Quimica Competencia 1

La química es una ciencia que estudia la materia, su composición, sus propiedades, sus estructuras y sus procesos de transformación, durante los cuales puede sufrir cambios que alteran su composición interna, por lo que se puede hablar de cambios físicos y químicos.

Todo lo que te rodea está formado por átomos. En este tema, aprenderás a identificar los elementos y los compuestos químicos, que están presentes en tu vida diaria con el fin de valorar la importancia de la química y sus aplicaciones en el mundo actual; asimismo, ampliarás tu conocimiento acerca del comportamiento de la materia en los diversos campos de la actividad humana.

1.1 Modelos atómicos

La materia está compuesta por átomos. Para el filósofo griego Demócrito, había tantos átomos como sustancias diferentes; él empleó la palabra átomo para significar aquello que no puede ser dividido y también para describir la partícula más pequeña de la materia. Este concepto le permitió interpretar muchos fenómenos cotidianos, como la evaporación y la difusión.

En nuestra era, el modelo de la estructura atómica de la materia apareció en varios trabajos científicos. Las aportaciones de Dalton, Thomson, Rutherford y Bohr, tienen un gran valor en el desarrollo del átomo.

a. John Dalton

Profesor inglés que desarrolló la primera teoría atómica basándose en su trabajo de las masas relativas. Preparó el camino para numerosas investigaciones y descubrimientos; también permitió explicar ciertos datos experimentales (Burns, 2003).

Dalton llegó a las siguientes conclusiones, según sus postulados:

1. Una sustancia puede subdividirse hasta el punto que se obtengan las partículas indivisibles llamadas átomos.

2. Los átomos de un elemento son todos idénticos.

3. Los átomos de diferentes elementos tienen diferentes pesos.

4. Es imposible crear o destruir un átomo.

5. La porción más pequeña de un compuesto es una molécula.

6. Cuando los elementos se combinan para formar un cierto compuesto, forman moléculas idénticas con la misma proporción de átomos de uno y de otro elemento.

7. Dos o más átomos pueden combinarse de diferentes maneras para formar más de un tipo de molécula.

En la actualidad se conocen ciertas inexactitudes sobre la teoría atómica de Dalton, pero su importancia es indiscutible. En nuestros días, solo son válidos los postulados 3, 6 y 7.

b. J. Thomson

Científico británico que estableció la carga del electrón por medio del tubo de rayos catódicos, demostrando que los átomos no eran indivisibles, ya que emitían partículas negativas llamadas electrones. Su modelo atómico se representaba como una esfera de electricidad positiva cuyos electrones se encontraban dispersos como pasas en un pastel.

c. E. Rutherford

Investigador neozelandés que propuso que el átomo estaba formado por un pequeño núcleo positivo y que la masa del átomo está concentrada en este núcleo. En su experimento empleó una sustancia radiactiva, bombardeando una lámina muy delgada de oro.

d. Niels Bohr

El átomo tiene niveles energéticos en los que se encuentran los electrones. Estos absorben ciertas cantidades de energía para desplazarse hacia los niveles más altos; cuando los electrones regresan a los niveles más bajos, desprenden la energía en forma de luz.

1.2 Partículas atómicas

En todo átomo los electrones están representados por (e−). Los electrones de carga negativa rodean al núcleo, el cual a su vez de compone de protones (carga +) y neutrones (carga cero). El electrón es la partícula más pequeña y su movimiento genera corriente eléctrica. Los electrones que se encuentran en los niveles externos de un átomo son los que definen las atracciones con los demás átomos; estas partículas tienen un papel primordial en la química.

Partículas subatómicas Símbolo Carga Masa relativa

Electrones (e-) -1 1/1,837 = 0

Protones (p+) +1 1

Neutrones (n) 0 1

Todo átomo es neutro, ya que tiene el mismo número de protones y de electrones. Debido a que la masa del electrón es prácticamente cero, toda la masa de un átomo está contenida en su núcleo; por lo tanto, el número de masa es la suma de los protones y de los neutrones, y es igual al número de electrones cuando un átomo es neutro. Se representa por la letra (Z) y se escribe en la parte inferior de un elemento (X).

El número atómico es el número de protones que hay en el núcleo; todos los átomos de un elemento en particular tienen el mismo número de protones. El número de masa se representa por la letra (A), en la parte superior izquierda del símbolo de un elemento representado por (X).

En las partículas de un átomo, el número de protones determina qué elemento es. Así, un elemento que contiene 3 protones en el núcleo es un átomo de litio.

Formación de iones

Se puede producir una entrada de carga llamada ion en un átomo tomando un átomo neutro y adicionándole o sustrayéndole uno o más electrones, por ejemplo:

El sodio (Z = 11) tiene 11 protones (+) y 11 electrones (-), si pierde o cede un electrón tendrá 11 cargas positivas y 10 negativas. Esto forma un ion con carga neta positiva de 1(+):

(11+) + (10-) = 1+ El ion positivo es llamado catión

1.3 Isótopos

En el estudio de la desviación de los átomos se demostró que algunos núcleos del mismo número atómico pueden tener masas diferentes. Los isótopos son átomos de un mismo elemento, pero con distinto número de masa. Los isótopos de un mismo elemento son átomos cuyo núcleo es idéntico en cuanto al número de protones, pero con diferente número de neutrones.

El litio que se encuentra en la naturaleza tiene dos isótopos, indicados de la siguiente manera:

Todos los elementos químicos que se encuentran en la naturaleza son una mezcla de isótopos; la masa atómica que se encuentra representada en la tabla periódica es un promedio de todas las masas isotópicas naturales, razón por la cual la mayoría no son números enteros.

En nuestros días, las aplicaciones de los isótopos son muy numerosas, principalmente en la química, la biología, la medicina, la arqueología, las ciencias de la tierra, la alimentación, entre otras.

En la medicina se utilizan isótopos radiactivos en las imágenes (rayos x, tomografías) para estudiar la acción de los medicamentos, entender el funcionamiento del cerebro, detectar una anomalía cardíaca, descubrir las células cancerosas, etc.

En la arqueología el carbono 14 se utiliza para determinar la edad de los objetos de menos de 50.000 años. Existen otros métodos de datación que al hacer uso de diferentes isótopos permiten

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