Historia De La Quimica

PRINCIPIOS DE LA ESTRUCTURA ATÓMICA

• ESTRUCTURA Y MASA DEL ÁTOMO.

La teoría atómica constituyó tan sólo inicialmente una hipótesis de trabajo, muy fecundada en el desarrollo posterior de la Química, pues un fue hasta fines del siglo XIX en que fue universalmente aceptada al conocerse pruebas físicas concluyentes de la existencia real de los átomos. Pero fue entonces cuando se llegó a la conclusión de que los átomos eran entidades complejas formadas por partículas más sencillas y que los átomos de un mismo elemento tenían en muchísimos casos masa distinta. Estas modificaciones sorprendentes de las ideas de Dalton acerca de la naturaleza de los átomos no invalidan en el campo de la Química los resultados brillantes de la teoría atómica.

Los átomos están constituidos por protones, neutrones y electrones. Los protones están cargados positivamente y se encuentran reunidos con los neutrones (sin carga) en el núcleo. Los electrones, que tienen una carga negativa igual en magnitud a la carga positiva del protón, se mueven en el espacio que rodea al núcleo. Los protones y los neutrones tienen masas semejantes, aproximadamente 1800 veces mayor que la masa de un electrón. Casi toda la masa del átomo reside en el núcleo, pero son los electrones los que toman parte en los enlaces y en las reacciones químicas.

Cada elemento se distingue por el número de protones en su núcleo. Por lo general, el número de neutrones es semejante al número de protones, aunque puede variar. Los átomos que tienen el mismo número de protones, pero diferente número de neutrones se llaman isótopos. Por ejemplo, la especie más común de átomo de carbono tiene en su núcleo seis protones y seis neutrones. Su número de masa (la suma de protones y neutrones) es 12, y representamos su símbolo 12C. Aproximadamente 1% de los átomos de carbono tienen siete neutrones; el número de masa es 13, y el símbolo es 13C.

• ESTRUCTURA ELECTRÓNICA DEL ÁTOMO.

Las propiedades químicas de un elemento se determinan por el número de protones en su núcleo y el correspondiente número de electrones alrededor del mismo. Los electrones son los que forman enlaces y determinan la estructura de las moléculas resultantes. Como son pequeños y livianos, muestran propiedades tanto de partículas como de ondas; en muchos aspectos, los electrones en los átomos y las moléculas se comportan mas como ondas que como partículas.

Los electrones que están unidos a los núcleos se encuentran en orbítales. El principio de incertidumbre de Heisenberg afirma que nunca se puede determinar con exactitud dónde se encuentra el electrón; pero aun cuando no se conozca su lugar exacto, podemos hablar de la densidad electrónica, que es la probabilidad de encontrar al electrón en una parte determinada del orbital. Por tanto, un orbital es un estado permitido de energía de un electrón, con una función asociada de probabilidad que define la distribución de la densidad electrónica en el espacio.

3. HECHOS QUE DEMUESTRAN LA NATURALEZA ELÉCTRICA DE LA MATERIA.

La idea de que la materia está compuesta en última instancia por partículas discretas, es muy antigua. Cerca del año 400 a.C. se enunció esta idea en los escritos de Deócrito, filosofo griego, quien aparentemente había sido iniciado en ella por su maestro, un hombre llamado Leucipo. La idea fue rechazada por Platón y Aristóteles, no siendo sino hasta el año 1650 de nuestra era cuando se la presentó de nuevo, esta vez por el físico italiano Gassendi. Sir Isaac Newton (1642-1727) apoyó las argumentaciones de Gassendi con estas palabras:

…….parece probable que Dios, en el Inicio, formo la materia en partículas sólidas, masivas, duras, impenetrables y móviles de Tamaños y Formas tales, y con tales otras Propiedades, y en tales Proporciones respecto al Espacio, como fuera mas conducente al Fin para el cual las formó…

Antes de 1800, la idea de que la materia es particulada por naturaleza se basó en gran parte en la intuición de quines se adherían a tal idea. Quizá el más notable de ellos fue el químico ruso Mikhail Lomonosov (1711-1765), quien especuló sobre la naturaleza y movimientos de las diminutas partículas de que se compone la materia. Sus ideas se anticiparon cuando menos en un siglo a la teoría cinética de los gases y al concepto de la energía térmica.

En 1808 un maestro inglés de escuela, John Dalton, empleando su notable percepción científica, formuló una explicación de muchas leyes hasta entonces conocidas en química, las que desde entonces se conocieron como teoría atómica. Supuso que los elementos se componen de partículas diminutas llamadas átomos. Además propuso que todos los átomos de una sustancia elemental dada son semejantes y que las sustancias compuestas se forman cuando uno o más átomos de un elemento se combinan en proporción definida con uno o más átomos de otro elemento. Esta teoría, aunque simple, fue muy conveniente ya que explicaba hechos experimentales y generalizaciones deducidas de ellos.

Si bien algunas de las ideas de Dalton fueron insostenibles al ir sabiendo los químicos más respecto a la estructura de la materia, los puntos esenciales de su teoría han soportado la prueba del tiempo. Tres de los principales postulados de Dalton, que ahora forman la moderna teoria atómica, se da a continuación con ejemplos, para ilustrar el significado de cada uno.

1. Un elemento está compuesto de partículas extremadamente pequeñas llamadas átomos. Los átomos de un mismo elemento exhiben todas propiedades químicas idénticas.

Así el oxígeno esta compuesto de átomos de oxígeno, todos los cuales se comportan químicamente de la misma manera.

2. Los átomos de diferentes elementos tienen diferentes propiedades químicas. Ningún átomo de un elemento, en el curso de una reacción química ordinaria, desaparece o se cambia en un átomo de otro elemento.

El comportamiento químico de los átomos de oxígeno es diferente del de los átomos de hidrógeno o de la cualquier otra clase de átomos. Cuando se combinan mutuamente las sustancias elementales oxígeno e hidrógeno, todos los átomos de hidrógeno y todos los átomos de oxígeno que reaccionan se encuentran presentes en el agua formada, y en el proceso no se han formado átomos de cualquier otro elemento.

3. Se forman las sustancias compuestas cuando se combinan átomos de más de un elemento. En un compuesto puro dado, los números relativos de átomos de los elementos presentes son definidos y constantes. En general, estos números relativos pueden expresarse como enteros o como fracciones simples.

En la sustancia compuesta agua, están combinados mutuamente átomos de oxígeno y átomos de hidrógeno. Por cada átomo de de oxígeno presente, hay siempre

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