ESTRUCTURA DE LA MATERIA Y TABLA PERIÓDICA ¿PARA QUE SE UTILIZAN LOS MODELOS EN QUÍMICA?

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Capítulo 2

ESTRUCTURA DE LA MATERIA

Y TABLA PERIÓDICA

¿PARA QUE SE UTILIZAN LOS MODELOS EN QUÍMICA?

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Para interpretar la Naturaleza, los científicos proponen representaciones lo más aproximadamente posibles a la realidad, que suelen denominarse Modelos.

Estos modelos se elaboran a partir de los resultados de la experimentación y su validez se prueba por medio de nuevos experimentos; si explican correctamente el comportamiento de la materia siguen en vigencia, de lo contrario son modificados o reemplazados por otros nuevos.

Por medio de los modelos se trata de explicar hechos o fenómenos que no se pueden observar directamente, tales como la estructura atómica, la naturaleza de la luz, etc.

TEORÍA ATÓMICO MOLECULAR

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La historia de los modelos atómicos comienza varios siglos A.C., en la antigua Grecia. En ese entonces, eran los filósofos quienes, entre otras cosas, se ocupaban de pensar cómo estaba constituida la materia. Y había dos opiniones encontradas: por un lado, la de Demócrito y su maestro Leucipo, y por otro, la de Aristóteles.

Demócrito y Leucipo, sostenían que la materia estaba formada por diminutas partículas indivisibles, a las que denominaron “átomos”.

Aristóteles, por su parte, consideraba que la materia era continua y que los átomos no existían. Según él, cualquier cuerpo podía ser dividido indefinidamente, es decir, una vez roto en dos, los pedazos resultantes podrían ser fragmentados en otros de menor tamaño, y estos, de nuevo, podrían romperse y así sucesivamente, de forma que siempre es posible dividir cada uno de los trozos obtenidos.

Hoy sabemos que Demócrito y Leucipo tenían razón. Sin embargo, debieron transcurrir más de 2000 años años para que la idea de los átomos fuera nuevamente considerada. John Dalton, Químico inglés, retomó la idea filosófica de Demócrito sobre la discontinuidad de la materia, y publicó en 1808 la primera teoría atómica con carácter científico, que se puede resumir en los siguientes postulados:

1. La materia está formada por partículas indivisibles llamadas átomos que no pueden crearse ni destruirse.
2. Todos los átomos de un mismo elemento son idénticos: tienen las mismas propiedades químicas e igual masa y tamaño y son diferentes a los átomos de cualquier otro elemento.
3. Los átomos de elementos distintos se combinan entre sí para formar compuestos.
4. Una reacción química sólo implica una redistribución de los átomos de los reactivos que se agrupan formando productos.

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                    Figura 1: Representación esquemática de los postulados 2 y 3

LA ESTRUCTURA DEL ÁTOMO[pic 11]

Dalton describió un átomo como una partícula extremadamente pequeña e indivisible. Sin embargo, una serie de investigaciones iniciadas alrededor de 1850, y que continuaron hasta el siglo XX, demostraron que los átomos están formados por partículas aún más pequeñas, denominadas partículas subatómicas. Estas partículas se denominan protones, neutrones y electrones.

Los protones y neutrones se encuentran en el núcleo  del átomo. Los electrones se desplazan a gran velocidad formando una nube alrededor del núcleo llamada zona extranuclear. Entre el núcleo y la zona extranuclear hay espacio vacío.

En la siguiente tabla se muestran los valores de carga y de masa de estas tres partículas:

Como puedes ver, prácticamente toda la masa del átomo se concentra en el núcleo. Si se agrandara un átomo hasta llevarlo al tamaño de un estadio de fútbol, el núcleo ocuparía lo que una pelota de tenis en el centro de la cancha y los electrones, casi 2000 veces menores que el núcleo, girarían en las tribunas.

Todos los átomos son eléctricamente neutros, lo que indica que el número de protones y electrones que posee un átomo debe ser igual para que la carga total sea igual a cero. Esto es así ya que los protones tienen carga positiva y los electrones, negativa. Por ejemplo, si un átomo  tiene 3 protones, entonces posee una carga igual a +3 debida a los protones (+1 por cada protón). Como el átomo es neutro, entonces deberá tener tres electrones con una carga total debida a ellos de –3 (-1 por cada electrón). De esta manera, la carga total del átomo es –3 +3 = 0

Esquemáticamente:

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En conclusión, el átomo es la porción más pequeña en la que se puede dividir la materia sin perder su identidad y como dijimos en la unidad anterior, es una partícula elemental que constituye las moléculas, pero… ¿qué es una molécula?

MOLÉCULAS

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Una molécula es una partícula elemental que está formada por un número entero de átomos. Los átomos que componen una molécula pueden ser iguales. Por ejemplo: una molécula de hidrógeno (H2) está formada por dos átomos de hidrógeno.

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                                                        Molécula de hidrógeno (H2)

Pero también una molécula puede  estar formada por átomos diferentes: una molécula de amoníaco (NH3) está formada por un átomo de nitrógeno y tres de hidrógeno y una molécula de agua (H2O) está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno.

                Átomos de hidrógeno

Átomo de nitrógeno                                                                                   Átomo de oxígeno[pic 15][pic 16][pic 17]

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                     Molécula de nitrógeno                                      Molécula de agua

LOS ELEMENTOS QUÍMICOS

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Aunque tienen la misma estructura general, los átomos no son todos iguales. Aquellos que tienen igual número de protones corresponden al mismo elemento químico. El oxígeno, hidrógeno, carbono, sodio, cloro, etc. son algunos ejemplos. En la actualidad, existen 118 elementos, de los cuales 92 se encuentran en la naturaleza, mientras que el resto se han creado en forma artificial en los laboratorios. Todos los elementos tienen un nombre específico. A veces, este nombre proviene de una palabra en latín o en griego, y puede hacer referencia a alguna propiedad del elemento, pero también pueden corresponder al nombre de un científico destacado, a un lugar o a algún personaje mitológico. El nombre del Hidrógeno tiene que ver con una propiedad; viene de los términos griego hidro = agua y genos = que da origen, es decir, “el que da origen al agua”. El Cromo viene de la palabra griega chromos, que significa color y el selenio de Selene, la diosa griega de la Luna. El Einstenio lleva ese nombre en honor al físico austriaco Albert Einstein. Por el último, el Francio y el Germanio hacen alusión a dos países, Francia y Alemania, respectivamente.

Los nombres de los elementos se abrevian utilizando un símbolo químico. El símbolo está relacionado con el nombre del elemento, y puede tener una, dos o tres letras; la primera siempre es mayúscula, y las siguientes son minúsculas; por ejemplo, el símbolo del cloro es Cl y el del carbono es C.

NÚMERO ATÓMICO

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Los átomos de un mismo elemento químico se caracterizan por tener el mismo número atómico, es decir, la misma cantidad de protones. Por ejemplo, el número atómico del cloro es 17, esto significa que todos los átomos del elemento cloro poseen 17 protones en su núcleo. Se simboliza con la letra “Z” y se indica abajo y a la izquierda del símbolo del elemento.

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