El Átomo En la filosofía de la antigua Grecia la

palabra “átomo” se empleaba para

referirse a la parte más pequeña de

materia que podía concebirse y era

considerada indestructible.

(Demócrito, Siglo V a.C.)

Con la llegada de la ciencia

experimental en los siglos XVI y XVII,

los avances en la teoría atómica se

hicieron más rápidos. Los químicos se

dieron cuenta muy pronto de que todos

los líquidos, gases y sólidos pueden

descomponerse en sus constituyentes

últimos o elementos.

¿Qué son los átomos?

Los átomos son los elementos básicos que

constituyen la materia que conforma

nuestro cuerpo y los objetos que nos

rodean. Un escritorio, el aire, las frutas,

los líquidos, etc.

Hay 90 átomos que existen estables y

espontáneamente en la naturaleza. En los

laboratorios los científicos han sido capaces

de crear alrededor de 25 más y en las

Tablas Periódicas actuales encontraremos

unos 116 elementos químicos.

¿Cuál es la estructura del átomo?

Los átomos están conformados de tres partículas básicas:

• Protones: tienen una carga eléctrica positiva y están en el núcleo del átomo.

• Neutrones: no tienen carga eléctrica y están constituidos por la unión de un Protón, un Electrón y un Neutrino, ubicándose en el núcleo.

• Protones y Neutrones juntos forman el núcleo, que es la parte central del átomo y dan la masa del mismo.

• Electrones: tienen una carga eléctrica negativa y orbitan el núcleo

El Protón (P+) Los científicos pensaban

originalmente que no existía nada

más pequeño que el Protón en el

núcleo del átomo.

Lo descubre E. Golstein en 1886.

Su masa es 1.67x10-24 g

Se representa como P+ y tiene una

carga eléctrica positiva

Su masa es 1.837 veces mayor que

la del electrón

Quarks Pero en 1968 los científicos descubrieron nuevas partículas dentro del Protón. Las llamaron Quarks.

El concepto de quark fue propuesto independientemente en 1963 por los físicos estadounidenses Murray Gell-Mann y George Zweig. El término quark se tomó de la obra Finnegans Wake del escritor irlandés James Joyce.

Gluones

Hay tres quarks en cada

protón. Los quarks se

mantienen unidos mediante

otras partículas llamadas

Gluones, que no tienen

masa ni carga eléctrica; sólo

poseen energía

electromagnética.

El Neutrón (n)

El Neutrón fue identificado

por primera vez en 1932 por

el físico británico James

Chadwick.

No tiene carga eléctrica

Está conformado por la

unión de un Protón, un

Electrón (se anulan sus

cargas eléctricas) y un

Neutrino

Quarks En 1968 los científicos

descubrieron nuevas

partículas dentro del

Neutrón. Estas tres

partículas también eran

quarks, unidas también

por energía

electromagnética llamadas

Gluones

Núcleo Atómico El núcleo es el centro del átomo. Fue descubierto en 1911, pero tomó 21 años de experimentación identificar sus partes.

Es donde se concentra la, prácticamente, totalidad de la masa atómica.

Está formado por Protones y Neutrones, unidos por medio de la interacción nuclear fuerte. La cantidad de Protones en el núcleo, determina el elemento químico al que pertenece. Los núcleos atómicos con el mismo número de Protones pero distinto número de Neutrones se denominan Isótopos.

Electrón (e-) Los electrones son extremadamente pequeños y muy

livianos. Es fácil retirar electrones de los átomos y

usarlos excitados como fuente de electricidad y en

aparatos como televisores, radios, computadores, etc.

Posee una masa de 9.1x10-28 g (es 1.836 veces más

liviano que el Protón) y una carga eléctrica relativa de

-1

Fue descubierto por el Físico Británico J.J. Thomson

en 1897, quién publica su trabajo en 1905.

Se considera que es un Leptón ya que no estaría

constituido por otras sub-partículas (como los

Quarks)

ESTRUCTURA ATÓMICA

El estudio del universo físico ha revelado un grupo de disciplinas estrechamente relacionadas.

"Los físicos se interesan por las fuerzas responsables de la estructura y los cambios de la materia."

"Los químicos estudian las diferentes clases de sustancias materiales, sus estructuras y sus transformaciones, e intentan comprender sus descubrimientos mediante las leyes de la física."

Es por esto que a través de la historia, la

imagen que el hombre a tenido del átomo a

pasado por una serie de conceptos

evolutivos, estos cambios se han presentado

como consecuencia de las diferentes

evidencias experimentales encontradas por

diferentes investigadores como son los

experimentos de Thomson, Rutherford, Becquerel ,etc.

Naturaleza eléctrica de la materia.

Los griegos hace aproximadamente 2600 años, ellos aportaron las primeras ideas relacionando la materia con ciertas partículas cargadas eléctricamente.

Los inicios de la teoría atómica se remonta al siglo V a.C. los griegos observaron que cuando se frotaba ámbar (resina fósil de los árboles) con alguna tela, éste material era capaz de atraer pequeños pedazos de papel, paja, hojas secas, etc. Esta fuerza de atracción se le llamó electricidad estática.

Benjamín Franklin (1747) realizó más experimentos,

ya que estaba convencido de que las tormentas eran

fenómenos eléctricos y propuso un método para

demostrarlo y llegó a la siguiente conclusión:

"La electricidad no se forma únicamente por

frotamiento sino que se recoge, ya que es un

elemento que se encuentra difundido en toda la

materia".

Esto constituyó el primer paso firme sobre el

conocimiento de la estructura electrónica de los

átomos.

Experimento con los tubos de

Crookes

J.J. Thomson 1895

El paso de la electricidad a través de soluciones

salinas llevó a la conclusión de que la corriente

consiste de cargas en movimiento.

El tubo estaba completamente cerrado y al vacío. Dentro de él se encuentran 2 electrodos, uno es el cátodo ( - ) y otro el ánodo ( + ), los cuales están conectados a una fuente de alto voltaje.

Al paso de una corriente eléctrica de alto potencial se libera un flujo de electrones en línea recta desde el polo negativo o cátodo hacia el polo positivo o ánodo

Los rayos catódicos viajan en línea recta y por

ello proyectan la sombra de cualquier cuerpo

que se interponga a su paso

Si se somete el tubo de Crookes a un campo eléctrico se

observará que el flujo de rayos catódicos sufre una

desviación hacia el polo positivo, por lo que infiere que los

rayos catódicos tienen carga negativa, son desviados por

campos eléctricos y magnéticos.

Si se coloca un rehilete dentro del tubo de

Crookes, en forma perpendicular al haz de

electrones este se mueve en el sentido del

flujo de los rayos catódicos, lo que indica que tales rayos tienen masa.

Con base a sus estudios

Thomson estableció su

Modelo Atómico ya que

en ese momento se sabía

que existían cargas

negativas ó electrones en

la materia y que,

lógicamente, deberían

existir cargas positivas

por lo tanto su modelo fue el:

Modelo de panqué o Budín

con pasas.

Experimento de Millikan de la gota de aceite

Robert Millikan empezó en 1906 a través del

experimento de la gota de aceite a determinar

la carga del electrón, se planteó como

objetivo el conocer la carga y la masa del electrón por separado.

“El experimento de la gota de aceite de

Millikan"

Con un pulverizador de perfume, roció el interior de la cámara con pequeñísimas gotas de aceite. En la parte superior e inferior había placas de metal conectadas a una batería. Cada gotita adquiría una pequeña carga de electricidad estática mientras viajaba por el aire, se podía controlar la velocidad de su descenso alterando el voltaje de las placas. Llegó a la conclusión de que la carga sólo podía asumir determinados valores fijos. Carga del electrón: 1.602 × 10-19 C Masa en reposo es 9.109 × 10-31 kg.

Cámara de niebla

Experimento y modelo de Ernest

Rutherford

En 1911 Ernest Rutherford encontró que cuando se bombardeaba una delgada lámina metálica con partículas alfa (iones de helio = He++), la mayoría de las partículas penetraban la materia y sufría solamente una pequeña desviación en su recorrido.

Los resultados obtenidos fueron los siguientes:

Algunas partículas eran

desviadas

Otras partículas rebotaba al

chocar con la lámina de oro

La mayoría de los rayos

lograban pasar a través de

la lámina sin desviarse o

solo muy ligeramente desviados

Rutherford dio una explicación a sus experimentos y

sugirió lo siguiente:

Que los átomos están formados de un

núcleo cargado positivamente, rodeado por un sistema de electrones.

Que el volumen efectivo del núcleo es

extremadamente pequeño en comparación

con el del átomo y casi toda la masa de éste está concentrada en el núcleo.

Rutherford plantea su modelo atómico al que

llamó "SISTEMA PLANETARIO" con un

núcleo donde están las partículas positivas

con espacios vacíos y en la superficie cargas negativas.

Rutherford postuló las siguientes hipótesis:

El átomo está constituido por un núcleo pequeño

en donde se encuentra la masa atómica y la carga

positiva.

En torno al núcleo giran los electrones.

Como él átomo es neutro, el número de cargas

positivas en el núcleo debe ser igual al número de

cargas negativas alrededor de él .

El modelo de Rutherford falló por

que no explicaba el origen de los

espectros lineales.

De acuerdo con las leyes de la

física clásica, un electrón en

órbitas se debe acelerar y, por

consiguiente, irradiar energía.

Descubrimiento del neutrón

En 1932, Chadwick realizó un descubrimiento

fundamental en el campo de la ciencia

nuclear: descubrió la partícula en el núcleo

del átomo que pasaría a llamarse neutrón,

esta partícula no tiene carga eléctrica.

Wilhelm Roentgen (1845-1923) físico

alemán (primer premio Nobel en

1901). Descubrió rayos X en 1895

que revoluciono toda la vida de

humanidad.

El científico descubrió que el tubo emite haz de rayos de

naturaleza indefinida ( por eso los llamó “los rayos X”) que

poseen la capacidad de penetrar muchas sustancias y dejar

su imagen en pantallas luminescentes o películas fotográficas

La Radiactividad

Los rayos X producían radiaciones muy penetrantes capaces de

velar placas fotográficas cubiertas y de producir fluorescencia

en algunos materiales, aun cuando ante éstos se interponían

obstáculos delgados, como hojas de papel

Enseguida se descubrió que los

rayos X no son nada más que las

ondas electromagnéticas de muy

baja longitud de onda.

Ocupa su lugar en el espectro

electromagnético GRABADO DE LA NOTICIA DEL DESCUBRIMIENTO DE LOS RAYOS X.

Este descubrimiento sirvió de

motivación para ciertos estudios

de Henri Becquerel, en París, el

cual estaba muy interesado en

entender el fenómeno de la

fluorescencia.

Esas radiaciones eran producidas por cualquier sal de uranio,

fosforescente o no, con luz o sin ella, por lo que concluyó que

el fenómeno estaba directamente relacionado con la

presencia de uranio en los compuestos. Becquerel había

descubierto la radiactividad.

Una vez descubierta la

radioactividad… (sustancias que

emiten espontáneamente radiación)

Poco tiempo después, también en París, la polaca Marie

Sklodowska-Curie descubrió que el torio tenía propiedades

similares a las del uranio y, junto con su marido, el francés

Pierre Curie, descubrió el elemento radio que es millones de

veces más activo que el uranio.

Aparato de Rutherford

Dorin, Demmin, Gabel, química el estudio de la materia, 3rd Edition, 1990, página 120

rayo de partículas alfa

Sustancia

radiactiva

Pantalla fluorescente

circular - ZnS cubierto Hoja de oro

Los rayos a (rayos alfa) tienen carga positiva y una masa

relativamente grande en comparación con la de los rayos b

(rayos beta), formados por electrones y cargados

negativamente.

Los rayos g son neutros y no tienen masa.

Aunque al principio no se sabía que eran, luego se les identificó como un

tipo altamente penetrante de radiación electromagnética o una

forma de luz más energética que la luz

visible.

Resumen La radiactividad es la emisión espontánea de radiación por

una sustancia.

Los rayos-X y los rayos gamma (γ) son radiaciones

electromagnéticas de energía extremadamente alta y

penetrante.

Las partículas alfa son idénticas a los iones He2+ (2

neutrones + 2 protones).

Las partículas beta son producidas por

transformaciones que ocurren dentro de los núcleos

de los átomos radiactivos y tienen las mismas

propiedades que los electrones.

Natural descomposición de los

isótopos radioactivos

que se encuentran en la naturaleza.

Artificial la descomposición de los

isótopos radioactivos

obtenidos por el hombre.

La radioactividad puede ser:

Los isótopos estables

no se descomponen espontáneamente

Isótopos Elemento Z N A = N+Z

H 1 0 1

H 1 1 2

H 1 2 3

He 2 1 3

He 2 2 4

Li 3 3 6

Li 3 4 7

Be 4 5 9

B 5 5 10

B 5 6 11

C 6 6 12

C 6 7 13

C 6 8 14

N 7 7 14

N 7 8 15

O 8 8 16

O 8 9 17

O 8 10 18

etcétera

Cuatro quintos de los

elementos se

encuentran en la

naturaleza como

mezclas de isótopos

Un isótopo natural

que se encuentra en

la naturaleza y puede

ser estable o

radioactivo

= isótopo artificial

Un tercio aproximadamente de los elementos poseen

isótopos naturales radioactivos

Todos los isótopos de los elementos más pesados que el Bi son radiactivos

Casi todos los isótopos naturales radiactivos, de abundancia

mesurable, se descomponen muy lentamente y existen desde

que se formó la Tierra

Son excepciones el tritio (hidrógeno-3), muy escaso,

y el carbono-l4.

Estos dos núclidos se están formando continuamente al

bombardear otros núclidos con rayos cósmicos

p+

p+

e-

Los átomos se pueden identificar por el número de protones y

neutrones que contienen.

El número atómico “Z” es el número de protones que existen en el

núcleo. En un átomo neutro, el número de protones es igual al

número de electrones que lo rodean.

Por ejemplo: el Número atómico del flúor es 9. Esto es tiene 9

protones y 9 electrones.

El número másico del átomo "A” es la suma del número de protones y

neutrones en el núcleo.