Átomo quimica

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Cap

DEMCRITO DE A BDERA

TOMO

Naci en Abdera en el ao 460 antes de Cristo. Se le atribuyen nmerosos viajes a Egipto y a la India, entre otros, habiendo adquirido en el curso de ellos conocimientos de Teologa, Astrologa, Geometra, etctera. Tambin se le sita en Atenas escuchando las lecciones de Scrates o de Anaxgoras, segn recoge Digenes Laercio: "Parece, dice Demetrio, que tambin pas a Atenas, y que por desestima de su propia gloria no se cuid de ser conocido; y aunque l conoci a Scrates, ste no lo conoci. "Fui -dice- a Atenas, y nadie me conoci". Se dice tambin que fue discpulo de Leucipo, a quien se atribuye la creacin del atomismo, doctrina defendida por Demcrito. (Sobre la existencia misma de Leucipo hay quienes han llegado a ponerla en duda apoyndose en el desconocimiento prcticamente total que tenemos de l y en afirmaciones como las de Epicuro, quien negaba su existencia.)

ESTRUCTURA ATMICA

HISTORIA DEL TOMODurante los siglos VI a IV antes de Cristo, en las ciudades griegas surgi una nueva mentalidad, una nueva forma de ver el mundo no como algo controlado por los Dioses y manejado a su capricho, sino como una inmensa mquina gobernada por unas leyes fijas e inmutables que el hombre poda llegar a comprender. Fue esta corriente de pensamiento la que puso las bases de la matemtica y las ciencias experimentales.

Demcrito, uno de estos pensadores griegos, en el siglo IV antes de Cristo, se interrog sobre la divisibilidad de la materia. A simple vista, las sustancias son continuas. Es posible dividir una sustancia indefinidamente? Demcrito pensaba que no, que llegaba un momento en que se obtenan unas partculas que no podan ser divididas ms; a esas partculas las denomin tomos, que en griego significa . Cada elemento tena un tomo con propiedades y forma especfica, distintas a las de otros elementos.Las ideas de Demcrito, sin estar olvidadas completamente, cayeron en desuso durante ms de dos mil aos.

TOMO [ A = sin, tomo = divisi n]

El tomo es la mnima porcin de materia que conserva las propiedades de un elemento qumico. Hoy da, sabemos que los tomos no son, como crea Demcrito, indivisibles. De hecho estn formados por partculas subat micas fundamenta-les. Estas partculas son:

E l e c t r nDescubierto en 1897 por el fsico ingls J. J. Thomson (1856 - 1940). Los electrones son partculas con carga elctrica negativa que dan origen a la electricidad cuando fluyen en un conductor. El electrn pertenece a la familia de los leptones.

N e u t r nSe encuentra normalmente, como el protn, en los ncleos atmicos. El neutrn no tiene carga elctrica, est hecho de tres quarks y no es una partcula estable en general. Cuando se encuentra libre, fuera del ncleo, sta decae en un protn, una partcula beta y un neutrino. Fue descubierto por el fsico ingls James Chadwick en 1932. L a masa del neutrn es ligeramente mayor que la del protn.

P r o t nEs una partcula de carga elctrica igual a la del electrn pero positiva y con una masa 1836 veces mayor a la del electrn. Un protn est formado por tres quarks y se encuentra normalmente dentro de los ncleos atmicos. En ambientes de muy alta energa como en el Sol, los protones se encuentran libres.

ZONANCLEONUBE ELECTRNI CA

PartculaProtn (p+)Neutrn (n)Electrn (e-)

Masa (g)1,672 6.10 -241,674 9.10-249,109 4.1 -280

Masa de uma1,00731,00870,000 548 6

Carga absoluta (C)+1,602.10 -190-1,602.10-19

Carga relativa+10-1

Observaciones:

~m* Respecto a las masas: mn > mp+ >> me-

p+* A los protones, neutrones y electrones se les denominan partculas subatmicas fundamentales, debido a que encualquier tipo de materia son los mismos e indistinguibles unos de otros.

N CL I DOEl trmino nclido se usa para referirse a las diferentes formas atmicas de un elemento qumico formado por un slo ncleo. Esta representacin brinda informacin de la composicin de un istopo especfico.

EA ZE : Smbolo del elemento qumicoZ : Nmero atmicoA : Nmero de masa

NMERO ATMICO (Z). Denota la carga nuclear de los nclidos. Es decir, el nmero de protones contenidos en el ncleo atmico. Este nmero determina la identidad qumica de un elemento y permite ubicar a los elementos en la tabla peridica .

Si el tomo es elctricamente neutro:

Z = # p+

# p+= # e-

NMERO DE MASA (A). Determina el nmero de nucleones. Es decir, la suma del nmero de protones y el nmero de neutrones contenidos en el ncleo de un tomo.

A = Z + #n#n = A - Z

IN: Es toda especie qumica con carga elctrica. Un monoatmico es un tomo cargado positivamente. Esta condicin se da cuando un tomo neutro pierde electrones (se oxida).

Na23 111 : Catin monovalente# p+ = 11# e- = 11-1 = 10# n= 23-11 = 12

Un anin monoatmico es un tomo cargado negativamente. Esta condicin se da cuando un tomo neutro gana electrones (se reduce).

35 Cl117

: Anin monovalente

# p+ = 17#e- = 17 + 1 = 18#n = 35 - 17 = 18

INTE RR E LACIN DE TOMOS

IS TOPOS O H L IDOS

Los tomos del mismo elemento pueden tener diferente nmero de neutrones; los diferentes tomos de cada elemento son llamadas istopos. Por ejemplo, el istopo ms comn del hidrgeno, el protio, no tiene ningn neutrn; tambin hay un istopo del hidrgeno llamado deuterio, con un neutrn, y otro, tritio, con dos neutrones.

+++

Protio Deuterio Tritio

Puede un tomo tener cualquier cantidad de neutrons?

No; hay combinaciones preferidas de neutrones y protones, en las cuales las fuerzas que mantienen la cohesin del ncleo parecen balancearse mejor. Los elementos ligeros tienden a tener tantos neutrones como protones; los elementos pesados aparentemente necesitan ms neutrones que protones para mantener la cohesin. Los tomos con algunos neutrones en exceso o no los suficientes, pueden existir durante algn tiempo; pero son inestables.Los istopos ms comunes son los istopos del hidrgeno:

Nombre Protio Deuterio Tritio

HHHHDT1 2 31 1 1Z1 1 1

#e-1 1 1

#n0 1 2

A1 2 3

Masa (en uma) 1,007825 2,0140 3,01605

Abundancia99,985% 0,015% radiactivo

I S B A R O SSon tomos de elementos diferentes con el mismo nmero de masa. Sus propiedades fsicas y qumicas son diferentes.

ArKCa40 40 4018 19 20

Z18 19 20

#n22 21 20

A 40 40 40

I S TO NO SSon tomos de elementos diferentes con el mismo nmero de neutrones. Sus propiedades fsicas y qumicas son diferentes.

MnFe55 5625 26Z25 26

#n30 30

A55 56

E S PE CIE S IS OE L E CTRNICASSon especies con la misma configuracin electrnica y por consiguiente, con el mismo nmero de electrones.

Cl1- : #e -= 17 + 117Ca 2+ : #e-= 20 - 220-18Ar : #e = 18

ACERCA DE L AS PARTCUL AS E L E ME NTAL E S

L AS IDE AS B AS ICAS S ON:Par tculas po rtad o ras de fuerza: Cada tipo de fuerza fundamental es transportada por una partcula portadora de fuerza (el fotn es un ejemplo).

Partculas materiales: El Modelo Standard establece que la mayora de las partculas de las cuales tenemos conocimiento estn compuestas en realidad de partculas ms fundamentales llamadas quarks. Hay otra clase de partculas fundamentales llamadas leptones (el electrn es un ejemplo).Lo que hace que el Modelo Standard sea tan amplio es el hecho que todas las partculas observadas pueden ser explicadas con:* 6 tipos de leptones* 6 tipos de quarks, y...* 4 partculas portadoras de fuerza

QUARKS LEPTONES U (Up) ElectrnD (Down) Neutrino - electrnS (Strange) Mu nC (Charm) Neutrino - munB (Bottom) TauT (Top/Bottom) Neutrino - tau

FUERZA PARTCULA PORTADORA ElectromagnticaFotnNuclear Fuerte GlunNuclear Dbil Bozones: W, Z Gravedad Gravitn

Los leptones pueden existir sin necesidad de la compaa de otras partculas. Los quarks, en cambio, slo se encuentran en grupos. Hasta este momento; no hay evidencias de que los leptones tengan alguna estructura interna o tamao.Las prximas partculas materiales que vamos a discutir son los llamados quarks.

P RO B L E MA S P R OP UE S TO S

A . VERDADE RO - FAL SO. Califique cada uno de los siguientes enunciados como falso (F) o verdadero (V), segn corresponda:

01. El electrn fue descubierto por J.J. Thomson. ( )

02. El protn fue descubierto por James Chadwick en 1932. ( )

03. Un tomo de 108Ag(Z=47) contiene 47 protones, 47 electrones y 108 neutrones. ( )

04. El electrn est formado por quarks. ( )

05. El protn est formado por quarks. ( )

06. Todos los istopos de un elemento tienen el mismo nmero de neutrones. ( )

07. El istopo ms comn del hidrgeno es el protio. ( )

08. El tritio es el istopo ms pesado y radiactivo del helio.( )

09. El neutrn fue descubierto en 1932 por:

a) Dalton. b) Thomson. c) Rutherford. d) Chadwick. e) Bohr.

10. El nombre del istopo que contiene un protn, un neutrn y electrn es:

a) Protio. b) Deuterio. c) tritio. d) Alfa. e) Positrn.

11. Un ncleo de 63Cu2+ ( Z = 29 ) contiene:

a) 29 protones, 27 electrones y 34 neutrones.

a) Protones. b) Istopos.c) Neutrones. d) Electrones. e) Positrones.

15. Los istopos del hidrgeno se diferencian en:

a) Masa atmica promedio. b) Carga nuclear.c) Neutrones. d) Electrones. e) Protones.

16. Un tomo de yodo tiene 54 electrones, 74 neutrones y53 protones. Cul es la notacin qumica?

b) 29 protones, 29 electrones y 34 neutrones. c) 29 protones y 34 neutrones.d) 27 protones y 34 neutrones.

a) 127 Ib)

53127 1

127 1

Ic)54127 1

127

I54

e) 27 electrones y 34 neutrones.

d) 53 Ie)

53I

12. Cul de las siguientes partculas no tiene carga elctrica neta?

a) Un electrn. b) Un protn. c) Un tomo. d) Un ncleo. e) Un nuclen.

13. Si un elemento est formado por varios istopos, todos ellos tienen:

a) La misma masa.b) La misma carga nuclear.c) El mismo nmero de nucleones. d) El mismo nmero de neutrones. e) El mismo nmero de positrones.

14. Las especies: F - , Ne , Na+ y Mg2+ todos tienen el mismo nmero de:Dato: Z(F= 9, Ne = 10, Mg =12, Na =11)

17. Cul de las notaciones proporciona ms informacin acerca del tomo de sodio?

a) Na b) 11Na c) 23Na d) 24Na e) Todos igual.

18. L o s n m er o s d e e le ct ro nes d e 3 i s ba ro s elc tricam ente n eutro s sum an 242. A d em s, lo s nmeros de neutrones suman 262. Hallar el nmero de masa.

a) 124b) 168c) 86

d) 87e) 81

19. En cierto tomo, el nmero de neutrones es el doble del nmero de protones. Si la suma del nmero de masa y de neutrones es 120. Calcular el nmero de neutrones que posee.

a) 10b) 20c) 30

d) 48e) 40

20. El smbolo 31 P+ (Z=15) se refiere a una especie que

27. Seale verdadero (V) o falso (F) segn corresponda:

es un istopo. De cul de las siguientes alternativas?*El ncleo atmico es elctricamente neutro.

*El protn del hidrgeno es ms pequeo que el

protonesneutroneselectronesprotn del oxgeno.

a)281328*La masa del protn es aproximadamente 1836 ve-

b)271526ces la masa del electrn.

c)151313

d)141313a) VVVb) VFVc) FFV

e)131313d) VVFe) FVF

21. La diferencia de los nmeros de masa de dos istonos es 3 y la suma de sus nmeros atmicos es 21. Cuntos protones tiene el tomo ms liviano?

a) 9 b) 10 c) 8 d) 12 e) 7

22. La suma de los nmeros de masa de dos istopos es146 y la sum a de sus neutrones es 74. Cunto s electrones tiene el elemento en su estado fundamental?

a) 36b) 45c) 72

d) 54e) 18

23. El elemento cloro est formado por d os is to po s naturales: 35Cl y 37Cl, cuyas abundancias estn en una relacin de 3 a 1 respectivamente. Hallar la masa atmica promedio del elemento cloro.

a) 10b) 36c) 35,5

d) 36e) 36,5

24. La diferencia de nmeros de neutrones de dos istopos de un elemento es 2 y la suma de los nmeros de masa es 72. Cuntos neutrones tiene el istopo ms pesado, si el tomo neutro de dicho elemento contiene 17 electrones?

a) 16b) 19c) 20

d) 11e) 17

25. In d i qu e co rr ec ta m e nt e la r el ac i n: p ar t cu la - caracterstica.A. neutrn. I. carga elctrica positiva. B. protn. II. carga elctrica negativa. C. electrn.III. sin carga elctrica.D. neutrino.

a) AI, BII, CIII, DIb) AII, BIII, CI, DIc) AIII, BI, CII, DIIId) AIII, BI, CIII, DIIIe) AII, BI, CIII, DIII

26. Seale verdadero (V) o falso (F) segn corresponda:* El nmero atmico define la identidad qumica de un elemento qumico.* El neutrn es la partcula subatmica ms pesada.* La nube electrnica es la zona de mayor densidad del tomo.

a) VVVb) VFVc) VFFd) VVFe) FVF

28. El nmero de masa y el nmero de protones en un tomo estn en la relacin de 16 a 7. Si el nmero de neutrones de su catin pentavalente es 15 unidades mayor que su nmero de electrones. Determine la carga nuclear de dicho tomo.

a) 30 b) 35 c) 40 d) 45 e) 50

29. El elemento X est formado por dos istopos cuya diferencia en el nmero de neutrones es 2. Sabiendo que la masa atmica promedio X del es 63,3; el nclido ms liviano tienen una abundancia de 85 % y es istono con el 62Ni(Z=28). Determinar que relacin presenta el nclido ms pesado con 65Zn (Z= 30).

a) Istopos. b) Isbaros. c) Isoelectrnicos. d) Istonos. e) Ismeros.

30. Los iones E 2- y J 3+ tienen un total de 41 electrones. Si s us n uc le o n es n eu tr o s s um an 4 6. D et er m i ne e l promedio aritmtico de sus nmeros msicos.

a) 88b) 82c) 44

d) 92e) 48

31. La suma de los nmeros de masa de los 5 istopos de un elemento es 360. Si el promedio aritmtico de sus neutrones es 39. Determine la carga nuclear de uno de ellos.

a) 33b) 34c) 35

d) 36e) 37

32. La diferencia de los nmeros de masas de dos istonos es 12 y la suma d e sus nm eros atm ico s es 72. Determine el menor nmero atmico.

a) 23b) 30c) 37

d) 42e) 85

33. La suma de los electrones de los iones J 5- y L 4+ es51. Determine la suma de los electrones de los ionesJ1+ y L2+.

a) 17 b) 35 c) 47 d) 48 e) 51

34. Con respecto a las proposiciones:I. L o s pro to ne s y n eut ro nes s o n d e no m in ad o s nucleones.II. Los protones, neutrones y electrones se denominan partculas subatmicas fundamentales.III. El neutrn es la partcula subatmica fundamental mas pesada.Es correcto afirmar:

a) I y IIb) I y IIIc) II y IIId) Slo IIe) I , II y III

35. Los nmeros msicos de dos istonos se encuentran en la relacin numrica de 7 a 9. Si la diferencia entre sus cargas nucleares es 28. Determine el nmero de masa del tomo ms pesado.

a) 120 b) 122 c) 126 d) 160 e) 204

36. La suma de los nmeros de masa de 3 istopos es 120 y sus nucleo nes neutro s suman 63. Determine el nmero de electrones de un in de este tomo que al oxidarse se transforma en una especie monovalente.

a) 18 b) 19 c) 20 d) 21 e) 22

37. Con respecto a los tomos: 8X(A=17) y 8Y(A=18), se puede afirmar que:

I. El neutrn de X es ms pesado que el neutrn deY.II. X e Y son istopos.III. La relacin de los protones de X a Y es 10 a 9. IV. Poseen igual nmero de electrones.

a) I y IIb) III y IVc) II y IIId) II y IVe) I y III

38. Con respecto a las siguientes especies:

40. Un anin monovalente con 118 partculas subatmicas fundam entales, posee 45 neutrones. Determ ine su nmero atmico.

a) 16 b) 18 c) 32 d) 34 e) 36

41. La relacin entre el nm ero de masa y el nmero atmico de un tomo neutro es de 16 a 7. Si posee 45 n eu tr o n es , c u nt o s e lect ro ne s po se e su c at i n divalente?

a) 43 b) 45 c) 35 d) 37 e) 33

42. En un to mo neutro el nm ero de proto nes es al nmero de neutrones como 3 es a 7. Si su nmero de masa es 80, determine su nmero atmico.

a) 24 b) 56 c) 32 d) 48 e) 104

43. La diferencia de los nmeros atmicos de dos isbaros es 2 y la suma de sus neutrones es 42. Determine el nmero de neutrones del isbaro con mayor carga nuclear.

a) 18b) 20c) 22

d) 24e) 26

44. La diferencia de los nmeros de masa de dos istonos es 1 y la sum a d e sus nm eros at m icos es 69. Determine el nmero atmico del tomo ms ligero.

a) 35 b) 34 c) 33 d) 32 e) 31

45. La suma de los electrones de las siguientes especies isoelectrnicas: S2- y Ca2+ es 36. Si el de mayor carga nuclear posee 22 neutrones, determine su nmero de

Al27313

19 1

F9

masa.

I. El Al3+ posee 10 electrones y es isoelectrnico conel F1-.II. El catin posee 14 neutrones.III. El anin posee 29 partculas subatmicas fundamentales.Es correcto afirmar:

a) Slo I y II b) Slo I y III c) Solo II y IIId) Slo IIe) I , II y III

39. La suma de los nmeros de masa de dos istopos es

a) 17b) 18c) 35d) 37e) 2072. Si en total poseen 38 neutrones, determine la carga nuclear de uno de los istopos.

a) 16b) 18c) 20

d) 38e) 42

46. La suma de los nmeros de masa de dos istopos es42 y su diferencia es 2. Si, adems, el nmero atmico es la mitad del menor nmero de masa. Determine cuntos neutrones posee el istopo ms pesado.

a) 10 b) 12 c) 15 d) 18 e) 30

47. Determine el nm ero de electro nes d e un cati n divalente, cuyo nmero de masa es 200 y en el cual la cantidad de protones es a la cantidad de neutrones como 2 es a 3.

a) 78b) 80c) 82

d) 118e) 122

48. Con respecto a las proposiciones, seale verdadero(V) o falso (F) segn corresponda:* Los nclidos C-12 y C-14 poseen propiedades qumicas similares.* Para dos isbaros: el de mayor carga nuclear presenta menor cantidad de neutrones.* Para dos istonos: la diferencia de sus nmeros msicos es igual a la diferencia de sus nmeros atmicos.

a) VVVb) VFVc) VFF

d) VVFe) FVF

49. En un tomo, la diferencia de cuadrados del nmero msico y el nmero atmico es 60 veces el nmero de neutrones. Si, adems, el nmero de protones es al nmero de neutrones como 3 es a 4. Determine cuntos nucleones posee el tomo.

a) 37 b) 40 c) 42 d) 43 e) 45

50. S e ti en e tr es i s to po s co n n m e ro s d e m as a co nsecutivos. Si el prom ed io d e d icho s nm ero s msicos es 16 y el is to po ms pesado posee 10 neutrones. Determine la suma de los neutrones de los otros dos.

a) 14 b) 15 c) 16

e) To d o s lo s to m o s s iem pre tien en pr o to ne s y neutrones en su ncleo atmico.

54. Responda verdadero (V) o falso (F) segn corresponda:

I. Histricamente, el neutrn fue la primera partcula subatmica en descubrirse.II. Dado que un ncleo puede emitir electrones, el ncleo de un tomo est conformado por protones, neutrones y electrones.III. El nmero de neutrones de un tomo puede calcu-larse restando el nmero atmico del nmero de masa.

a) VVVb) VFF c) FVVd) FVF e) FFV

55. El elemento boro (m.A. = 10,8) est formado por dos istopos naturales que se diferencian en 1 neutrn. Sabiendo que las abundancias estn en una relacin de 1 a 4 y el nclido ms pesado, es ms abundante. Determine el nmero de masa del istopo ms liviano.

a) 10 b) 11 c) 12 d) 13 e) 9

d) 17 e) 19

51. Co m p letar el siguien te cuad ro para las espe cies

56. Par a la e sp ec ie q u mi ca :proposicin incorrecta:

108

Ag47

, i nd iq ue l a

isoelectrnicas: K 1+ S 2-

ESPECI EZe-An

K1+21

S2-3418

Qu relacin existe entre el catin K+1 y el Ca-40 (Z=20)?

a) El nmero atmico de la plata es 47.b) En 10 tomos de plata, existen 610 neutrones. c) El catin plata contiene 48 electrones.d) El nmero de nucleones de la plata es 108.e) En 10 tomos de plata, existen 470 protones.

57. Seale como verdadero (V) o falso (F) las proposiciones siguientes:I. El protn y el neutrn tienen la misma masa.

8Caa) Istopos. b) Isbaros.c) Istonos. d) Hlidos. e) Isoelectrnicos.

II. El 23 Na1

11electrones.

y 16 O 2

el tienen el mismo nmero de

20III. El 40

40 ti en e n ig ua l n m ero d e

52. La diferencia de cuadrados entre l nmero de masa y l nmero atmico de un tomo neutro es 2580. Si posee 30 neutrones, determine su carga nuclear.

a) 28 b) 58 c) 86 d) 114 e) 144

53. Seale la proposicin incorrecta:a) Todos los tomos tienen protones.

Ary18neutrones.

a) FFF b) FVF c) FVVd) VFVe) VVV

58. Cules de las siguientes proposiciones son correctas?I. En el ncleo, se generan una diversidad de partculas subatmicas.II. Los electrones estn formados por quarks.

26b) La especie qumica monoatmica 56 E 3

tiene 30

III. L o s electro nes pertenecen a la fam ilia de lo shadrones.

neutrones.

15c) El in 31P 3

a) Slo Ib) Slo IIc) Slo IIId) I y IIIe) II y IIItiene 18 electrones.

d) En toda especie qumica monoatmica neutra, el nmero de protones es igual al nmero de electrones.

59. Un catin divalente y un anin trivalente poseen igual nmero de electrones y 71 protones totales. Si el catin posee 50 neutrones. Cul es el nmero de masa del catin?

a) 49 b) 76 c) 88 d) 91 e) 33

60. Si un elemento tiene dos istopos, qu proposiciones son correctas:I. La masa atmica relativa promedio siempre es mayor que la masa atmica relativa del istopo ms liviano y menor que la masa atmica relativa del istopo ms pesado.

II. Si la masa atmica relativa promedio de un elemento es aproximadamente el promedio de las masas atmicas relativas de sus istopos; entonces, la abundancia relativa de cada istopo es aproximadamente 50%.III. En una determinada cantidad de tomos se encon- trar que la mayor parte de estos tienen una masa igual a su masa atmica relativa promedio expre- sada en uma.

a) II y IIIb) IIc) I y IIId) I y IIe) I,II y III

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