Definamos la palabra materia.
Materia: Es todo lo que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio.
Todo lo que está a tu alrededor, incluyéndote a ti, es una expresión
de materia, y como notarás, se presenta en una gran variedad de formas,
tamaños, colores y texturas.
Al estudiar las propiedades químicas de la materia, es conveniente
dividir a esta en sus tres formas; 1) El estado sólido, 2) El estado líquido, y
3) El estado gaseoso.
Teoría atómica.
La teoría atómica de la materia considera que toda la materia del Universo esta formada por cuerpos
ultramicroscópicos llamados átomos, y que en todo momento estos están en rápido
movimiento.
Toda la materia que existe son sustancias
que están compuestas por una o más clases de átomos. Cuando una sustancia tiene
un sólo tipo de átomo, se llama elemento,
mientras que aquellas que contienen más de una clase de átomos, se denominan compuestos o mezclas.
En pocas palabras, existen dos tipos de sustancias, los elementos, y los
compuestos, estos últimos son mezclas de elementos.
Debido a que los elementos son las unidades fundamentales que
constituyen la materia, estos se encuentran en la naturaleza formando
compuestos, muy pocos se presentan como elementos sin combinar.
Cada elemento tiene un nombre y un símbolo, el símbolo es una o dos
letras que se usan internacionalmente para representar al elemento. Los
símbolos siempre tienen la primera letra mayúscula, y si tienen una segunda,
esta será minúscula.
Los nombres y símbolos de los elementos los podemos ver en la
"Tabla periódica de los elementos".
Haz click en la imagen para hacerla mas grande.
En ella podemos ver que por
ejemplo, el símbolo del Hidrógeno es (H), el símbolo del Helio es (He), el símbolo
del Hierro es (Fe), etc. Toda la materia que te rodea, incluyéndote a ti, son
mezclas de los elementos que están en la tabla periódica (recordemos que no es
muy común encontrar estos elementos sueltos). En la tabla también se nos
presentan otros datos, como el peso atómico, el número de valencia, grupos, etc. Todos estos datos se explican
con detalle más adelante.
Todo lo explicado anteriormente podemos resumirlo en los siguientes dos puntos.
1.- Los elementos están constituidos por las pequeñas partículas
fundamentales de la materia llamadas átomos.
2.- Los átomos de un elemento se combinan con los átomos de otros
elementos para formar compuestos.
Ley de la conservación de la masa.
“La masa
total de las sustancias presentes después de una reacción química es igual a la
masa total de las sustancias antes de dicha reacción”
En 1774 Antoine Lavoisier realizó un
experimento calentando un recipiente de vidrio cerrado que contenía una muestra
de estaño y aire. Encontró que la masa antes del calentamiento (recipiente de
vidrio+estaño+aire) y después del calentamiento (recipiente de vidrio+estaño
calentado+el resto del aire) era la misma. Experimentos como este demostraron a
Lavoisier que el oxigeno del aire es
esencial para la combustión y le llevaron a formular la ley de conservación de
la masa.
Combustión: Acción de arder o quemarse una materia.
El átomo nuclear y su estructura.
El modelo nuclear del átomo (propuesto por Ernest Rutherford) nos dice que el átomo está constituido por un núcleo en donde se hallan dos tipos de
partículas, que son los protones (que tienen una carga eléctrica positiva) y
los neutrones (que tienen una carga eléctrica neutra). Al rededor de este
núcleo, se encuentran girando otras partículas llamadas electrones (que tienen
una carga eléctrica negativa), estos últimos son muchísimo más pequeños que los
neutrones y protones.
En un átomo
neutro (un átomo sin carga neta), la cantidad de protones debe ser la misma que
la de los electrones. Los átomos de la mayoría de los elementos pueden adquirir
carga eléctrica, esto se da cuando un átomo neutro gana o pierde electrones, y
cuando esto sucede al átomo se le llama ion. Existen dos tipos de iones:
Ion positivo
(también llamado catión): cuando un átomo neutro pierde electrones.
Ion
negativo (también llamado anión): cuando un átomo neutro gana electrones.
A
continuación veremos algunas propiedades de los protones, neutrones y
electrones.
Partícula
|
Símbolo
|
Masa
|
Carga
eléctrica
|
Protón
|
p
|
1.672 621 777(74) x 10^-27 kg
|
+1
|
Neutrón
|
n
|
1.674 927 29(28) x 10^-27 kg
|
Neutra
|
Electrón
|
e
|
9.109 382 91(40) x 10^-31 kg
|
-1
|
Nota: Debes saber que antes del átomo nuclear se desarrollaron otros modelos atómicos, los cuales describían al átomo de diferente manera. Si quieres conocer estos modelos atómicos haz click aquí.
En módulos posteriores estudiaremos modelos atómicos que se desarrollaron después del átomo nuclear, tales como el átomo de Bohr y el de Schrödinger. Por ahora es importante saber que es lo que nos propone el átomo nuclear, para posteriormente poder entender otros modelos.
Número atómico.
La
diferencia entre las masas de los átomos de los elementos se deben a la
distinta composición del núcleo. Los núcleos varían en el número de protones y
neutrones presentes.
Los átomos
de un determinado elemento siempre tendrán la misma cantidad de protones en su
núcleo, y por lo tanto también tendrán la misma cantidad de electrones (en caso
de que el átomo no sea un ion). El número de protones en el núcleo de un átomo se llama número
atómico, y se representa por la letra Z.
El número atómico de los elementos podemos verlo en
la tabla periódica de los elementos.
El hecho
de que los átomos de los diferentes elementos tengan diferente cantidad de
protones y electrones determinan parcialmente las diferencias entre las masas
relativas de los elementos. Por ejemplo, podemos ver que el número atómico del
hidrógeno (H) es Z=1, y que el
número atómico del oxígeno (O) es Z=8.
Entonces podemos afirmar que el átomo de oxígeno (O) tiene mayor masa que el de
hidrógeno (H).
Isótopos.
El hecho
de que los átomos de un mismo elemento tengan una misma cantidad de protones y
electrones no quiere decir que también tengan el mismo número de neutrones.
Los
isótopos son átomos del mismo elemento que contienen igual número de protones
pero distinto número de neutrones.
El
elemento oxigeno (O) tiene tres isótopos. Veamos en que difieren. El número
atómico del oxígeno es Z=8, luego
todos los átomos de oxígeno tienen 8 protones y 8 electrones. Un Isótopos del
oxígeno tiene átomos con 8 neutrones, el segundo con 9 neutrones, y el tercero,
10 neutrones.
Para todos
los átomos, a la suma de la cantidad de protones con la cantidad de neutrones
se le denomina número másico y se simboliza con la letra A.
Así,
mediante el número másico podemos hacer referencia a los isótopos del oxígeno
que serían: oxígeno 16, oxígeno 17 y oxígeno 18.
Sin
embargo, cuando se escribe simplemente el nombre o símbolo de un elemento, nos
referimos al elemento natural como una colección de isótopos. Es decir, al nombrar
al oxígeno (O) queremos decir la colección de átomos (oxígeno 16, oxígeno 17 y
oxígeno 18) que incluye a todos los isótopos naturales.
Isóbaros.
Se denominan
Isóbaros a los distintos núcleos atómicos
con el mismo numero másico A
pero diferente número atómico Z.
Representación de la composición de átomos.
Para representar la composición de cualquier átomo particular, necesitamos especificar su número de protones (Z), número másico (A), y la cantidad de electrones que ha perdido o ganado (esto último en caso de que el átomo sea un ion). Podemos hacer esto con el siguiente simbolismo.
Nota: Si conocemos el número atómico y número másico de un átomo, podemos obtener la cantidad de neutrones que tiene, simplemente al número másico le restamos el número atómico: A-Z = # de neutrones.
Ejemplo 1.
En la expresión anterior podemos ver que se trata de un átomo de bario (Ba), cuyo número másico es A=135, además tiene 56 protones y 56 electrones (es un átomo neutro).
Ejemplo 2.
La expresión anterior nos dice que es un átomo de selenio (Se), cuyo número másico es A=80, además tiene 34 protones y ha ganado 2 electrones, por lo tanto tiene es un anión con 36 electrones.
Ejemplo 3.
La expresión anterior nos dice que es un átomo de oxígeno (O), cuyo número másico es A=16, además tiene 8 protones y ha perdido un electrón, por lo tanto es un catión con 7 electrones.
Ejercicios.
A
continuación veremos una seria de vídeos en los que se resuelven ejercicios de
estructuras atómicas. Al reproducir el video páusalo y trata de entender el
ejercicio y resolverlo por tu propia cuanta, una vez que lo hayas hecho compara
tus resultados.
