restos de C-14 los científicos pueden determinar la
antigüedad de muestras de origen orgánico en los huesos y también en madera,
cuero, etc.
5.- Energía nuclear
5.1.- Fisión nuclear
Es la división del núcleo de un átomo de uranio con neutrones, en la
que se libera gran cantidad de energía.
La reacción en cadena se
produce cuando los neutrones liberados en la fisión producen una fisión
adicional fragmentando más núcleos de uranio.
Centrales nucleares
En las centrales nucleares se aprovecha la energía liberada en el
proceso de fisión, controlando la reacción en cadena.
En las centrales nucleares, el calor que se produce en la fisión del
uranio se utiliza para pasar agua líquida a estado de vapor; el vapor de agua
mueve unas turbinas acopladas a generadores eléctricos que producen corriente
eléctrica.
La fisión de un gramo de uranio produce tanto calor como la combustión
de 3000 kg de carbón
Riesgos o inconvenientes de la generación de energía nuclear
• Las reacciones nucleares pueden descontrolarse accidentalmente (1986
Chernóbil, Ucrania)
• Se generan residuos radiactivos, que tienen que ser aislados del
medio ambiente.
5.2.- Fusión nuclear
Se produce cuando dos núcleos pequeños de átomos ligeros (en general los
núcleos de los isótopos del hidrógeno; tritio y deuterio) se unen para
formar núcleos de mayor masa (núcleo de helio), proceso en el que se libera
gran cantidad de energía.
Ventajas de la fusión nuclear
• Es un proceso en el que se desprende una gran cantidad de energía,
es el proceso más energético que se conoce.
• En la fusión se libera 10 veces más energía que en la fisión.
• El combustible usado (hidrógeno) abunda en mares y océanos
• Genera menos residuos radiactivos que la fisión nuclear
Inconvenientes de la fusión nuclear
• Para controlar las temperaturas alcanzadas (millones de grados) se
necesitan instalaciones especializadas que todavía están en fase experimental.
Actividades
.- Características de las partículas que constituyen los átomos
.- Modelos atómicos de Dalton, Thomson, Rutheford y modelo actual
.- Describir el experimento de Rutheford y el descubrimiento del
núcleo
.- A partir de los números atómico y másico, deducir el número de
protones, electrones y neutrones
.- Isótopo
.- Enumerar propiedades (como color, brillo, estado físico,
conductividad, etc.) de elementos, compuestos y mezclas observados en el
laboratorio
.- Distinguir entre metales y no metales, según sus propiedades
.- Elementos y sus símbolos. Memorizar los elementos de los grupos
principales
.- Dados los números atómico y másico de un elemento representativo,
deducir:
-
Situación en el S.P.: grupo y periodo
-
Símbolo y nombre
-
Valencia iónica
-
Si es metal o no metal
.- Conocer aplicaciones de los isótopos radiactivos
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