La Quimica

1.7 Base experimental de la teoría cuántica y estructura atómica.

La teoría cuántica, es una teoría física basada en la utilización del concepto de unidad cuántica para describir las propiedades dinámicas de las partículas subatómicas y las interacciones entre la materia y la radiación. Las bases de la teoría fueron sentadas por el físico alemán Max Planck, que en 1900 postuló que la materia sólo puede emitir o absorber energía en pequeñas unidades discretas llamadas cuantos. Otra contribución fundamental al desarrollo de la teoría fue el principio de incertidumbre, formulado por el físico alemán Werner Heisenberg en 1927, y que afirma que no es posible especificar con exactitud simultáneamente la posición y el momento lineal de una partícula subatómica.

ESTRUCTURA ATOMICA

En el átomo distinguimos dos partes: el núcleo y la corteza.- El núcleo es la parte central del átomo y contiene partículas con carga positiva, los protones, y partículas que no poseen carga eléctrica, es decir son neutras, los neutrones. La masa de un protón es aproximadamente igual a la de un neutrón. Todos los átomos de un elemento químico tienen en el núcleo el mismo número de protones. Este número, que caracteriza a cada elemento y lo distingue de los demás, es el número atómico y se representa con la letra Z.- La corteza es la parte exterior del átomo. En ella se encuentran los electrones, con carga negativa. Éstos, ordenados en distintos niveles, giran alrededor del núcleo. La masa de un electrón es unas 2000 veces menor que la de un protón. Los átomos son eléctricamente neutros, debido a que tienen igual número de protones que de electrones. Así, el número atómico también coincide con el número de electrones.

¿Cómo pueden encontrarse los electrones en los átomos de forma que absorban y emitan energía como cuantos?. Para resolver esta pregunta, Bohr sugirió que los electrones deben hallarse en órbitas de cierto tamaño, moviéndose a cierta velocidad. Entonces, los electrones deben tener cierta energía. Si el electrón absorbe energía, se moverá en un orbital de mayor energía y más alejada del núcleo. Si pierde energía, el electrón se moverá en otra órbita más cercana al núcleo. La teoría cuántica indujo la idea de que los electrones en las orbitas, tienen una cantidad de energía (se dice que los electrones se encuentran en ciertos niveles de energía). Bohr aplico estas ideas al átomo de hidrógeno y calculo matemáticamente cual seria la frecuencia de la radiación emitida por el hidrógeno, desafortunadamente, esa teoría no funciono también con elementos cuyos átomos son más complejos que los del hidrógeno. Como resultado del trabajo teórico y experimental, se ha llegado a desarrollar una representación de la estructura atómica, que explica en forma satisfactoria los fenómenos químicos. Más que describir al electrón como si se encontrase en un orbital perfectamente definido, la nueva teoría cuántica sugiere que existen en regiones que se conocen como capas. Cada capa tiene la capacidad para contener a más de un electrón, aun cuando existe un límite superior, dependiendo de la capa que sé este considerando. A diferencia de la órbita, una capa tiene una ubicación menos definida alrededor del núcleo.

1.8 Periodicidad química

La Ley Periódica formulada por Mendeleiev en el siglo XIX así como su Clasificación Periódica de los Elementos y la Tabla Periódica correspondiente pusieron en orden muchos aspectos de la Química conocidos en aquella época. Además, permitió hacer predicciones acerca de elementos y sustancias desconocidos o no suficientemente estudiados en aquel momento y sentó las bases para impulsar el posterior desarrollo de investigaciones trazando rutas definidas y mas seguras en medio de todo el material existente. En particular, la Química Inorgánica se convirtió, con el descubrimiento de la periodicidad, en una rama sistemática y coherente de la Química.

Este tema se ha explicado ya en cursos precedentes de forma simplificada y muy general. En este curso se hará una recapitulación de los aspectos más importantes de la periodicidad, se profundizará, se ampliará y se particularizará en algunas complejidades en relación con las propiedades periódicas, tanto atómicas como de las sustancias simples y complejas.

Muchas de las relaciones periódicas que se estudiarán se convertirán luego en Reglas que servirán de herramientas para predecir y explicar las propiedades de las sustancias y sus transformaciones.

En el libro de texto “Química Inorgánica. Enlace químico. Periodicidad química” , de José Blanco y Julian Pereyra, a partir de la pagina 179 se muestra un contenido amplio, detallado y documentado con relación a las propiedades y regularidades periódicas. Esta es una fuente importantísima para este curso. El libro “Química Inorgánica” de Schriver, Atkins y Langford, con el que también cuentan los estudiantes de este curso, tiene una parte dedicada a este tema y goza de una mejor actualización, aunque en algunas consideraciones difiere de la forma en que se impartirá. En todos los casos hay que enfrentar las fuentes de información disponible como complementarias unas de otras y con un espíritu crítico y criterio propio.

En el presente material se expondrán de forma resumida los aspectos más importantes con relación a las propiedades atómicas y su variación en grupos y períodos de la tabla periódica. Se hará énfasis en algunos de dichos aspectos que a primera vista se apartan de las reglas generales, pero que como se verá no son más que formas particulares de manifestación de dichas reglas, con explicaciones que según el caso pueden resultar más o menos convincentes.

Se incluyen además algunas cuestiones que no aparecen en los libros de texto, y que constituyen consideraciones de otros autores con relación al tema. Con ello se trata de enriquecer el conocimiento y ampliar la visión de esta importante parte de la Química Inorgánica.

1.9 Desarrollo de la tabla periódica moderna

Tabla periódica de Mendeléyev

En 1869, el ruso Dimitri Ivánovich Mendeleiev publica su primera Tabla Periódica en Alemania. Un año después lo hace Julius Lothar Meyer, que basó su clasificación periódica en la periodicidad de los volúmenes atómicos en función de la masa atómica de los elementos.

Por ésta fecha ya eran conocidos 63 elementos de los 90 que existen en la naturaleza. La clasificación la llevaron a cabo los dos químicos de acuerdo con los criterios siguientes:

• Colocaron los elementos por orden creciente de sus masas atómicas.

• Situaron en el mismo grupo elementos que tenían propiedades comunes como la

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