III. ESTRUCTURA ATÓMICA Y TABLA PERIÓDICA

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1 III. ESTRUCTURA ATÓMICA Y TABLA PERIÓDICA III. ESTRUCTURA ATÓMICA Y TABLA PERIÓDICA III. ESTRUCTURA ATÓMICA Y TABLA PERIÓDICA III. ESTRUCTURA ATÓMICA Y TABLA PERIÓDICA OBJETIVO OBJETIVO OBJETIVO OBJETIVO.- Identificará al átomo como partícula fundamental de la materia. Describirá las teorías atómicas que llevaron al conocimiento actual acerca del átomo. Relacionará la estructura atómica con la clasificación de los elementos químicos en la tabla periódica.

Explicará los fundamenteos de las reacciones nucleares. 1. TEORÍAS ATOMISTAS 1. TEORÍAS ATOMISTAS 1. TEORÍAS ATOMISTAS 1. TEORÍAS ATOMISTAS 1.1 1.1 1.1 1.1 Primeras ideas Primeras ideas Primeras ideas Primeras ideas EMPÉDOCLES: “La materia está formada de cuatro “elementos”: tierra, aire, agua y fuego.” DEMÓCRITO: “Las formas de la materia eran divisibles hasta cierto punto en partículas muy pequeñas indivisibles llamadas átomos.” ARISTÓTELES: Contradijo la teoría de Demócrito y apoyó y desarrolló la teoría de Empédocles.

Su teoría dominó el pensamiento científico y filosófico hasta principios del siglo XVII.

1.2 El núcleo del átomo. Modelo de Rutherford 1.2 El núcleo del átomo. Modelo de Rutherford 1.2 El núcleo del átomo. Modelo de Rutherford 1.2 El núcleo del átomo. Modelo de Rutherford Ernest Rutherford, (1871-1937) estudio física en el laboratorio de J.J. Thomson. En 1911 Rutherford era un científico distinguido con muchos descubrimientos importantes a su nombre. Los rayos alfa alfa alfa alfa, , , , , que Rutherford descubrió, tienen carga doblemente positiva ya que se desviaban hacia la placa negativa y encontró que su masa era cuatro veces mayor que la del átomo de hidrógeno.

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2 Ernest Ruherford Ernest Ruherford Ernest Ruherford Ernest Ruherford (1871-1937), nació en Nueva Zelanda.

En 1895 ganó el 2° lugar en una competencia por una beca para asistir a la Universidad de Cambridge, pero se le concedió la beca cuando el ganador declinó a este por motivos personales. Rutherford era una persona intensa y muy trabajadora que se especializó en diseñar experimentos adecuados para probar determinados conceptos. Recibió el premio Nobel de Química en 1908.

Rutherford en 1911 diseñó un experimento en cual dirigió un haz de partículas alfa a una pequeña laminilla de oro. La mayor parte de las partículas alfa atravesaban la lámina sin ser desviadas, Algunas partículas se desviaban y de vez en cuando alguna rebotaba. Para explicar sus resultados, Rutherford llegó a la conclusión de que toda la toda la toda la toda la carga positiva carga positiva carga positiva carga positiva y casi toda la masa de un átomo estaban concentradas y casi toda la masa de un átomo estaban concentradas y casi toda la masa de un átomo estaban concentradas y casi toda la masa de un átomo estaban concentradas en el centro del átomo, al cual llamó en el centro del átomo, al cual llamó en el centro del átomo, al cual llamó en el centro del átomo, al cual llamó núcleo núcleo núcleo núcleo.

La mayor parte de las partículas atravesaban la laminilla porque la mayor parte del átomo es espacio vacío. Fue precisamente en este espacio donde Rutherford ubicó a los electrones.

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3 Hein, M., Arena, Susan. Fundamentos de Química Fundamentos de Química Fundamentos de Química Fundamentos de Química. 10ª. Edición, México, Thomson Editores, 2001. 1.3 Partículas subatómicas 1.3 Partículas subatómicas 1.3 Partículas subatómicas 1.3 Partículas subatómicas Se han identificada más de 100 partículas subatómicas, muchas de las cuales duran apenas unos segundos, y aún son objeto de estudio, pero para explicar las masas y características de los átomos, solo tres partículas son necesarias: el protón, el electrón y el neutrón el protón, el electrón y el neutrón el protón, el electrón y el neutrón el protón, el electrón y el neutrón.

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4 1.3. 1.3. 1.3. 1.3.1 El protón y los experimentos de Goldstein 1 El protón y los experimentos de Goldstein 1 El protón y los experimentos de Goldstein 1 El protón y los experimentos de Goldstein Los protones fueron observados por primera vez por el físico alemán Goldstein (1850-1930), pero fue Thomson quien descubrió las características del protón. Son partículas subatómicas que se abrevian con el símbolo p p p p+ + + + , de carga relativa +1 +1 +1 +1 y una masa masa masa masa de 1.6726 x 10–24 gramos (1.0087 umas), pero en los cálculos se redondea a 1 uma 1 uma 1 uma 1 uma. 1.3.2 El neutrón y los experimentos de Chadwick 1.3.2 El neutrón y los experimentos de Chadwick 1.3.2 El neutrón y los experimentos de Chadwick 1.3.2 El neutrón y los experimentos de Chadwick El neutrón de símbolo n° n° n° n°fue descrito por vez primera por el físico inglés, Sir James Chadwick (1891-1874).

Es una partícula sin sin sin sin carga carga carga carga y su masa es de 1.674 x 10-24 g (1.0087 uma), por lo que una vez más se redondea su masa masa masa masa a 1 uma 1 uma 1 uma 1 uma. JAMES CHADWICK Nació en Manchester, Inglaterra en 1891. Fue colaborador de Rutherford y en 1932 fue reconocido por el descubrimiento del neutrón. Ésto condujo directamente a la fisión nuclear y a la bomba atómica y fue el principal científico encargado de los trabajos de investigación de la bomba nuclear británica. En 1935 recibió el premio Nóbel de Física. Murió en

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5 TAREA # TAREA # TAREA # TAREA # 5 5 5 5: Investigue cuáles fueron los experimentos de Goldstein y Chadwick realizados en el descubrimiento del protón y el neutrón respectivamente. Escriba un reporte, incluyendo la bibliografía y/o material de internet consultado. Envié su trabajo al correo electrónico del profesor. 1.3.3. El electrón y los experimentos de Thomsom 1.3.3. El electrón y los experimentos de Thomsom 1.3.3. El electrón y los experimentos de Thomsom 1.3.3. El electrón y los experimentos de Thomsom La invención de nuevos aparatos, permitió el desarrollo de la estructura del átomo.

Ese fue el caso del tubo de Crookes, inventado por el inglés Sir William Croques en 1875, lo cual, permitió el estudio de las partículas subatómicas.

Las emisiones que se generan en este tipo de tubo, se conocen como rayos catódicos. Joseph Thomson demostró en 1897 que los rayos catódicos: 1. Viajan en línea recta. 2. Tienen carga negativa. 3. Son desviados por campos eléctricos y magnéticos.

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6 4. Producen sombras definidas 5. Son capaces de impulsar pequeñas aspas. En estas características se baso el descubrimiento experimental del electrón. El electrón electrón electrón electrón cuyo símbolo es e e e e– – – – , fue descubierto por Joseph Thomson. Es una partícula de carga eléctrica negativa carga eléctrica negativa carga eléctrica negativa carga eléctrica negativa y su masa es de 9.110 x 10–28 g y corresponde a 5.486 x 10–4 umas. Para fines prácticos, se utiliza como masa relativa cero y carga relativa de masa relativa cero y carga relativa de masa relativa cero y carga relativa de masa relativa cero y carga relativa de – – – –1 1 1 1 Insertar foto 3 Insertar foto 3 Insertar foto 3 Insertar foto 3 Con el descubrimiento del electrón, Thomson diseñó un modelo atómico conocido como el “budín de pasas”, en el cual describía al átomo como esfera en la cual están incrustados los electrones, de una forma similar a como se incrustan las pasas en un pastel.

Físico británico ganador del premio Nóbel. Nació en 1856 y murió en 1940. Fue profesor de Física experimental en el laboratorio de Cavendish. Bajo su dirección dicho laboratorio se convirtió en centro de atracción de jóvenes investigadores. Entre sus ayudantes hubo siete premios Nóbel. En 1906 recibió el Premio Nóbel de Física por su trabajo sobre la conducción de la electricidad a través de los gases. Se le considera el descubridor del electrón por sus experimentos con el flujo de partículas (electrones) que forman los rayos catódicos. Estableció la relación carga/masa del electrón. En 1898 elaboró su teoría del pudín de pasas de la estructura atómica, en la que sostenía que los electrones eran como pasas negativas incrustadas en un “pudín” de materia positiva.

Sir Joseph John Thomson

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7 A continuación se muestra un cuadro sinóptico de las partículas subatómicas. Característica Característica Característica Característica Protón Protón Protón Protón Neutrón Neutrón Neutrón Neutrón Electrón Electrón Electrón Electrón Símbo Símbo Símbo Símbolo lo lo lo p p p p+ + + + n° n° n° n° e e e e– – – – Carga relativa Carga relativa Carga relativa Carga relativa +1 +1 +1 +1 cero cero cero cero – – – –1 1 1 1 Masa relativa Masa relativa Masa relativa Masa relativa Cero Cero Cero Cero Ubicación en el Ubicación en el Ubicación en el Ubicación en el átomo átomo átomo átomo Núcleo Núcleo Núcleo Núcleo Núcleo Núcleo Núcleo Núcleo Fuera del Fuera del Fuera del Fuera del núcleo núcleo núcleo núcleo Descubridor Descubridor Descubridor Descubridor Goldstein Goldstein Goldstein Goldstein Chadwick Chadwick Chadwick Chadwick Thomson Thomson Thomson Thomson Año de Año de Año de Año de descubrimiento descubrimiento descubrimiento descubrimiento 1886 1886 1886 1886 1932 1932 1932 1932 1875 1875 1875 1875 Las masas del protón y del neutrón son casi iguales, la diferencia es mínima.

En cambio la masa del electrón con respecto a esas partículas es prácticamente despreciable. Se necesitarían 1837 electrones para tener la masa equivalente de un solo protón. 1.4 1.4 1.4 1.4 Teoría atómica de Dalton Teoría atómica de Dalton Teoría atómica de Dalton Teoría atómica de Dalton JOHN DALTON Químico y físico inglés que nació en Quaker en 1766. Desarrolló la teoría atómica de la materia y por lo tanto se conoce como uno de los padres de la física moderna.

No era un buen experimentador, pero consiguió explicar los datos reunidos por varios científicos cuando propuso su ahora famosa teoría atómica. Las aportaciones de este maestro de escuela cuáquero influyeron de modo muy importante en el desarrollo de la química moderna. Murió en Manchester en 1844.

8 John Dalton (1766-1844) revivió el concepto de átomo y propuso una teoría basada en hechos y pruebas experimentales. Los puntos más importantes de la teoría atómica de Dalton son: 1. Los elementos están formados por partículas diminutas e indivisibles, llamadas átomos.

2. Los átomos del mismo elemento son semejantes en masa y tamaño. 3. Átomos de elementos distintos tienen masas y tamaños distintos. 4. Los compuestos químicos se forman por la unión de dos o más átomos de elementos diferentes.

5. Los átomos se combinan para forma compuestos, en relaciones numéricas sencillas como uno a uno, dos a dos, dos a tres, etc. 6. Los átomos de dos elementos se pueden combinar en diferentes proporciones para formar más de un compuesto. El modelo atómico de Dalton fue una aportación muy importante, y sus principales premisas aún se conservan, aunque otras han tenido que corregirse:

9 Los átomos están formados por partículas subatómicas. No todos los átomos de un mismo elemento tienen la misma masa. En ciertas condiciones los átomos se pueden descomponer.

Pero también, de la teoría de Dalton se derivan dos leyes muy importantes: 1.5 Ley de las composiciones definidas 1.5 Ley de las composiciones definidas 1.5 Ley de las composiciones definidas 1.5 Ley de las composiciones definidas LEY DE LAS COMPOSICIONES DEFINIDAS LEY DE LAS COMPOSICIONES DEFINIDAS LEY DE LAS COMPOSICIONES DEFINIDAS LEY DE LAS COMPOSICIONES DEFINIDAS.- “Un compuesto contiene siempre dos o más elementos combinados en una proporción de masa definida”.

Ejemplo: En el agua (H2O) hay 8.0 g de oxígeno por cada gramo de hidrógeno. Las proporciones determinadas por Dalton, no corresponden a las actuales ya que tomó como referencia el átomo de oxígeno. Actualmente, la proporción se calcula en átomos, como el agua tiene dos átomos de hidrógeno y uno de oxigeno, la composición se expresa siempre como 2:1..

10 1.6 Ley de las proporciones múltiples 1.6 Ley de las proporciones múltiples 1.6 Ley de las proporciones múltiples 1.6 Ley de las proporciones múltiples LEY DE LAS PROPORCIONES MÚLTIPLES LEY DE LAS PROPORCIONES MÚLTIPLES LEY DE LAS PROPORCIONES MÚLTIPLES LEY DE LAS PROPORCIONES MÚLTIPLES.- “Los átomos de dos o más elementos se pueden combinar en proporciones diferentes para producir más de un compuesto”.

Ejemplos: El nitrógeno y el oxígeno se combinan formando compuestos tales como: NO, NO2, N2O5, N2O3; sus relaciones son 1:1, 1:2, 2:5, 2:3.

1.5 1.5 1.5 1.5 Símbolo Nuclear Símbolo Nuclear Símbolo Nuclear Símbolo Nuclear El símbolo nuclear es una representación gráfica de un elemento que nos da información sobre el número de partículas subatómicas presentes en dicho elemento.

11 150 62 31 15 56 26 80 35 65 30 +3 –5 +2 Donde: X: Símbolo del elemento A: Número de masa = protones + neutrones A: Número de masa = protones + neutrones A: Número de masa = protones + neutrones A: Número de masa = protones + neutrones Z: Número atómico = número de protones Z: Número atómico = número de protones Z: Número atómico = número de protones Z: Número atómico = número de protones El átomo es neutro por lo tanto: NÚMERO DE PROTONES = NÚMERO DE ELECTRONES NÚMERO DE PROTONES = NÚMERO DE ELECTRONES NÚMERO DE PROTONES = NÚMERO DE ELECTRONES NÚMERO DE PROTONES = NÚMERO DE ELECTRONES En una reacción química ordinaria, un átomo puede perder o ganar electrones, formando ion ion ion iones es es es, , , , que pueden ser negativos o positivos.

Un ión es un átomo eléctricamente cargado, lo cual se indica mediante un signo y un número en la equina superior derecha. ION POSITIVO ION POSITIVO ION POSITIVO ION POSITIVO ( ( ( (CATIÓN CATIÓN CATIÓN CATIÓN) ) ) ): Se forma cuando el átomo pierde pierde pierde pierde electrones. electrones. electrones. electrones. ION NEGATIVO ION NEGATIVO ION NEGATIVO ION NEGATIVO ( ( ( (ANIÓN ANIÓN ANIÓN ANIÓN) ) ) ): Se forma cuando el átomo gana electrones gana electrones gana electrones gana electrones. .

Ejemplos: Símbolo Símbolo Símbolo Símbolo Nuclear Nuclear Nuclear Nuclear Sm P Fe Br Zn Nombre Nombre Nombre Nombre Samario Fósforo Hierro Bromo Zinc # de p # de p # de p # de p+ + + + 62 15 26 35 30 # de n° # de n° # de n° # de n° 88 16 30 45 35 # de e # de e # de e # de e– – – – 62 15 23 23 23 23 40 40 40 40 28 28 28 28 A A A A 150 31 56 80 65 Z Z Z Z 62 15 26 35 30 Las cargas positivas se restan del número de protones, porque son electrones que se cedieron. Las cargas negativas se suman a los

12 +3 –3 +6 157 64 75 33 52 24 protones porque son los electrones ganados.

Recuerde que el átomo tiene igual número de electrones y protones, el signo indica pérdida o ganancia de electrones. Ni los protones, ni los neutrones pueden “perderse” o “ganarse” en una reacción química ordinaria. Estas partículas (protones y neutrones) sumadas dan el número de masa y representan las partículas totales del núcleo. El número atómico o número de protones, es una carac número atómico o número de protones, es una carac número atómico o número de protones, es una carac número atómico o número de protones, es una característica terística terística terística individual de cada elemento.

individual de cada elemento. individual de cada elemento. individual de cada elemento. No existen dos elementos con el mismo número atómico, es como la huella digital de los elementos. EJERCICIO EJERCICIO EJERCICIO EJERCICIO 1 1 1 1.- Complete la siguiente tabla con la información adecuada. Al final del tema se encuentra la tabla contestada para que usted revise sus respuestas. De nada sirve el ejercicio si usted ve las respuestas antes de resolverlo. Observe que las letras de la primera columna no siempre aparecen en el mismo orden.

Símbolo Símbolo Símbolo Símbolo nuclear nuclear nuclear nuclear Gd As Cr A A A A 197 197 197 197 n° n° n° n° 3 3 3 32 e– – – – 78 78 78 78 Z Z Z Z 79 79 79 79 p p p p+ + + + 27 27 27 27 Nombre Nombre Nombre Nombre

13 137 56 127 53 16 8 39 19 51 23 +5 –7 –2 +1 +1 –2 TAREA TAREA TAREA TAREA 5 5 5 5: Complete los siguientes cuadros y envíelos al correo electrónico de su profesor. Símbolo nuclear Ba V I O K n° Z p+ A e– Nombre Símbolo nuclear Nombre e– 10 36 Z 77 52 p+ 13 55 n° 115 45 78 A 27 79 128 2.2 2.2 2.2 2.2 ISÓTOPOS ISÓTOPOS ISÓTOPOS ISÓTOPOS 2.2.1 Definición y características físicas y químicas 2.2.1 Definición y características físicas y químicas 2.2.1 Definición y características físicas y químicas 2.2.1 Definición y características físicas y químicas Los isótopos son átomos que tienen el mismo número atómico, pero diferente número de masa, por lo tanto, son átomos del mismo elemento pero con diferente número de neutrones.

Los isótopos del mismo elemento tienen las mismas propiedades químicas, pero sus propiedades físicas son ligeramente diferentes.

14 Ejemplo: Los isótopos 12 C y 13 C reaccionan con el oxígeno para formar 12 CO y 13 CO (propiedad química). Sin embargo el 12 CO tiene un punto de fusión de -199° C, mientras que el 13 CO tiene un punto de fusión de -207° C (propiedad física). El número de isótopos de cada elemento y el porcentaje de abundancia en la naturaleza de cada uno de ellos, varía de acuerdo al elemento. El hidrógeno es el único elemento que cuenta con nombres para cada uno de sus isótopos. Sus nombres y características se muestran a continuación: Nombre del isótopo Nombre del isótopo Nombre del isótopo Nombre del isótopo A A A A (p (p (p (p+ no (# (# (# (# p p p p+ Número de Número de Número de Número de neutrones neutrones neutrones neutrones Notación Notación Notación Notación isotópica isotópica isotópica isotópica PROTIO PROTIO PROTIO PROTIO No tiene No tiene No tiene No tiene H 1 1 DEUTERIO DEUTERIO DEUTERIO DEUTERIO TRITIO TRITIO TRITIO TRITIO Imagen modificada de: Burns, Ralph.

Fundamentos de Química Fundamentos de Química Fundamentos de Química Fundamentos de Química. 4ª. Edición, México, Pearson, 2003.

15 2.2.2 Aplicaciones 2.2.2 Aplicaciones 2.2.2 Aplicaciones 2.2.2 Aplicaciones Ciertos núcleos son inestables en su estado natural. Esto se debe a diferencias en las atracciones y repulsiones en el interior del núcleo. De los isótopos naturales, que emiten de manera espontánea partículas alfa o beta, o rayos gamma de alta energía, se dice que poseen una radiactividad natural. De los aproximadamente 350 isótopos presentes en la naturaleza alrededor de 80 de ellos son radiactivos.

Los científicos de una amplia diversidad de campos utilizan isótopos radiactivos como marcadores en sistemas físicos, químicos y biológicos.

A continuación se muestra una tabla con algunos de los isótopos utilizados como marcadores. RADIOISÓTOPO RADIOISÓTOPO RADIOISÓTOPO RADIOISÓTOPO SÍMBOLO SÍMBOLO SÍMBOLO SÍMBOLO USOS USOS USOS USOS Carbono 14 Carbono 14 Carbono 14 Carbono 14 14 14 14 14 C C C C Fechado radiactivo de fósiles Fechado radiactivo de fósiles Fechado radiactivo de fósiles Fechado radiactivo de fósiles. .

Uranio 238 Uranio 238 Uranio 238 Uranio 238 238 238 238 238 U U U U Determinación de la edad de las Determinación de la edad de las Determinación de la edad de las Determinación de la edad de las rocas. rocas. rocas. rocas. Tecnecio 99 Tecnecio 99 Tecnecio 99 Tecnecio 99 99 99 99 99 Tc Tc Tc Tc Formación de imágenes de cerebro, Formación de imágenes de cerebro, Formación de imágenes de cerebro, Formación de imágenes de cerebro, tiroides, hígado, riñón, pulmón y tiroides, hígado, riñón, pulmón y tiroides, hígado, riñón, pulmón y tiroides, hígado, riñón, pulmón y sistema cardiovascular.

sistema cardiovascular.

sistema cardiovascular. sistema cardiovascular.

16 Yodo 131 Yodo 131 Yodo 131 Yodo 131 131 131 131 131 I I I I Diagnóstico de enfermedades de la Diagnóstico de enfermedades de la Diagnóstico de enfermedades de la Diagnóstico de enfermedades de la tiroides. tiroides. tiroides. tiroides. Talio 201 Talio 201 Talio 201 Talio 201 201 201 201 201 Tl Tl Tl Tl Formación de i Formación de i Formación de i Formación de imágenes del corazón. mágenes del corazón. mágenes del corazón. mágenes del corazón. Fósforo 32 Fósforo 32 Fósforo 32 Fósforo 32 32 32 32 32 P P P P Detección de cáncer en la piel. Detección de cáncer en la piel. Detección de cáncer en la piel.

Detección de cáncer en la piel. Rastreo genético de DNA.

Rastreo genético de DNA. Rastreo genético de DNA. Rastreo genético de DNA. Sodio 24 Sodio 24 Sodio 24 Sodio 24 24 24 24 24 Na Na Na Na Detección de obstrucciones el sistema Detección de obstrucciones el sistema Detección de obstrucciones el sistema Detección de obstrucciones el sistema circulatorio. circulatorio. circulatorio. circulatorio. Cromo 51 Cromo 51 Cromo 51 Cromo 51 51 51 51 51 Cr Cr Cr Cr Determinación del volumen de Determinación del volumen de Determinación del volumen de Determinación del volumen de glóbulos rojos y volumen total en glóbulos rojos y volumen total en glóbulos rojos y volumen total en glóbulos rojos y volumen total en sangre.

sangre. sangre. sangre. Hierro Hierro Hierro Hierro 59 59 59 59 59 59 59 59 Fe Fe Fe Fe Detección de anemia Detección de anemia Detección de anemia Detección de anemia Selenio 75 Selenio 75 Selenio 75 Selenio 75 75 75 75 75 Se Se Se Se Formación de la imagen del páncreas. Formación de la imagen del páncreas. Formación de la imagen del páncreas. Formación de la imagen del páncreas. Cobalto 60 Cobalto 60 Cobalto 60 Cobalto 60 60 60 60 60 Co Co Co Co Irradiación de frutas y Irradiación de frutas y Irradiación de frutas y Irradiación de frutas y verduras verduras verduras verduras frescas, para frescas, para frescas, para frescas, para retardar su retardar su retardar su retardar su descomposición.

descomposición. descomposición. descomposición. 2.2.3 Cálculo de la masa atómica promedio 2.2.3 Cálculo de la masa atómica promedio 2.2.3 Cálculo de la masa atómica promedio 2.2.3 Cálculo de la masa atómica promedio La masa de un átomo sería muy difícil de manejar en unidades tradicionales como los gramos. Por esta razón, se creó una tabla de masas relativas con unidades de masa atómica (umas). El isótopo del

17 carbono que tiene 6 neutrones, denominado carbono-12 se escogió como el patrón de masa atómica. La unidad de masa atómica se define como exactamente 1/12 de la masa de un átomo de carbono 12. También resulta imposible pensar en medir la masa de los átomos en una balanza. El apara utilizado para medir las masas es el espectrómetro de masas espectrómetro de masas espectrómetro de masas espectrómetro de masas. (insertar figura 5.8 con explicación incluida, pág. 94 Hein y Arena) La mayoría de los elementos, existen como una mezcla de isótopos, por esto, la masa atómica representa masa atómica representa masa atómica representa masa atómica representa la masa relativa la masa relativa la masa relativa la masa relativa promedio de los isótopos naturales, promedio de los isótopos naturales, promedio de los isótopos naturales, promedio de los isótopos naturales, tomando en cuenta sus porcentajes de abundancia y sus masas.

La fórmula para calcular la masa atómica promedio es: 100 ... ) (% ) ( ) (% promedio atómica Masa donde: X X X X1 masa del primer isótopo X1 1 1 1: porcentaje de abundancia del segundo isótopo X X X X2 2 2 2: masa del segundo isótopo X2 2 2 2: porcentaje de abundancia del primer isótopo Y así sucesivamente, de acuerdo al número de isótopos del elemento y finalmente dividido entre cien. En los ejemplos que se muestran a continuación, se sugiere una forma de acomodar los isótopos y facilitar los cálculos.

18 1) La plata tiene dos isótopos de masas 107 y109 umas.

Los porcentajes de abundancia son 51.82% y 48.18% respectivamente. Calcule la masa atómica promedio de la plata. 107 Ag: (107) (51.82%) = 5544.74 109 Ag: (109) (48.18%) = 5251.62 + 10796.36 / 100 = 107.9636 umas 107.9636 umas 107.9636 umas 107.9636 umas 2) El magnesio (Mg) tiene tres isótopos de masas 24, 25 y 26 umas. Si los porcentajes de los dos primeros son 78.70% y 10.13%, ¿cuál es la masa atómica promedio del magnesio?

24 Mg: (24) (78.70%) 25 Mg: (25) (10.13%) 26 Mg: (26) (?) La suma de los porcentajes siempre debe ser igual a 100, por lo tanto el porcentaje que hace falta se obtiene restando la suma de los demás porcentajes de 100. 78.70 + 10.13 =88.83% 100 – 88.83 = 11.17 entonces: 24 Mg: (24) (78.70%) = 188.88 25 Mg: (25) (10.13%) = 253.25 26 Mg: (26) (11.17) = 858.47 + 2432.47 / 100 = 24.3247 24.3247 24.3247 24.3247 umas umas umas umas Debemos revisar si nuestro resultado es lógico o no. Por ejemplo, nuestro valor no debe ser mayor ni menor que el rango de los isótopos y generalmente el valor se acerca al más abundante cuando son pocos isótopos.

19 3) El cromo (Cr) tiene 4 isótopos de masas 50, 52, 53 y 54 umas. Si los porcentajes de abundancia de los tres últimos son: 83.76, 9.55, y 2.38%, calcule la masa atómica promedio del cromo. 50 Cr: (50) (?) 52 Cr (52) (83.76) = 53 Cr (53) (9.55) = 54 Cr (54) (2.38) = % 50 Cr: = 100 – (83.76 + 9.55 + 2.38 ) % 50 Cr: = 100 – 95.69 = 4.31% 50 Cr: (50) (4.31)) = 215.5 52 Cr (52) (83.76) = 4355.52 53 Cr (53) (9.55) = 506.15 54 Cr (54) (2.38) = 128.52 + 5205.69 / 100 = 52.0569 umas 52.0569 umas 52.0569 umas 52.0569 umas EJERCICIO EJERCICIO EJERCICIO EJERCICIO 2 2 2 2 Resuelva los siguiente ejercicios de isótopos.

Se proporciona la respuesta, para que usted corrobore sus resultados y repórtelos con 4 cifras decimales.

1. El cloro (Cl) tiene dos isótopos de masas 35 y 37 umas. Los porcentajes de abundancia de cada uno son 75.53 y 24.27 %. Calcule la masa atómica promedio del cloro. 35.4154 umas 35.4154 umas 35.4154 umas 35.4154 umas 2. Calcule la masa atómica promedio del bromo (Br) si tiene dos isótopos de masas 79 y 81 umas, si el porcentaje del primero es 50.54%. 79.9892 umas 79.9892 umas 79.9892 umas 79.9892 umas

20 3. Con los siguientes datos, calcule la masa atómica promedio del estroncio (Sr). Masa (umas) Masa (umas) Masa (umas) Masa (umas) % de abundancia % de abundancia % de abundancia % de abundancia 84 0.56 86 9.86 87 7.02 88 82.56 87.7102 umas 87.7102 umas 87.7102 umas 87.7102 umas 4.

Con los datos tabulados, ¿cuál es la masa atómica promedio del plomo (Pb)? Masa (umas) Masa (umas) Masa (umas) Masa (umas) % de abundancia % de abundancia % de abundancia % de abundancia 204 1.48 206 23.60 207 22.60 208 ?

207.2428 umas 207.2428 umas 207.2428 umas 207.2428 umas TAREA # TAREA # TAREA # TAREA # 6 6 6 6: Resuelva los siguiente ejercicios detallando claramente sus procedimientos. Reporte sus resultados con 4 cifras decimales. Entregue su tarea al profesor en la próxima clase. 1) Calcule la masa atómica promedio del iridio (Ir) que tiene dos isótopos de masas 191 y 193 umas. Los porcentajes de abundancia son 37.3 y 62.7% respectivamente. 2) El indio (In) tiene dos isótopos de masas 173 y 175 umas. El porcentaje de abundancia del segundo isótopo es 95.72%. 3) El neón (Ne) tiene tres isótopos de masas 20, 21 y 22 umas.

Los porcentajes de abundancia de los dos primeros son 90.92 y 0.26%. ¿Cuál es la masa atómica promedio del neón?

21 4) El hierro (Fe) tiene 4 isótopos de masas 54, 56, 57 y 58 umas. Los porcentajes de abundancia de los tres últimos son 91.66, 2.19 y0.33%. ¿Cuál es la masa atómica promedio del hierro? 5) Con los datos tabulados, calcule la masa atómica promedio del níquel (Ni). Masa (umas) Masa (umas) Masa (umas) Masa (umas) % % % % de abundancia de abundancia de abundancia de abundancia 58 ? 60 26.23 61 1.19 63 3.66 64 1.08 3. RADIACTIVIDAD 3. RADIACTIVIDAD 3. RADIACTIVIDAD 3. RADIACTIVIDAD 3.1 Antecedentes 3.1 Antecedentes 3.1 Antecedentes 3.1 Antecedentes En 1895 Wilhelm Honrad Roentgen (1845-1923), descubrió los rayos X X X X, los cuales pueden penetrar otros cuerpos y afectar las placas fotográficas.

Tiempo después, Antoine Henri Becquerel (1825-1908) comprobó que la sal de uranio emitía rayos que afectaban las placas fotográficas sin necesidad de la luz solar. Así mismo, demostró que los rayos provenientes del uranio son capaces de ionizar el aire y también de penetrar láminas delgadas de metal.

Probablemente el término radiactividad fue utilizado por primera vez por Marie Curie Marie Curie Marie Curie Marie Curie en 1898. La radiactividad radiactividad radiactividad radiactividad se define como la emisión espontánea de partículas y radiación de elementos inestables; los elementos que presentan esta característica, son radiactivos radiactivos radiactivos radiactivos.

22 En 1898 Marie Sklodowska Curie (1867-1934) y su esposo. Pierre Curie (1859-1906) se interesaron en la radiactividad. Marie Curie descubrió dos elementos nuevos, el polonio (Po) y el radio (Ra), ambos radiactivos.

Marie Sklodowska nació en Polonia En 1867 realizó en París un doctorado en matemáticas y física. Ahí conoció y se casó con un destacado físico francés, Pierre Curie. Fue la primera persona en ganar dos premios Nobel en ciencias. Los Curie compartieron con Becquerel el Premio Nobel de Física en 1903 por su descubrimiento de la radiactividad natural. En 1906 Pierre Curie murió en un accidente, pero ella siguió trabajando y en 1911 ganó un segundo premio Nobel por el descubrimiento del Radio y del Polonio. La hija de los Curie, Irene y su esposo Frédéric Joliot ganaron tiempo después el Premio Nobel de Química en 1935 por su trabajo con materiales radiactivos.

Marie Curie murió en 1934 de anemia perniciosa, tal vez inducida por el trabajo agotador y la prolongada exposición a los materiales radiactivos.

MARIE CURIE PIERRE CURIE

23 Ernest Rutherford en 1899, al estudiar la naturaleza de los rayos X. encontró dos tipos de partículas a las que llamo alfa ( alfa ( alfa ( alfa (α α α α) y beta ( ) y beta ( ) y beta ( ) y beta (β β β β) ) ) ) y comprobó, que el uranio al emitir estas partículas se convertía en otro elemento. Paul Villard Paul Villard Paul Villard Paul Villard (1860-1934) descubrió los rayos gamma ( gamma ( gamma ( gamma (γ γ γ γ), ), ), ), un tercer tipo de rayos similares a los rayos X. 3.2 Radiaciones, 3.2 Radiaciones, 3.2 Radiaciones, 3.2 Radiaciones, α α α α, continuación se muestran las características de los tipos de radiactividad descritos.

Nombre Nombre Nombre Nombre Símbolo Símbolo Símbolo Símbolo Masa (umas) Masa (umas) Masa (umas) Masa (umas) Carga Carga Carga Carga Alfa Alfa Alfa Alfa 2+ + + + Beta Beta Beta Beta β β β β 1/1837 1/1837 1/1837 1/1837 1 1 1 1– – – – Gamma Gamma Gamma Gamma La partícula alfa (α) es un núcleo de Helio. Cuando se emite una Cuando se emite una Cuando se emite una Cuando se emite una p p p particula alfa del núcleo se forma un elemento diferente articula alfa del núcleo se forma un elemento diferente articula alfa del núcleo se forma un elemento diferente articula alfa del núcleo se forma un elemento diferente.

El número atómica del nuevo elemento es menor en dos unidades y la masa es menor en 4 unidades del elemento original.

La partícula beta (β) es idéntica en masa y carga a un electrón. Una partícula beta y un protón se producen por la descomposición de un neutrón Cuando un átomo pierde una partícula beta, se forma un Cuando un átomo pierde una partícula beta, se forma un Cuando un átomo pierde una partícula beta, se forma un Cuando un átomo pierde una partícula beta, se forma un elemento diferente que tiene la misma masa pero su número atómic elemento diferente que tiene la misma masa pero su número atómic elemento diferente que tiene la misma masa pero su número atómic elemento diferente que tiene la misma masa pero su número atómico o o o es 1 unidad mayor al del es 1 unidad mayor al del es 1 unidad mayor al del es 1 unidad mayor al del elemento original elemento original elemento original elemento original Los rayos gamma (γ) son fotones de energía.

La emisión de rayos La emisión de rayos La emisión de rayos La emisión de rayos gamma ( gamma ( gamma ( gamma (γ γ γ γ) no ) no ) no ) no altera altera altera altera e e e el número atómico ni la masa de un elemento l número atómico ni la masa de un elemento l número atómico ni la masa de un elemento l número atómico ni la masa de un elemento.

24 En la siguiente imagen se muestra el comportamiento de las radiaciones radiactivos bajo el efecto de un campo eléctrico o magnético. Burns, Ralph. Fundamentos de Química Fundamentos de Química Fundamentos de Química Fundamentos de Química. 4ª. Edición, México, Pearson, 2003. Fisión nuclear Fisión nuclear Fisión nuclear Fisión nuclear.- Es un fenómeno que ocurre cuando un isótopo pesado un isótopo pesado un isótopo pesado un isótopo pesado se rompe en dos o más fragmentos se rompe en dos o más fragmentos se rompe en dos o más fragmentos se rompe en dos o más fragmentos de tamaño intermedio cuando recibe un choque en forma particular por un neutrón.

Los fragmentos se denominan productos de fisión. Al romp Al romp Al romp Al romperse el átomo libera energía erse el átomo libera energía erse el átomo libera energía erse el átomo libera energía y dos o tres neutrones, y dos o tres neutrones, y dos o tres neutrones, y dos o tres neutrones, cada uno de los cuales puede causar otra fisión nuclear.

25 La bomba atómica es un ejemplo de una fisión incontrolada. Fusión nuclear Fusión nuclear Fusión nuclear Fusión nuclear.- Este fenómeno es el proceso de unir los unir los unir los unir los núcleos de núcleos de núcleos de núcleos de dos elementos ligeros para formar un núcleo más pesado dos elementos ligeros para formar un núcleo más pesado dos elementos ligeros para formar un núcleo más pesado dos elementos ligeros para formar un núcleo más pesado. Estas reacciones se usan como fuente de energía. El inicio de las reacciones de fusión requiere temperaturas del orden de decenas de millones de grados.

Esas temperaturas existen en el sol, pero se han producido momentáneamente en la Tierra. Por ejemplo, la bomba de hidrógeno o de fusión, se dispara por la temperatura de la explosión de una bomba de fisión.

3.3 Efectos de la radiación 3.3 Efectos de la radiación 3.3 Efectos de la radiación 3.3 Efectos de la radiación Las radiaciones que tienen energía suficiente para forma iones cuando pasan a través de la materia se clasifican como radiaciones radiaciones radiaciones radiaciones ionizantes ionizantes ionizantes ionizantes. Las partículas alfa, beta y los rayos gamma son radiaciones ionizantes radiaciones ionizantes radiaciones ionizantes radiaciones ionizantes, por lo que pueden matar las células y ser particularmente devastadora al chocar con los núcleos de las células y afectar a las moléculas que participan en la reproducción celular.

26 Los efectos de la radiación se clasifican en tres: 1. Efectos agudos o de término corto. 2. Efectos a largo plazo. 3. Efectos genéticos Daños agudos de la radiación Daños agudos de la radiación Daños agudos de la radiación Daños agudos de la radiación.- Los rayos gamm rayos gamm rayos gamm rayos gamma y los X, a y los X, a y los X, a y los X, en niveles altos, producen naúseas, vómito y diarrea. Si la dosis es muy elevada, puede producir la muerte en poco tiempo. Los efectos de estos tipos de radiaciones parecen afectar el núcleo celular. Los cánceres se tratan con frecuencia con radiaciones gamma del Cobalto-60; de esta forma se multiplican rápidamente y se destruyen con un nivel de radiación que no daña gravemente a las células sanas.

Daños a largo plazo por radiación Daños a largo plazo por radiación Daños a largo plazo por radiación Daños a largo plazo por radiación.- La exposición por periodos largos a concentraciones bajas puede debilitar los organismos y causar tumores malignos. Un ejemplo del esto es el isótopo de estroncio-90, que resulta de los ensayos con armas nucleares. Por pertenecer al mismo grupo que el calcio, el estroncio-90 se fija en los tejidos óseos de forma similar que los iones de calcio. El estroncio-90 es un emisor beta. También las células sanguíneas producidas en la médula ósea se ven dañadas por este tipo de radiación.

27 Daños genéticos Daños genéticos Daños genéticos Daños genéticos.- La radiación puede afectar a las células de ADN que contienen la información genética, produciendo mutaciones. Desafortunadamente estos daños se transmiten de generación en generación y muchas veces esos efectos genéticos serán sufridos por las generaciones venideras. 4. TEORÍA CUÁNTICA 4. TEORÍA CUÁNTICA 4. TEORÍA CUÁNTICA 4. TEORÍA CUÁNTICA 4.1 4.1 4.1 4.1 Modelo atómico de Bohr Modelo atómico de Bohr Modelo atómico de Bohr Modelo atómico de Bohr Insertar Insertar Insertar Insertar foto 7 foto 7 foto 7 foto 7 Bohr estableció que cada nivel de energía, sólo podía contener un determinado número de electrones.

El número máximo de electrones que puede tener un nivel, se calcula con la fórmula 2 2 2 2n n n n2 2 2 2 , donde “n” es el número de nivel por tanto el número máximo de electrones para los tres primeros niveles es: Niels Bohr (1885-1962) nació en Dinamarca. Es muy conocido por sus estudios sobre el átomo de hidrógeno y por su modelo atómico en el cual compara al átomo con el sistema solar. Bohr propuso la teoría de que los átomos poseen valores de energía específicos, que existen en niveles de energía específicos, a los que llamó capas, y que loe electrones pueden absorber o liberar cantidades discretas de energía en los cambios de nivel.

En 1922 Niels Bohr, se hizo acreedor al Premio Nobel de Física por su trabajo con la estructura atómica y los espectros .electromagnéticos. NIELS BOHR

28 Nivel Nivel Nivel Nivel Aplicación de la fórmula 2n Aplicación de la fórmula 2n Aplicación de la fórmula 2n Aplicación de la fórmula 2n2 2 2 2 Número máximo de Número máximo de Número máximo de Número máximo de electrones electrones electrones electrones 1 1 1 1 2(1) 2(1) 2(1) 2(1)2 2(2) 2(2) 2(2) 2(2)2 2(3) 2(3) 2(3) 2(3)2 2 2 2 18 18 18 18 A continuación, se muestran los diagramas de Bohr de un átomo de litio (Li) y de un átomo de sodio (Na).

29 El litio por solo tener 3 electrones, tiene dos niveles de energía, teniendo en el último, que es el segundo, un solo electrón. El sodio tiene 11 electrones por lo que los dos primeros niveles están llenos, y el tercer nivel que es el último tiene un solo electrón. Los electrones que se encuentran en el último nivel del átomo se conocen como ELECTRONES DE VALENCIA ELECTRONES DE VALENCIA ELECTRONES DE VALENCIA ELECTRONES DE VALENCIA. La posición de un elemento en la tabla periódica nos permite establecer el número de niveles de energía y el número de electrones de valencia de un átomo.

4.2 Números cuánticos 4.2 Números cuánticos 4.2 Números cuánticos 4.2 Números cuánticos El modelo actual del átomo se basa en la mecánica cuántica ondulatoria, la cual puede describir un electrón en un átomo mediante los cuatro números cuánticos cuatro números cuánticos cuatro números cuánticos cuatro números cuánticos, Esta teoría se desarrolló durante la década de 1920 y es el resultado de las contribuciones de destacados científicos entre ellos Einstein, Planck (1858-1947), De Broglie, Bohr (1885-1962), Schrödinger (1887-1961) y Heisenberg..

La siguiente figura muestra las modificaciones que ha sufrido el modelo del átomo desde Dalton hasta Schrödinger.

30 Burns, Ralph. Fundamentos de Química Fundamentos de Química Fundamentos de Química Fundamentos de Química. 4ª. Edición, México, Pearson, 2003.

31 1) NÚMERO CUÁNTICO PRINCIPAL (n) ) NÚMERO CUÁNTICO PRINCIPAL (n) ) NÚMERO CUÁNTICO PRINCIPAL (n) ) NÚMERO CUÁNTICO PRINCIPAL (n) Representa los niveles energéticos. Se designa con números enteros positivos desde n=1 hasta n=7 n=1 hasta n=7 n=1 hasta n=7 n=1 hasta n=7 para los elementos conocidos. Recordamos que para calcular el número máximo de electrones que acepta cada nivel se calcula con la fórmula 2n 2n 2n 2n2 2 2 2 donde “n” es el nivel.

El valor de “n” determina el volumen efectivo del átomo. :NIVEL ( n ) NIVEL ( n ) NIVEL ( n ) NIVEL ( n ) Número máximo de Número máximo de Número máximo de Número máximo de electrones electrones electrones electrones 1 2 ( 1 )2 )2 )2 = 18 4 2 ( 4 )2 = 32 Price, J., Smoot, R., Smith, R. Química Química Química Química. . . . Un cur Un cur Un cur Un curso moderno so moderno so moderno so moderno. U.S.A., Merrill Publishing Company, 1988.

32 2) NÚMERO CUÁNTICO SECUNDARIO O AZIMUTAL ( 2) NÚMERO CUÁNTICO SECUNDARIO O AZIMUTAL ( 2) NÚMERO CUÁNTICO SECUNDARIO O AZIMUTAL ( 2) NÚMERO CUÁNTICO SECUNDARIO O AZIMUTAL Determina las características del subnivel subnivel subnivel subnivel y se relaciona con la forma forma forma forma del orbital.

Cada nivel energético ( n ) tiene “n”subniveles. Cada nivel energético ( n ) tiene “n”subniveles. Cada nivel energético ( n ) tiene “n”subniveles. Cada nivel energético ( n ) tiene “n”subniveles. Ejms.

NIVEL ENERGÉTICO ( n ) NIVEL ENERGÉTICO ( n ) NIVEL ENERGÉTICO ( n ) NIVEL ENERGÉTICO ( n ) Número de subniveles contenidos en Número de subniveles contenidos en Número de subniveles contenidos en Número de subniveles contenidos en el nivel el nivel el nivel el nivel PRIMERO (n = 1) (n = 1) (n = 1) (n = 1) 1 1 1 1 SEGUNDO (n (n (n (n = 2) = 2) = 2) = 2) 2 2 2 2 TERCERO (n = 3) (n = 3) (n = 3) (n = 3) 3 3 3 3 Se designa con números que van de cero a n-1, los cuales se identifican con las letras s, p, d, f.

NIVEL NIVEL NIVEL NIVEL SUBNIVEL SUBNIVEL SUBNIVEL SUBNIVEL (número asignado) (número asignado) (número asignado) (número asignado) LETRA LETRA LETRA LETRA f

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