MATERIA Y CAMBIO
Maestra en Biotecnología: María del Carmen S. Barrios Martínez
Bibliografía
• Philips, J.S. Strozac, V.S. Wistrom, C. 2007. Química, conceptos y aplicaciones. 2ª Edición. McGraw-Hill – Interamericana. China.
• Dingrando, L., Gregg, K., Hainsen, N. y C. Wistrom. 2002. Química: Materia y Cambio. McGraw Hill. Bogotá Colombia.
• 1.1. Relevancia del estudio de la ciencia de la materia
CH4 +2 O2 CO2 + 2H2O
Trabajo entre 4 alumnos: • ¿Qué importancia tiene ésta reacción para el hombre? • ¿Qué Protocolo Internacional está vinculado a la reacción? Tiempo para la actividad: 5 minutos
CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O
+ 890 KJ / mol
Respuestas Calentamiento global: sequias, inundaciones, plagas, derretimiento de glaciares,
pérdida de costas, extinción de especies, etc. Protocolo de Kioto: emitido en 1998, con el fin de que los países del Anexo I,
reduzcan sus emisiones de GEI a un nivel inferior en no menos del 5% al de 1990, en el período entre 2008 y 2012.
Naciones Unidas. 1998. En: http://unfccc.int/resource/docs/convkp/kpspan.pdf
Contexto Tecnológico
• Aplicaciones de los polímeros:
– Pinturas
– Industria del plástico
– Industria farmacéutica
– Industria textil
– Enceres domésticos
– Órganos artificiales
– Juguetes
Contexto Social y Ambiental
• Identificación y comportamiento de contaminantes – De fuentes móviles
– De fuentes fijas
• Salud Pública – Descubrimiento de nuevos fármacos y vacunas
• Alimentos – Desarrollo de agroquímicos
Contexto Social y Ambiental
• Un ejemplo del estudio de la química de la atmósfera es el de Mario Molina, merecedor del Premio Novel de Química en el año de 1995, por su análisis de química de la atmósfera, específicamente de los CFC’s y su efecto en el adelgazamiento de la capa de ozono. De lo cual surgió el Protocolo de Montreal en el año de 1987.
Contexto económico:
• Un país de los llamados “de primer mundo” tiene mayor desarrollo científico, lo que da como resultado un mayor número de patentes y a partir de eso surge el auge industrial y un mejor nivel económico y social de la población
1.1.2. Importancia estratégica del estudio de la ciencia de la materia en el desarrollo
sostenible de las comunidades
• Desarrollo sustentable se define como: “la capacidad de los ecosistemas de mantenerse a sí mismos mientras proporciona servicios a los seres humanos” (Mader, 2008).
• Recordemos que todos los diversos materiales proceden de los ecosistemas
Mader, S. 2008. Biología. 9ª Ed. McGraw Hill. China
Servicios que nos proporciona el ambiente
inab.gob.gt
http://www.cruceroclick.com/ficha.php?id=237
http://www.easyviajar.com/alemania/la-selva-negra-102
Importancia del estudio de los materiales en el desarrollo sustentable
• ¿Qué servicios ambientales nos brindan los ecosistemas?
• ¿Qué afectaciones (acciones o materiales que el humano vierta en los ecosistemas) causan un daño en los servicios ambientales?
• ¿Cuál es la importancia del estudio de la materia y sus cambios en el desarrollo sustentable de los ecosistemas?
1.1.2. Importancia estratégica del estudio de la ciencia de la materia en el desarrollo
sustentable de las comunidades
• El desarrollo no sustentable nos condujo a catástrofes ambientales, lo que a su vez nos llevó a la Producción más limpia, es decir al análisis de las diversas entradas y salidas de un proceso (llámese producción industrial). Mediante este análisis se sustituyen materias primas, operaciones unitarias y reacciones (procesos) y se reusan, reciclan y se les dan diversos tratamientos y destinos a los subproductos y residuos
¿A que nos condujo el desarrollo no sostenible?
• Ambiente irritante, que provoca
enfermedades respiratorias y cáncer
• Ambiente inhóspito
• Aumento de casos de cáncer en la
piel
• A la destrucción del hábitat
• A la extinción de fauna y vegetación
• A la ruptura de los ciclos
biogeoquímicos
• En resumen a la pérdida de muchos
de los servicios ambientales que nos
presta nuestro planeta
catarsismgap.blogspot.com
unchanchocolorrosa.blogspot.com
1.2. Definición de química
• La Química es el estudio de la materia y de sus cambios (Dingrando y col., 2002)
• La Química se encarga del estudio de las propiedades de la materia y los cambios que en ella se producen. Los elementos y los compuestos son sustancias que forman parte de las transformaciones químicas (Chang, 2008)
1.2. Ramas de la química
1.3. Método científico
http://www.youtube.com/watch?v=otjLE2jSQk0
http://www.wolframalpha.com/input/?i=chemistry
Science and the Scientific Method
Today the term science has come to have three major meanings (Source:
See my Research Report #1, “What Is Science?”):
1. The domains of activities termed “sciences” – the term “science” is used
to identify the various sciences, or domains of activity. First to be
recognized were the natural sciences, such as physics, astronomy,
chemistry, geology, and biology. The human and social sciences have also
been termed sciences. Some of these are psychology, economics,
education, geography, and sociology. But my research raises the question
whether they have yet reached the status of sciences based on a strict
interpretation of the word science. Their professional societies have not yet
recognized and required use of the scientific method.
2. Science has long been noted as representing bodies of knowledge
accumulated in various domains.
3. “Science is its method.” “Science is fundamentally method.” “Science is
a process.” “Science is a method of thought.” These and similar statements
are found throughout the literature describing science, with frequent
mention, beginning in the 19th century, that its method is the scientific
method or scientific method.
Conclusion. The most significant meaning of the three is that science is
fundamentally method, for its method is what produces the bodies of reliable
knowledge in various domains.
Definition of Scientific Method
A short good definition of scientific method is:
The scientific method is the basic method, guide, and system by which we
originate, refine, extend, and apply knowledge in all fields.
Define Scientific Method
While the method was largely developed by scientists, it is also a general
method for all domains. Thus it is:
The Complete Method of Problem Solving and Decision Making for All
Fields
1.3. Método científico
• El método científico como tal se describe en los tres
primeros rectángulos del diagrama
• ¿Detalla las partes del método científico que no se
muestran en el diagrama?
¿Qué es ciencia?
Ciencia es un método sistemático para
continuar la investigación, que se basa en:
o la observación,
o hipótesis científica,
o experimentación, y
o construcción de teorías,
que llevan a explicar un fenómeno natural,
proceso u objeto y permanece abierto para
futuras investigaciones
La ciencia no es un cuerpo de
conocimientos acerca del
universo.
La Ciencia
representa un proceso para proponer
y refinar Teorías
Método científico
Representa un patrón general de las etapas
de la actividad mental que ocurren en el
método maestro, que se usa para
o obtener,
o refinar,
o Extender - entender
o y aplicar el conocimiento en todos los
campos
1.3. Sistema Internacional e Inglés de medición
Sistema Inglés Por Sistema Internacional
Nombre Símbolo Símbolo Nombre
pie ft 0.3048 m Metro
pulgada in 2.54 cm Centímetro
libra lb 453.6 g Gramo
Grados Fahrenheit ºF 0.555 (ºF-32) ºC Grados
centígrados
Grados
centígrados
ºC (del SI) 1.8(ºC) +32 ºF Grados Fahrenheit
Grados Kelvin K (del SI) 1.8 (ºK) – 459.67 ºF Grados Fahrenheit
Grados Fahrenheit ºF 0.555 (ºF+ 459.67) K Grados Kelvin
Acre Acre 0.4047 ha Hectárea
Pie cuadrado ft2 9.2903 x 10 -2 m2 Metro cuadrado
Pie cúbico ft3 28.3168 L Litro
Atmósfera atm 1.0133 x 10 2 kPa (KN/m2) Kilopascal
1.3. Cantidad de sustancia
La unidad de cantidad de sustancia es un mol (en el SI), es decir el peso de una molécula
Ejemplo:
H2O (agua)
Peso de un mol de agua = H (1 g X 2) + O (16 g)
un mol de agua pesa 18 g
http://www.youtube.com/watch?v=xHRAFlF9AeM&feature=related
Densidad
La densidad es la relación de la masa de un objeto con su volumen. Con frecuencia las unidades de densidad son gramos por centímetro cúbico (g/ cm3) o gramos por mililitro (g/ mL)
Densidad = masa
volumen
• 1 cm3 = 1 mL
Problemas
¿Cual es el volumen de una muestra que tiene una masa de 15 g y una densidad de 4 g/mL ?
¿Cuantos moles hay en 73 g de H2SO4?
TODO CONOCIMIENTO ES LA RESPUESTA A UNA CUESTIÓN,
A UN PROBLEMA
CH4 +2O2 CO2 + 2H2O
16 g + 32 g 44 g + 18 g
48 g 62 g
16 g + 64 g 44 g + 36 g
80 g 80 g
Cantidad de sustancia, cuya unidad es el
mol
masa
La masa es la cantidad de materia de un objeto
Sin embargo, para estudiar una reacción química
es esencial conocer que sustancias intervienen y
cuales se forman
Por lo que ya no basta con hablar de masa
Por lo que se introdujo una nueva magnitud, en
los inicios del siglo XX
Esa magnitud es “cantidad de sustancia”, que se
representa con una n
¿Que es un mol?
La iupac (international union of pure and applied chemistry) definió al mol, que es la unidad de cantidad de sustancia como: Es la cantidad de sustancia de un sistema el cual contiene muchas entidades elementales como átomos hay en 12 gramos de Carbono - 12
Es decir:
Tienen el mismo
número de átomos
A ese número
constante de
átomos se le conoce
como número de
Avogadro
N A = 6.022 X 10 23
entidades / mol
El número de Avogadro corresponde a átomos, iones o
electrones
Problemas
1. Recomienda que ropa deberá llevar Irene a Francia si en promedio la
temperatura fluctúa entre 40ºF y 83ºF
2. Un ganadero produce 1,000 ft3 de leche al día. ¿Cuántos litros produce
anualmente?
3. Un químico tiene 300 g de cloruro de calcio (CaCl2) y requiere preparar una
solución 2.5 molar de dicho compuesto. ¿Cuántos gramos requerirá pedir al
almacén para poder preparar la solución?
4. ¿Cuál es el volumen de una muestra que tiene una masa de 34 g y una
densidad de 7.4 g/mL?
5. ¿Cuántos moles de bromuro de estroncio (SrBr2), hay en 17 g de dicha
sustancia?
6. Una muestra de oro se coloca en una probeta de 50 mL, que contiene 15
mL de agua. El nivel del agua subió a 26 mL. ¿Cuál es la masa de la
muestra de oro?
Densidad del oro 19.3 g / mL
2. Organización y comportamiento de la materia
2.1. Materia y energía
Conceptos de materia y energía
Estados físicos de la materia (estados de agregación)
Diferencias entre propiedades físicas y químicas de la materia
Tipos de materia, de acuerdo a su composición:
Elementos
Compuestos
Mezcla homogénea
Mezcla heterogénea
2. Organización y comportamiento de la materia
2.2. Definir y distinguir cambio físico y cambio químico
Definir los cambios de estado de la materia
Diferencias entre propiedades y cambios de las sustancias
2.3. Métodos de separación de las mezclas
Definición de energía
Observa el video y contesta las siguientes preguntas
1. ¿Qué es energía?
2. ¿Qué tipo de energía utilizó el señor para subir el trineo a la colina?
3. ¿De donde salió la energía contenida en las plantas (el alimento del señor)?
4. ¿Qué energía adquirió el trineo al estar en lo alto de la montaña?
5. ¿En qué tipo de energía se transforma la energía potencial al bajar el trineo por la colina?
6. ¿Qué dice la ley de la conservación de la energía?
http://www.youtube.com/watch?v=zPVF0iilvfc&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=KsHp6uYjFbk&NR=1
2. Organización y comportamiento de la materia
Concepto de energía:
Energía es la capacidad de producir trabajo. En un sistema aislado no existen pérdidas ni ganancias energéticas, tan sólo transformaciones. La materia se considera una forma condensada de
energía.
La ley de la Conservación de la energía dice “La energía de un sistema aislado
permanece sin cambios”
Comúnmente se menciona: “La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma”
Transformaciones de la energía
Desarrolla con tu compañero de banca un esquema que explique como se transforma la energía proveniente del sol cuando llega a la Tierra, para los casos mostrados en las fotografías:
Los tipos de energía pueden ser:
- química, contenida en alimentos y combustibles
- luminosa, la proveniente del sol
- nuclear (fusión de dos núcleos de hidrógeno, convirtiéndose en helio), proveniente del sol
- cinética, la del movimiento
- potencial, la de posición
- eléctrica, la de los electrones
TRANSFORMACIONES DE LA ENERGÍA
2. 1. Conceptos de materia y energía
¿Cómo se transforma la energía?
Energía potencial del agua en lo alto
Energía cinética caída del agua
Energía eléctrica (en un transformador)
Hidroeléctrica
Termoeléctrica
Energía cinética De las moléculas del
vapor
Energía química del combustible
Energía eléctrica
2. Organización y comportamiento de la materia
¿Cómo se transforma la energía?
Energía química de los alimentos
Energía química de los ATP
Metabolismo, trabajo, aprender, etc
Cuerpo humano
Avión
La energía cinética de las moléculas del combustible, mueve pistones en motor
Energía química del combustible
El avión se eleva
2. Organización y comportamiento de la materia
La energía se cuantifica en jouls
Jouls (J, SI) = energía necesaria para levantar un cuerpo de 1 Kg a una altura de 10.2 cm, en el nivel del mar También la energía se mide en calorías (cal, sistema inglés) que es la cantidad de calor que se debe transferir a 1 g de agua para elevar su temperatura 1º C. Factor de transformación entre calorías y jouls es 1 cal = 4.18 J; 1 J = 0.2388 cal
2. Organización y comportamiento de la materia
¿Qué es MATERIA?
Materia: es cualquier cosa que tiene masa y ocupa un espacio. Éstas dos propiedades son las características típicas de la materia.
La materia se clasifica de acuerdo a su estado físico o su estado de agregación, en sólido, líquido, gaseoso y plasma
Estados de agregación de la materia
Tomado el 21 de agosto de 2010 de: http://platea.pntic.mec.es/
Tomado el 22 de agosto de 2010 de: http://www.fondos10.net/wp-content/uploads/2009/11/Diques-en-el-hielo.jp g
¿De qué dependerá
el estado de
agregación de la
materia?
PLASMA
El 99% del universo
visible
es PLASMA
Materia
Elementos (115)
Compuestos
Mezclas
Mezcla heterogénea
Sustancias puras
Mezcla homogénea
Separación por métodos físicos
Separación por métodos químicos
Partículas subatómicas
Separación por métodos nucleares
De acuerdo a su composición, la materia se clasifica en:
Tipos de materia de acuerdo a su composición
Elementos
Es una sustancia que no se puede separar en sustancias más simples por métodos químicos
Compuestos
La mayoría de los elementos interactúan con uno o más elementos para formar compuestos. Esta nueva sustancia es diferente a las sustancias que le dieron origen. Solo pueden separarse por medios químicos en sus componentes puros
Tipos de materia de acuerdo a su composición
Compuestos
2 KClO3 → 2KCl + 3 O2
CaCO3 → CaO + CO2
Tipos de materia de acuerdo a su composición
La composición de la mezcla es la misma en toda la disolución. Ejemplos: azúcar en agua, cloruro de sodio en agua
La composición de la mezcla no es homogénea
Ambas mezclas se pueden separar por métodos físicos
Mezclas homogéneas
Mezcla heterogénea
Tipos de materia de acuerdo a su composición
EN PAREJAS DA TRES EJEMPLOS DE CADA TIPO
DE MATERIAL:
Elemento
Compuesto
Mezcla homogénea
Mezcla heterogénea
Para el próximo miércoles, hacer en parejas la siguiente actividad:
Un modelo o una maqueta de tamaño carta,
donde se muestren los siguientes materiales:
1. Elemento
2. Compuesto
3. Mezcla homogénea y
4. Mezcla heterogénea
Los materiales tienen que estar en tu casa, no
compres nada, si acaso la base del modelo
Métodos de separación de mezclas heterogéneas y homogéneas
Filtración: es una técnica que usa una barrera porosa para separar un sólido
de un líquido
Destilación: esta técnica se basa en las diferencias de los puntos de ebullición de las sustancias involucradas
Cristalización: esta técnica de separación da como resultado la formación de partículas sólidas puras de una sustancia, a partir de una solución que tiene dicha sustancia disuelta
Cromatografía: es una técnica que separa los componentes de una mezcla (fase móvil) aprovechando la tendencia de cada componente a desplazarse por la superficie de otro material (fase estacionaria)
Centrifugación: es una técnica de separación de mezclas heterogéneas que aprovecha la fuerza centrífuga para acelerar la sedimentación de los sólidos, que dependerá, también de la densidad de los componentes
Métodos físicos de separación
http://www.youtube.com/watch?v=mBT-G_HKzgM&feature=fvst
http://www.youtube.com/watch?v=zvLjiU6CJoI&feature=related
Métodos de separación de mezclas heterogéneas y homogéneas
Filtración ( ):
Destilación ( ):
Cristalización ( ):
Cromatografía ( ):
Centrifugación ( ):
Métodos físicos de separación
Mezclas
heterogéneas
Mezclas
homogéneas
Mezclas
homogéneas
Mezclas
heterogéneas
Mezclas
homogéneas
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
LA MATERIA TIENE DOS TIPOS DE PROPIEDADES
Propiedades físicas
Propiedades químicas
Propiedades y cambios
de la materia
Propiedades físicas de la materia: Las propiedades físicas de la materia son aquellas que se pueden medir y observar sin que cambien la composición o identidad de la sustancia
Ejemplos: color, olor, sabor, dureza, punto de fusión, punto de ebullición (cambios de estado), densidad, masa, brillo
Propiedades físicas
Intensiva: no dependen de la cantidad (densidad), punto de ebullición y de fusión
Extensiva: dependen de la cantidad de sustancia presente (masa)
Propiedades y cambios
de la materia
propiedad química.- es aquella que puede ser observada mediante la alteración de la composición química de la sustancia
A + B C + D
“Esa alteración se logra mediante una reacción química”
Ejemplos: calor de combustión, lo que sucede cuando se hace reaccionar a la sustancia con ácidos o bases (ejemplo el cobre al reaccionar con el amoniaco forma una solución color azul), corrosividad, toxicidad, explosividad
SIEMPRE QUE HAY UNA REACCIÓN QUÍMICA SE
PUEDE MEDIR Y OBSERVAR UNA
PROPIEDAD QUÍMICA DE LA MATERIA
UNA REACCIÓN QUÍMICA PROVOCA
UN CAMBIO QUÍMICO DE LA
MATERIA
POR LO REGULAR, DURANTE UN CAMBIO
QUÍMICO, TAMBIÉN EXISTE UN CAMBIO
FÍSICO
DURANTE UN CAMBIO FÍSICO NO
HAY UN CAMBIO QUÍMICO
EL CAMBIO FÍSICO Y EL CAMBIO QUÍMICO DE LA MATERIA SON
LAS ACCIONES
Y LO QUE MIDES DURANTE ESOS CAMBIOS SON LAS
PROPIEDADES FÍSICAS O QUÍMICAS
Propiedades y cambios
de la materia
Actividad en clase, a realizar en parejas:
Hacer una tabla en tu cuaderno, con los datos que se te piden:
http://www.librosvivos.net/smtc/PagPorFormulario.asp?idIdioma=ES&TemaClave=1072&est=0
Propiedades físicas de la materia
Propiedades químicas de la materia
1. 1.
2. 2.
3. 3.
Propiedades y cambios
de la materia
Mediante cambios físicos puedes medir las propiedades físicas de la materia
Muchas de las propiedades físicas de la materia se pueden observar, sin tener que provocar un cambio físico, como por ejemplo el brillo y el color
Mediante cambios químicos puedes medir las propiedades químicas de la materia
Y solamente mediante los cambios químicos, se pueden medir y observar las propiedades químicas de la materia
Propiedades y cambios
de la materia
Sustancia Color Estado a
25ºC
Punto de
fusión (ºC)
Punto de
ebullición
(ºC)
Densidad
(g/cm3)
NaCl Blanco Sólido 801 1413 2.17
Sacarosa Blanco Sólido 185 Se
descompone
1.59
Agua Incolora Líquido 0 100 1.00
Mercurio Plata Líquido -39 357 13.5
Oxígeno Incoloro Gas -218 -183 0.0014
Propiedades y cambios
de la materia
Combustión completa del metano: C + O2 CO2 + 14100 BTU/ libra de C 2H2 + O2 2H2O + 61100 BTU / Libra de H
Propiedad química
Calor de combustión
Resumen de la Unidad 2
1. Energía es la capacidad de producir trabajo. En un sistema aislado no existen pérdidas ni ganancias energéticas, tan sólo transformaciones.
2. La materia tiene dos propiedades que juntas la caracterizan, y éstas son que ocupa un lugar en el ESPACIO y que tiene MASA. La materia está constituida por moléculas
3. De acuerdo a su estado físico o el estado de agregación de la materia, se clasifica en sólido, líquido, gaseoso y plasma
4. La materia, de acuerdo a su composición puede ser: sustancia pura (elementos y compuestos), mezclas (homogéneas y heterogéneas)
5. Los métodos de separación usados para separar mezclas son: filtración, destilación, centrifugación, cristalización, cromatografía e imanación
Resumen
6. Las propiedades físicas y químicas de la materia nos sirven para describir su utilidad
7. Las propiedades físicas y químicas de la materia nos sirven para describir su impacto en el medio ambiente
3. Estructura atómica Definición de átomo
Átomo: es la unidad más pequeña de un elemento que puede participar en un cambio químico No es posible dividir a un átomo mediante procesos químicos El filósofo griego Demócrito (460-370 a.C.) propuso el concepto de átomo hace más de dos mil años, y dijo: «La materia está formada por partículas fundamentales llamadas átomos» Aristóteles negó la teoría de Demócrito…..y así pasaron dos mil años
Modelos atómicos de Dalton, Thomson y Rutherford
Modelo de Dalton (1766-1844).- marcó el inicio del desarrollo de la teoría
atómica moderna Puntos principales de la teoría atómica de Dalton (1808):
Toda la materia se compone de partículas extremadamente pequeñas llamadas átomos todos los átomos de un elemento dado son idénticos y tienen el mismo tamaño, la misma masa y las mismas propiedades químicas. Los átomos de un elemento son diferentes a los de otro elemento Los átomos no pueden crearse, dividirse en partículas mas pequeñas ni destruirse Diferentes átomos se combinan en relaciones simples de números enteros para formar compuestos En una reacción química, los átomos se separan, se combinan o se reordenan
Para Dalton, no existen partículas subatómicas y el átomo no se puede
dividir en partículas más pequeñas
Modelos atómicos de Dalton, Thomson y Rutherford
Actividad en parejas: con la información que se te proporcionará e investigando, elaborarás con tu compañero la línea de tiempo del desarrollo de la Teoría Atómica. Iniciando con Demócrito y terminando con el modelo de la mecánica cuántica actual de Erwin Schrödinger
La siguiente liga te ayudará en tu trabajo http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/atomo/modelos.htm
Modelo de Thomson (1856-1940)
Varios científicos habían observado que durante una descarga en un tubo de rayos catódicos existía una corriente de partículas cargadas y que esas partículas tenían una carga negativa A esas partículas se les denominó ELECTRONES Dichos científicos no pudieron determinar la masa de los electrones, y fue Thomson el que determinó lo siguiente:
La masa de la partícula cargada es mucho menor que la de un átomo de hidrógeno, que es el átomo conocido más liviano Por lo que se concluyó que existían partículas más pequeñas que el átomo (partículas subatómicas)
Para Thomson, existen partículas subatómicas (electrones) y determinó
que la masa de un electrón es mucho menor que el peso del hidrógeno
Modelos atómicos de Dalton, Thomson y Rutherford
Modelos atómicos de Dalton, Thomson y Rutherford
Modelo de Thomson: DEL PASTEL CON PASAS: donde el pastel
es una carga positiva uniforme y los electrones son las pasas
- -
-
-
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- -
-
Modelos atómicos de Dalton, Thomson y Rutherford
Modelo de Rutherford (1871-1937): Premio Novel de Química en
1908 Diseñó un experimento en el cual pasaría partículas alfa a través de una lámina delgada de oro, rodearía dicha lámina con una pantalla recubierta con sulfuro de zinc, donde hallaría la trayectoria de las partículas alfa El predijo que las partículas alfa pasarían en línea recta la lámina
Modelos atómicos de Dalton, Thomson y Rutherford
Modelos atómicos de Dalton, Thomson y Rutherford
Rutherford concluyó que el modelo de Thomson no era correcto,
ya que encontró ciertas trayectorias de las partículas alfa con ángulos muy grandes Concluyó que: Un átomo está conformado en su mayor parte por espacio vacío, a través
del cual se mueven los electrones Existe una diminuta y densa región que denominó núcleo, ubicado en el
centro del átomo, que contiene toda la carga positiva del átomo y casi toda su masa
Los electrones se mantienen dentro del átomo por su atracción con el núcleo
Modelos atómicos de Dalton, Thomson y Rutherford
Modelo atómico de Rutherford
Núcleo, en el
centro del átomo,
con carga
positiva y casi
toda su masa
3.3. Partículas subatómicas
¿Cómo Chadwick descubrió la existencia de los neutrones?
"Pero persistía un problema: los núcleos eran muy pesados. Los núcleos de helio tenían el doble de carga que un protón pero 4 veces la masa. Por un tiempo los científicos se preguntaron si los núcleos de helio contenían 4 protones y 2 electrones. Entonces en 1932 Chadwick descubrió el neutrón y fue cuando se entendió que los núcleos de helio contenían 2 protones, 2 neutrones y ningún electrón. Una forma de fuerza nuclear ("la fuerza nuclear débil") controlaba la relación entre neutrones y protones". http://www-istp.gsfc.nasa.gov/stargaze/MLs7adisc.htm
3.3. Partículas subatómicas
Chadwick y su descubrimiento
He Peso: 4 g
+
+
+ +
Las partículas que
neutralizan esas
cargas iguales son los
neutrones
Problema
Experimento con
Rayos X
Concluyó
3.3. Partículas subatómicas
En 1932 un colaborador de Rutherford de nombre James Chadwick (1891-1974) demostró que: El núcleo también contenía otra partícula subatómica
neutra llamada neutrón Un neutrón tiene una masa casi igual a la de un
protón, pero no tiene carga eléctrica
3.3. Partículas subatómicas
Por lo tanto las 3 partículas subatómicas: protón, neutrón y electrón forman los bloques fundamentales de los átomos Todos ellos en conjunto forman la masa de un átomo 99.97% de la masa de un átomo está contenida en el núcleo Como el átomo es eléctricamente neutro, entonces existe el mismo número de protones y de electrones
3.3. Partículas subatómicas
Partícula Símbolo Ubicación Carga
eléctrica
Masa
relativa
Masa real
(g)
Electrón e - En el espacio
que rodea al
núcleo
1 - 1 / 1840 9.11 X 10 -
28
Protón p - En el núcleo 1 + 1 1.67 X 10 -
24
Neutrón nº En el núcleo 0 1 1.67 X 10 -
24
Propiedades de las partículas subatómicas
Historia de modelos atómicos:
http://www.acienciasgalilei.com/videos/atomo2.htm
Distinguir entre el número de masa (A), número atómico (Z), y masa
atómica promedio
Número atómico.- El científico inglés Henry Moseley (1887-1915) descubrió que los átomos de cada elemento tienen una carga positiva única en sus núcleos Por lo tanto el número de protones de un átomo lo
identifica como átomo de un elemento y se le conoce como número atómico "Z"
Debido a que todos los átomos en su estado elemental son neutros, entonces el número de protones es igual al número de electrones
Distinguir entre el número de masa (A), número atómico (Z), y masa
atómica promedio
Entonces la huella digital de cada átomo es su número
atómico o número de protones
En los átomos en estado neutro, el número atómico es igual al
número de electrones
Distinguir entre el número de masa (A), número atómico (Z), y masa
atómica promedio
Número de masa "A" Para comprender el concepto de número de masa debemos revisar el concepto de isótopo Isótopos son todos los átomos con igual número de protones y diferente número de neutrones Ejemplo la plata con número atómico 47, existe en la naturaleza como:
Ag – 107 y como Ag 109 (en las tablas periódicas viene la plata 107 que es la más común El 107 y el 109 se refieren a los números de masa (A)
http://www.youtube.com/watch?v=6w7raarHNA8&feature=related
Distinguir entre el número de masa (A), número atómico (Z), y masa
atómica promedio
Número de masa A Para calcular el número de masa se suma el número de protones y de neutrones 1.- Calcula el número de masa del siguiente isótopo de potasio:
19 protones 20 neutrones
2.- ¿Cuantos electrones tendrá dicho isótopo de potasio? ¿Cuál es el número atómico del potasio?
Distinguir entre el número de masa (A), número atómico (Z), y masa
atómica promedio
Número de masa = número de protones + número de neutrones Número de neutrones = número de masa – número de protones
Sigue la liga para: El cálculo del número de protones, neutrones y electrones de diversos elementos http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_int
eractiva_materia/curso/materiales/atomo/aconstruir.htm
Distinguir entre el número de masa (A), número atómico (Z), y masa
atómica promedio
La masa atómica promedio de un elemento es la masa promedio de sus isótopos
Actividad en parejas:
Definir: elemento, isótopo, ión, anión, catión
3.4. Iones e isótopos
Elemento: es una sustancia pura que no se puede descomponer en sustancias más simples por medios físicos o químicos
Isótopo: son todos los átomos con igual número de protones y diferente número de neutrones
Ión: es un átomo o grupo de átomos que tiene una carga neta positiva o negativa. El número de protones del núcleo permanece igual, durante la reacción química, pero puede perder o ganar electrones
Iones e isótopos
La pérdida de electrones forma un catión: Na+
La ganancia de electrones forma un anión: Cl-
Na+
Cl-
O2-
F-
Ca2+
Iones
Elemento Catión Anión
N
Cl
C
Ca
Cr
P
Da dos ejemplos de aniones y/o cationes de los siguientes elementos:
Iones e isótopos
1. ¿Cuantos electrones tienen los siguientes elementos?
galio, titanio, helio, flúor
2. Un átomo de carbono tiene un número de masa de 12 y un número atómico de 6. ¿Cuántos neutrones tiene?
3. ¿Que carga tiene el núcleo?
4. ¿Cuál fue la contribución de Henry Moseley a nuestra comprensión del átomo?
5. ¿Cómo se determina el número de neutrones de un átomo si se conoce su número de masa y su número atómico?
Iones e isótopos
6. ¿Qué partícula subatómica descubrieron los investigadores que trabajaron con los tubos de rayos catódicos?
7. ¿Qué partes de la teoría de Dalton resultaron equivocadas?
8. ¿Qué partículas se encuentran en el núcleo de un átomo?
9. ¿En que difirieron los resultados del experimento de Rutherford, de la lámina de oro, con su hipótesis planteada?
10. ¿En base a dichos resultados, que concluyó?
Calcula el número de protones, electrones y neutrones de los siguientes átomos
Protones
Electrones Neutrones Masa atómica
o número de
masa
C+4
U 235
H 2
N+5
Al+3
As -3
Problemas del modelo de Rutherford
El modelo atómico de Rutherford no explicó como estaban ordenados los electrones en el átomo
Tampoco explicó como es que los electrones no eran atraídos por el núcleo del átomo
Tampoco explicó cuales eran las diferencias en el átomo que originaban los diferentes comportamientos químicos de los elementos
3.5. Modelo atómico de Bohr
Niels Bohr un joven físico que trabajaba en el laboratorio de Rutherford en 1913, propuso un modelo cuántico para el átomo de hidrógeno que pareció aclarar la localización del electrón
Bohr postuló que el átomo de hidrógeno tiene solo ciertos estados de energía permisibles
El estado de energía más bajo de un átomo es el estado raso o estado basal
Cuando un átomo gana energía se dice que se encuentra en un estado excitado de energía
http://www.youtube.com/watch?v=PH24Y4PKPsY&feature=related
3.5. Modelo atómico de Bohr
Bohr sugirió que aunque el hidrógeno solo tiene un electrón, puede tener muchos estados excitados diferentes
Sugirió que el electrón único del átomo de hidrógeno se mueve alrededor del núcleo solo en determinadas órbitas circulares permitidas
Cuanto menor sea la órbita del electrón menor será su estado de energía o nivel de energía
3.5. Modelo atómico de Bohr
Cuanto mayor sea la órbita del electrón, tanto mayor será el estado de energía del átomo
Bohr asignó un número cuántico, n, a cada órbita e incluso calculó el radio de la misma
Para la primera órbita, la más cercana al núcleo, n = 1 y el radio de la órbita es 0.0529 nm;
Para la segunda órbita, n=2 y el radio es 0.212 nm, y así sucesivamente
Modelo atómico de Bohr
Cuánto mayor sea el estado excitado, más alejado estará el electrón del núcleo (y menos fuerte estará unido al núcleo)
Para que el electrón
suba de nivel de energía, requiere energía
Cuando el electrón pasa a un nivel de energía más bajo libera un fotón
El primer nivel cuántico es el estado basal, n = 1 (estado basal o raso)
Agregar un cuanto de energía al e-
Libera un fotón
n=1
n=2
n=3
n=4
Resumen Unidad 3. Estructura atómica
1. Átomo: es la unidad más pequeña de un elemento que puede participar en un cambio químico
2. Según Dalton, “Toda la materia se compone de partículas extremadamente pequeñas llamadas átomos”. Los átomos no pueden crearse ni dividirse en partículas más pequeñas
3. Los átomos se combinan en relaciones simples de números enteros (Dalton)
4. Thomson descubrió a las partículas negativas y las llamó electrones y afirmó que debían de existir partículas más pequeñas que el átomo (partículas subatómicas)
Resumen Unidad 3. Estructura atómica
5. El Modelo de Thomson es llamado Pastel con pasas
6. El Modelo de Rutherford no está de acuerdo con el modelo de Thomson. El afirmó que en el átomo los electrones se mueven en un gran vacío alrededor del núcleo
7. Que el núcleo del átomo es una materia muy densa y que contiene toda su carga positiva, contenida en los protones y casi toda su masa
8. James Chadwick (1891-1974) demostró que el núcleo también contenía otra partícula subatómica neutra llamada neutrón
9. Este neutrón tiene casi la misma masa de un protón, pero no tiene carga
10. El número de protones de un átomo lo identifica como átomo de un elemento y se le conoce como número atómico (Moseley)
Resumen Unidad 3. Estructura atómica
11. todos los átomos en su estado elemental son neutros, entonces el número de protones y electrones es igual
Resumen Unidad 3. Estructura atómica
12. Bohr propuso el modelo cuántico, para el átomo de hidrógeno. El cual explicaba la discontinuidad del espectro de emisión atómica
13. El le asignó a cada órbita el nombre de número cuántico principal, siendo la órbita más cercana al núcleo el número cuántico n = 1 y en dicha órbita circular el electrón se encuentra en estado basal
14. Cuando pasa al siguiente nivel absorbe energía y se encontrará en un estado excitado
15. Al regresar a un nivel cuántico más bajo libera energía en forma de fotón, y esos fotones son radiación, que es lo que se ve en un espectro de emisión atómica
Propiedad intelectual de Maestra en Biotecnología: María del Carmen S Barrios
Martínez
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