Estructura interna de la materia






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títuloEstructura interna de la materia
fecha de publicación10.03.2016
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ESTRUCTURA INTERNA DE LA MATERIA

Para explicar el comportamiento eléctrico de la materia, hay que tener en cuenta que la materia está formada por pequeñísimas partículas llamadas átomos.

Los átomos no son indivisibles, están formados, a su vez, por otras partículas más pequeñas llamadas: electrones, protones y neutrones. A su vez los átomos tienen su propia estructura interna, que, de forma simplificada, consideramos semejante a nuestro Sistema Solar.

En esta unidad no se profundizará en la estructura del átomo pero es conveniente tener la idea de la distribución de los electrones en la corteza situados en capas. Según el modelo de Bohr, los electrones se encuentran situados en órbitas a distintas distancias del núcleo. Un átomo puede perder electrones de su última capa. En la siguiente dirección puedes realizar la lectura sobre los distintos modelos atómicos y profundizar en el modelo atómico de Bohr, lo que te ayudará a comprender mejor los fenómenos eléctricos de la materia.


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http://www.librosvivos.net/smtc/img/sp.gifEl interior del átomo





Actualmente sabemos que el átomo no es indivisible, como se creía antiguamente. En realidad, el átomo tiene una estructura interna, es decir, partículas más pequeñas en su interior. Puedes verlo en la siguiente imagen: 

Núcleo

Parte central del átomo. Su tamaño es pequeñísimo (unas cien mil veces menor que el del átomo) y contiene casi toda la masa. Está constituido por dos tipos de partículas: los protones y los neutrones


estructura del átomo

Corteza

Ocupa casi todo el volumen del átomo, pero apenas tiene masa. Está compuesta por partículas denominadas electrones, que se distribuyen en capas alrededor del núcleo y están en continuo movimiento.




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http://www.librosvivos.net/smtc/img/sp.gifComo vemos, los átomos están formados por: 

 Un núcleo muy pequeño, que contiene casi toda la masa del átomo y está      formada por los protones y los neutrones. 

 Una corteza electrónica, formada por los electrones.






Hay más de un centenar de átomos distintos, tantos como elementos. Para identificar un átomo utilizamos el número atómico (Z), que es el número de protones del átomo. 

El número de partículas que hay en el núcleo de un átomo se denomina número másico (A), y es la suma de protones y neutrones. 

Número de masahttp://www.librosvivos.net/smtc/img/numero_masico.jpg

Por tanto, podemos utilizar una definición más amplia de elemento químico: 










Las partículas atómicas son los componentes de un átomo, o sea tres: Electrones, protones y neutrones.
Además de estos hay otras partículas (denominadas subatómicas) que componen a cada componente principal del átomo. Ej. Cuarks que son componentes de los electrones. Las partículas atómicas son las partículas fundamentales de un átomo son los bloques constituyentes básicos de cualquier átomo. El átomo, y por tanto toda la materia está formado principalmente por tres partículas fundamentales: electrones, neutrones y protones.

Ojo:

*el núcleo esta compuesto de protones y neutrones y alrededor de el giran los electrones, por mucho tiempo se creyó que estas eran las partículas mas pequeñas de la materia, pero después se descubrió que existían otras partículas mas pequeñas, llamadas quarks.

Partículas subatómicas

Quark: los quarks, junto con los leptones, son los constituyentes fundamentales de la materia y las partículas más pequeñas que el hombre ha logrado identificar. Varias especies de quarks se combinan de manera específica para formar partículas tales como protones y neutrones. Los quarks son las únicas partículas fundamentales que interactúan con las cuatro fuerzas fundamentales. Los quarks son partículas parecidas a losgluones en peso y tamaño, esto se refleja en la fuerza de cohesión que estas partículas ejercen sobre ellas mismas. Son partículas de espín 1/2, por lo que son fermiones. Forman, junto a los leptones, la materia visible. Hay seis tipos distintos de quarks que los físicos de partículas han denominado de la siguiente manera: Up (arriba) Down (abajo) Charm (encantado) Strange (extraño) Top (cima) Bottom (fondo).Leptón: un leptón es una partícula con espín -1/2 (un fermión) que no experimenta interacción fuerte (esto es, la fuerza nuclear fuerte). Los leptones forman parte de una familia de partículas elementales conocida comola familia de los fermiones, al igual que los quarks. Un leptón es un fermio fundamental sin carga hadrónica o de color. Existen seis leptones y sus correspondientes antipartículas: el electrón, el muón, el tau y tres neutrinos asociados a cada uno de ellos.

 

 

Modelo atómico de Sommerfeld.

En 1916, Arnold Sommerfeld (1868-1951) con la ayuda de la teoría de la reactividad de Albert Einstein (1876-1955) hizo las siguientes modificaciones al modelo de Bohr:a) Los electrones se mueven alrededor del núcleo en orbitascirculares o elípticas) A partir del segundo nivel energético existen dos o más subniveles en el mismo nivel) El electrón una corriente. Para describir los nuevos subniveles, Sommerfeld introdujo un parámetro llamado numero quántico acimutal, que designo con la letra L.El modelo atómico de Bohr funcionaba muy bien para el átomo de hidrógeno. Sin embargo, en los espectros realizados para átomos de otros elementos se observaba queelectrones de un mismo nivel energético tenían distinta energía, mostrando que algoandaba mal en el modelo. Conclusión fue que dentro de un mismo nivel energético existían subniveles.http://htmlimg3.scribdassets.com/3xqclmdzsw9xpoe/images/10-2f2d56b9f0.jpg

 

 

. Modelo atómico de Schrödinger.

El modelo atómico de Schrödinger es un modelo cuántico no relativista se basa en la solución de la ecuación de Schrödinger para un potencial electrostático con simetría esférica, llamado también átomo hidrogeno idee. El modelo de Bohr funcionaba muy bien para el átomo de hidrógeno. En los espectros realizados para otros átomos se observaba que electrones de un mismo nivel energético tenían distinta energía. Algo andaba mal. La conclusión fue que dentro de un mismo nivel energético existían subniveles. En 1916, Arnold Sommerfeld modifica el modelo atómico de Bohr, en el cual los electrones sólo giraban en órbitas circulares, al decir que también podían girar en orbitas elípticas.http://htmlimg3.scribdassets.com/3xqclmdzsw9xpoe/images/11-8649e2dc26.jpg

 

 

Modelo atómico de Dirac-Jordan

El modelo atómico de Dirac-Jordan, es el que desarrollo Schrödinger, basado en el descubrimiento de los científicos anteriores. El modelo atómico de Schrödinger es un modelo cuántico no relativista sebasa en la solución de la ecuación de Schrödinger para un potencial electrostático con simetría esférica, llamado también átomo hidrogeno idee. Una de las consecuencias que se pueden deducir de la ecuación de Schrödinger, es el principio de incertidumbre. Este principio establece límites para la precisión con que se pueden medir ciertos parámetros.

 

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. Modelo Atómico actual.

Entre los conocimientos actuales o no sobre el átomo, que han mantenido su veracidad, se consideran lossiguientes: 1. La presencia de un núcleo atómico con las partículas conocidas, la casi totalidad de la masa atómica en un volumen muy pequeño.2. Los estados estacionarios o niveles de energía fundamentales en los cuales se distribuyen los electrones desacuerdo a su contenido energético.3. La dualidad de la materia (carácter onda-partícula), aunque no tenga consecuencias prácticas al tratarse de objetos de gran masa. En el caso de partículas pequeñas (electrones) la longitud de onda tiene un valor comparable con las dimensiones del átomo.4. La probabilidad en un lugar de certeza, en cuanto a la posición, energía y movimiento de un electrón, debido ala imprecisión de los estudios por el uso de la luz de baja frecuencia. Fue Edwin Schrödinger, quien ideó el modelo atómico actual, llamado "Ecuación de Onda", una fórmula matemática que considera los aspectos anteriores. La solución de esta ecuación, es la función de onda (PSI), yes una medida de la probabilidad de encontrar al electrón en el espacio. En este modelo, el área donde hay mayor probabilidad de encontrar al electrón se denomina orbital. El valor de la función de onda asociada con una partícula en movimiento esta relacionada con la probabilidad de encontrar a la partícula en el punto (x,y,z) en el instante de tiempo ten general una onda puede tomar valores positivos y negativos. Una onda puede representarse por medio de una cantidad compleja. Piense por ejemplo en el campo eléctrico de una onda electromagnética. Una probabilidad negativa, o compleja, es algo sin sentido. Esto significa que la función de onda no es algo observable. Sin embargo el módulo (o cuadrado) de la función de onda siempre es real y positivo. Por esto, a se le conoce como la densidad de probabilidad. La función de onda depende de los valores de tres variables que reciben la denominación de números cuánticos. Cada conjunto de números cuánticos, definen una función específica para un electrón.

Átomo es la porción más pequeña de cualquier elemento químico, que no puede dividirse y que dispone de existencia independiente. Los átomos están compuestos por electrones que orbitan en torno a un núcleo con neutrones y protones.

número atómicoLos átomos de diferentes elementos presentan distintas cantidades de protones. El número atómico (que se identifica con la letra Z, por el término alemán zahl) indica la cantidad de protones que se encuentra presente en el núcleo de un átomo. Este número, por lo tanto, se encarga de definir la configuración electrónica del átomo y permite el ordenamiento de los diversos elementos químicos en la tabla periódica, que comienza con el hidrógeno (Z=1) y sigue con el helio, el litio, el berilio, el boro, el carbono y el nitrógeno.

En química, el número másico o número de masa. Se simboliza con la letra A. El uso de esta letra proviene del alemán Atomgewicht, que quiere decir peso atómico, aunque sean conceptos distintos que no deben confundirse. Por este motivo resultaría más correcto que la letra A representara Atomkern, es decir, núcleo atómico para evitar posibles confusiones. Suele ser mayor que el número cuántico, dado que los neutrones del núcleo proporcionan a éste la cohesión necesaria para superar la repulsión entre los protones.

El número de masa es además el indicativo de los distintos isótopos de un elemento. Dado que el número de protones es idéntico para todos los átomos del elemento, sólo el número másico, que lleva implícito el número de neutrones en el núcleo, indica de qué isótopo del elemento se trata. El número másico se indica con un superíndice situado a la izquierda de su símbolo, sobre el número atómico. Por ejemplo, el 1H es el isótopo de hidrógeno conocido como protio. El 2H es el deuterio y el 3H es el tritio. Dado que todos ellos son hidrógeno, el número atómico tiene que ser 1.

Número atómico y número de masa

Número atómico


Todos los átomos pueden identificarse y distinguirse unos a otros por el número de protones y neutrones que contienen. El número atómico es el número de protones en el núcleo del átomo de un elemento. El número atómico es representado por la letra Z. En un átomo neutro el número de protones es igual al número de electrones, de manera que el número atómico también indica el número de electrones presentes en un átomo. El número atómico determina la identidad química de un elemento.

Para determinar el número atómico de un elemento, se utiliza la siguiente fórmula:

Z = A - N

Es decir:
Número atómico Z = Número másico A - Número de neutrones  N.

Número de masa


El número de masa, también conocido como número másico, es el número total de neutrones y protones presentes en el núcleo del átomo de un elemento. El número de masa se representa con la letra A. Para determinar el número de masa de un elemento, se utiliza la siguiente fórmula:

A = Z + N

Es decir:

Número másico A = Número atómico Z + Número de neutrones N.

Número de neutrones


El número de neutrones en un átomo es igual a la diferencia entre el número de masa y

El número atómico. El número de neutrones es representado por la letra N. Para determinar el número de neutrones de un elemento, se utiliza la siguiente fórmula:

N = A - Z

Es decir:

Número de neutrones N = Número másico A - Número atómico Z.

La forma aceptada para denotar el número atómico y el número de masa de un elemento X, es como sigue:


Número de masa A

AXZ

Número atómico Z

OBS: El número de neutrones y el número de protones no se representan de la misma manera que A y Z, ya que éstos se determinan mediante las fórmulas citadas.

EJEMPLO

1-) El átomo de magnesio consta de 12 protones y 12 neutrones. Determinar su número atómico y su número de masa.

  • El número de protones es 12, por lo tanto podemos considerar que existen 12 electrones.

  • Utilizamos la fórmula para hallar A.


A = Z + N

A = 12 + 12

A = 24.

  • Vimos que la cantidad de protones era igual a la cantidad de electrones en el núcleo atómico de un elemento para determinar el valor de Z; el número atómico es 12.


2-)  El número de electrones de un átomo de Azufre es 16 y su número másico es 32. Determinar el número atómico, la cantidad de protones y neutrones.

  • La cantidad de electrones es 16. Esto quiere decir que posee 16 protones.

  • El número atómico era igual a la cantidad de protones o electrones de un elemento. Es decir, su número atómico es Z= 16.

  • Utilizamos la fórmula para hallar N.

N = A - Z

N = 32 - 16

N = 16.

Principio del formulario


 

MASA ATÓMICA

(También denominado Peso Atómico, aunque esta denominación es incorrecta, yaqué la masa es propiedad del cuerpo y el peso depende de la gravedad)Masa de un átomo correspondiente a un determinado elemento químico Se suele utilizar la una(u) como unidad de medida.. Donde u.m.a son siglas que significan "unidad de masa atómica". Esta unidad también suele denominarse Dalton (Da) en honor alquímico inglés John Dalton. Equivale a una doceava parte de la masa del núcleo del isótopo más abundante del carbono, el carbono-12. Se corresponde aproximadamente con la masa de un protón (o un átomo de hidrógeno). Se abrevia como "uma", aunque también pueden centrarse por su acrónimo inglés "amu" (Atomic Mass Unit). De todas formas, el símbolo recomendado es simplemente "u". Las masas atómicas de los elementos químico se suelen calcular con la media ponderada de las masas de los distintos isótopos de cada elemento teniendo en cuenta la abundancia relativa de cada uno de ellos, lo que explica la no correspondencia entre la masa atómica en unas, de un elemento, y el número de núcleo es que alberga el núcleo de su isótopo más común .En cambio, la masa atómica de un isótopo sí coincide aproximadamente con la masa de sus nucleones. Esta diferencia es debida a que los elementos no están formados por un solo isótopo si no por una mezcla con unas ciertas abundancias para cada uno de ellos. Mientras que cuando medimos la masa de un isótopo en concreto no tenemos en cuenta las abundancias. De todas formas ni siquiera la masa atómica de los isótopos equivale a la suma de las masas de los núcleo es .Esto es debido al defecto de masa.

Ejemplo:

Para calcular la masa atómica del litio haremos lo siguiente: El litio consta de dos isótopos estables el Li-6 (7,59%) y el Li-7 (92,41%).Así pues los cálculos serán como siguen: El valor resultante, como era de esperar, está entre los dos anteriores aunque más cerca del Li-7, más abundante.

Historia de la masa atómica

En las reacciones químicas tiene lugar una interacción entre átomos, para evitar trabajar con masas muy pequeñas se recurrió a establecer una masa relativa. En un principió se le asignó al hidrógeno un uma de masa, y se le utilizó como patrón para calcular las masas atómicas de los demás elementos mediante la

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La masa molecular relativa es un número que indica cuántas veces la masa de una molécula de una sustancia es mayor que la unidad de masa molecular. Su valor numérico coincide con el de la masa molar, pero expresado en  unidades de masa atómica en lugar de gramos/mol. La masa molecular alude una sola molécula, la masa molar corresponde a un mol (6,022*1023) de moléculas: . La fórmula para calcularla es la siguiente:

masa molecular = masa atómica de A * nº de átomos de A + masa atómica de B * nº de átomos de B...

Hasta que no queden átomos diferentes.

La masa molecular se calcula sumando las masas atómicas de los elementos que componen la molécula. Así, en el caso del agua: H2O, su masa molecular es:

Masa atómica del H: 1,00797 u, aproximadamente igual a (≈) 1 * nº de átomos de H: 2 + masa atómica del O: 15,9994 u ≈ 16 * nº de átomos de O: → 2 átomos de H x 1 átomo de O = 2 u + 16 u = 18 u.

Si las cifras decimales son mayores que 0,5, el  numero másico se aproxima a la unidad entera siguiente. Ejemplo: el número másico del oxígeno es 15,9994 ≈ 16. Es decir, el número másico del O es 16.

Al igual que la masa atómica, la masa molecular se expresa en unidades de masa atómica: Unas (u) o Dalton (Da), que son equivalentes. Los Da aportan la ventaja de poderse emplear para moléculas mayores al aceptar un múltiplo, el kilodalton: kDa.

La masa molecular se calcula de manera fácil sumando las masas atómicas. Por ejemplo la masa molecular del ácido sulfúrico:

H2SO4: H = 1,00797 Da; S = 32,065 Da; O = 15,9994 Da

H2 = 2 x 1,00797 Da = 2,01594 Da

S = 1 x 32,065 Da = 32,065 Da

O4 = 4 x 15,9994 Da = 63,9976 Da

Masa molecular = H2 + S + O4 = 2,01594 Da + 32,065 Da + 63,9976 Da = 98,07854 Da
Por número de Avogadro se entiende al número de entidades elementales (es decir, de átomos, electrones, iones, moléculas) que existen en un mol de cualquier sustancia. Pero veamos qué significa esto.

número de avogadroComo mol se denomina a la unidad contemplada por el Sistema Internacional de Unidades que permite medir y expresar a una determinada cantidad de sustancia. Se trata de la unidad que emplean los químicos para dar a conocer el peso de cada átomo, una cifra que equivale a un número muy grande de partículas. Un mol, de acuerdo a los expertos, equivale al número de átomos que hay en doce gramos de carbono-12 puro. La ecuación sería la siguiente: 1 mol = 6,022045 x 10 elevado a 23 partículas.

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