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EL ÁTOMO
UNIDAD 2
1. LOS ÁTOMOS
A comienzos del siglo XIX, John Dalton estableció la teoría atómica de la materia según la cual la materia estaba formada por partículas
indivisibles denominadas átomos. Se basó en los trabajos de químicos de finales del siglo XVIII como Lavoisier.
A principios del siglo XX se encontraron en el interior de los átomos otras partículas que se
denominaron: protones, neutrones y electrones. Esto obligó a revisar
la teoría atómica de Dalton
Diferentes investigaciones permitieron conocer la masa y carga de esas partículas presentes en el átomo
Protón Electrón Neutrón
Masa 1,673·10-27kg 9,11·10-27kg 1,675·10-27kg
Carga +1,6·10-19C
+1,6·10-19C
0
Como estas partículas son muy pequeñas es adecuado utilizar como unidades de masa y carga la unidad de masa atómica (1 u = 1,66·10-27kg) y
la unidad elemental de carga (1 uee es la carga de un electrón)
Protón Electrón Neutrón
Masa 1 u 1/1840 u 1 u
Carga +1 u -1 u 0
¿Cómo estaban dispuestas las partículas en el interior del átomo?. Tomando como modelo el sistema planetario (modelo atómico de
Rutherford) los científicos imaginaron los átomos con las siguientes características:
Tienen un núcleo en el que se encuentran las partículas de mayor
masa (protones y neutrones)
Tienen una corteza formada por los electrones que giran alrededor del
núcleo
Los átomos son neutros por lo que deben tener el mismo número de
protones que electrones
El número de neutrones es similar al de protones, aunque no tiene
que ser igual
Distintas experiencias han permitido medir el tamaño de los átomos. Considerándolo como una esfera:
100001010
10 4
4
10
m
m
R
R
núcleo
átomo
Si el átomo tuviese las dimensiones de un campo de fútbol, el núcleo tendría
el tamaño de una canica
Desde muy antiguo se sabe que algunos cuerpos adquieren carga eléctrica cuando se frotan y que existen dos tipos de cargas: positivas o
negativas.
Cuando se frota un material, sus átomos pueden ganar o perder electrones de su corteza. El núcleo no sufre
cambios
2. ÁTOMOS, ISÓTOPOS E IONES
El número de partículas que forman los átomos de un elemento químico son diferentes de los de cualquier otro elemento químico.
Un átomo se representa con un símbolo y dos
números XA
ZX: símbolo del elemento químico.
Z: número atómico, indica el número de protones que tiene el núcleo del átomo. Coincide con el número de orden del elemento en la tabla periódica. Todos los átomos
que tienen el mismo número atómico pertenecen al mismo elemento químico. A: número másico; es el número de protones más neutrones que tiene el núcleo.
La masa de un átomo es la suma de las masas de las partículas que la constituyen. Es similar a la suma de la masa de los protones y los
neutrones, ya que los electrones tienen una masa despreciable. Cuando la masa se expresa en u (unidad de masa atómica) es una cantidad
similar al número másico, A.
Se llaman isótopos los átomos que tienen el mismo número atómico y diferente número másico. Tienen, por tanto, el mismo número de protones y diferente número
de neutrones.
Los isótopos son átomos de un mismo elemento. Casi todos los elementos
químicos presentan isótopos
La masa atómica de un isótopo es la suma de las masas de las partículas que lo constituyen, así las masas de los diferentes isótopos de un
elemento químico son diferentes
La masa atómica de un elemento químico
Cuando los átomos de los distintos elementos químicos se combinan para formar un compuesto es bastante frecuente que lo hagan ganando o perdiendo electrones, cuando esto pasa, dejan de ser neutros y pasan
a tener carga, se convierten en iones.
Cuando el átomo pierde electrones adquiere carga positiva y se convierte en un ion positivo o catión
Cuando el átomo gana electrones adquiere carga negativa y se convierte en
un ion negativo o anión
3. UN ÁTOMO MÁS AVANZADO
El modelo planetario del átomo presentaba un importante problema: los electrones son partículas cargadas y, de acuerdo con las leyes físicas, al
girar en torno a un núcleo cargado deberían perder energía. Con el tiempo, los electrones caerían sobre el núcleo y el átomo se destruiría
El físico danés Niels Bohr dedujo que los átomos se deben comportar de forma distinta
a las partículas eléctricas macroscópicas
•El átomo está formado por un núcleo (protones y neutrones) y los electrones que giran alrededor de él formando la corteza. •Los electrones de la corteza solo se pueden mover en determinadas órbitas en las que no emiten energía. En cada órbita el electrón tiene cierta energía que es menor cuanto más cerca está del núcleo. •Para que un electrón pase de una órbita más cercana al núcleo a otra más alejada hay que darle energía. Cuando está en una órbita más alejada y pasa a una más próxima al núcleo desprende energía
MODELO ATÓMICO DE BOHR
El modelo atómico de Bohr se conoce como modelo atómico de capas, se dice
que los átomos están cuantizados
Sabemos cuántos electrones puede
haber en cada capa
1ª capa, puede haber hasta 2 electrones 2ª capa, puede haber hasta 8 electrones 3ª capa, puede haber hasta 18 electrones 4ª capa, puede haber hasta 32 electrones
Este modelo no explica algunos comportamientos de los átomos, por
lo que ha sido necesario idear un nuevo modelo atómico (próximos
cursos)
4. LA RADIACTIVIDAD
En algunos isótopos de ciertos elementos químicos los núcleos pueden
sufrir transformaciones: •El núcleo pierde o gana alguna partícula. •El núcleo se rompe y forma otros núcleos más pequeños. •Se unen varios núcleos más pequeños para formar un núcleo mayor.
Al sufrir un proceso en el núcleo, se convierten en átomos de un elemento químico diferente
La desintegración radiactiva es el proceso que experimentan los núcleos de algunos átomos por el cual emiten radiación.
Estos átomos se llaman isótopos radiactivos
La radiación emitida puede ser
Radiación alfa (rayos α): partículas formadas
por 2 protones y 2 neutrones. Tienen
carga +, gran velocidad y poco poder de
penetración.
Radiación beta (rayos β): formada por electrones
(carga negativa y masa muy pequeña). Tienen mayor
poder de penetración que las partículas alfa
Radiación gamma (rayos γ): es una
radiación tipo la luz. Tiene gran poder de
penetración.
Se produce la fisión nuclear cuando los núcleos de los isótopos radiactivos de átomos muy grandes, como uranio o plutonio, se rompen para dar lugar a núcleos más pequeños. Comienza cuando se bombardea
el átomo grande con partículas como los neutrones. Además de los núcleos más pequeños se generan más neutrones, produciéndose una reacción en cadena. En este proceso se libera gran cantidad de energía
nuclear.
Se produce la fusión nuclear cuando los núcleos de átomos muy pequeños, como el hidrógeno, se unen para dar núcleos de átomos
mayores, como el helio. En el proceso se libera mucha energía. Para que se produzca la fusión se deben alcanzar temperaturas muy altas, como
en las estrellas. Los productos obtenidos de la fusión no son radiactivos.
Aplicaciones de los isótopos radiactivos
Fuente de energía
Centrales nucleares
Pilas de muy larga duración
Investigación y experimentos
científicos
Determinar la antigüedad de restos arqueológicos o históricos
Como rastreadores de reacciones químicas en organismos vivos
Investigaciones forenses
Medicina
Método de diagnóstico de algunas enfermedades
Radioterapia que se utiliza como tratamiento del cáncer
Los residuos radiactivos son muy peligrosos y duraderos. Se clasifican en residuos de baja, media y alta actividad. Los de baja y media actividad
son los que dejan de ser peligrosos para la salud en unos 300 años. Los de alta actividad proceden de centrales nucleares o de armamento
nuclear y tardarán miles de años en dejar de ser nocivos para la salud.
