Trabajo complementario. El átomo Docente. Mónica María Valencia C

TRABAJO COMPLEMENTARIO. EL ÁTOMO

El átomo es la partícula más pequeña que puede existir de un elemento químico. Lo que define la identidad del átomo (a qué elemento químico pertenece) es el número de protones que posee. Como se vio en clase tiene dos regiones fundamentales que son el núcleo y la corteza. Cada una de ellas aloja partículas diferentes.

NÚCLEO

La explicación de la estructura del núcleo fue producto de una serie de experimentos realizados por diferentes científicos. A comienzos del siglo XX ya se había descubierto el electrón pero se pensaba que el átomo era una gran bola de carga positiva con los pequeños electrones cargados negativamente incrustados dentro de la misma, a este modelo se llama “el modelo del pudín de pasas” de JJ Thomson.

Tomado de: fq2012riadelcarmen.blogspot.com

La existencia del núcleo fue deducida por Rutherford, el realizó un experimento donde se bombardeó una lámina fina de oro con partículas alfa, que son núcleos atómicos de helio (Z= 2) emitidos por rocas radiactivas. La mayoría de esas partículas traspasaban la lámina, pero algunas rebotaban, lo cual demostró la existencia de un minúsculo núcleo atómico. En el siguiente enlace https://sites.google.com/site/smmfisicayquimica/simuladores#TOC-Construye-un-tomo busca la simulación del Experimento de dispersión de Rutherford y pulsa Ejecutar el applet para observar la animación. Gracias a este experimento surgió el

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Modelo atómico de Rutherford en que el átomo está constituido por protones y electrones.

Muchos científicos siguieron sus experimentaciones, algunas de ellas arrojaban resultados que no podían ser explicados con el modelo de Rutherford. Para explicar mejor los resultados Wolfgang Pauli formuló una hipótesis donde decía que en el núcleo debían existir otras partículas a quienes bautizó como neutrones que no poseían carga atómica.

Hasta el momento se conoce que en el núcleo existen los protones, que tienen carga positiva y los neutrones, que no tienen carga. Pese a que los protones deberían repelerse se por poseer cargas iguales (positivas) la existencia de los neutrones y de las interacciones nucleares fuertes (fuerza muy poderosa pero de corto alcance que produce la atracción de las partículas en el núcleo) hace que el núcleo sea estable.

Los núcleos atómicos son mucho más pequeños que el tamaño típico de un átomo (entre 10 mil y 100 mil veces más pequeños). Además contienen más del 99% de la masa con lo cual la densidad másica del núcleo es muy elevada.

CORTEZA

Se denomina también nube de electrones o nube atómica. Es la parte externa de un átomo alrededor del núcleo en la cual orbitan los electrones. Los electrones tienen carga eléctrica negativa y están unidos al núcleo del átomo por la atracción que existe entre las cargas positivas de los protones y las negativas de ellos. La corteza la corteza es unas 50.000 veces más grande que el núcleo sin embargo apenas posee masa. El electrón tiene una masa que es aproximadamente 1836 veces menor con respecto a la del protón,[1 esta relación se puede ver en la tabla que se presenta a continuación.

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]

Taller 1.

1. Explique la siguiente expresión: Además contienen más del 99% de la masa con lo cual la densidad másica del núcleo es muy elevada.

2. Escriba el orden en que fueron descubiertas las tres partículas del átomo mencionad aquí. e

3. Si se tiene los siguientes datos defina a qué elemento pertenece cada uno

a) Protones 10, neutrones 8, electrones 10.

b) Neutrones 64, protones 63, electrones 63.

4. ¿Qué eran las partículas alfa del experimento de Rutherford?

5. En la animación del experimento de Rutherford ¿de qué elemento es el átomo que se bombardea?

6. ¿Por qué las partículas alfa son repelidas por el núcleo del átomo?

7. ¿Por qué las partículas alfa aparecen representadas como una agrupación con 2 protones y dos neutrones?

8. ¿Cómo se explica la animación del átomo de budín de ciruelas?

ALGUNAS DEFINICIONES IMPORTANTES

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NÚMERO ATÓMICO (Z): indica la cantidad de protones que existen en el núcleo. El Z define la identidad de un átomo, átomos con Z igual pertenecen al mismo elemento químico.

MASA ATÓMICA (A): es el número resultante de la suma simple de la cantidad de unidades de protones y neutrones de un solo átomo. Si un átomo tiene un protón y un neutrón su Masa Atómica será de 2. En el siguiente enlace https://sites.google.com/site/smmfisicayquimica/simuladores#TOC-Construye-un-tomo

Encontrarás una animación titulada construye un átomo que te facilitará comprender el concepto.

PESO ATÓMICO (Ar): también conocido como masa atómica relativa o masa atómica media. Erróneamente se confunde con la masa atómica pero debe ser claro que la masa atómica es la masa de UN SOLO ATOMO mientras que el peso atómico es una cantidad física adimensional definida como la suma de la cantidad de las masas promedio de los átomos de un elemento (de un origen dado) expresados en Unidad de masa atómica o u.m.a. (es decir, a 1/12 de la masa de un átomo de carbono 12).[

ISÓTOPO: algunos elementos químicos que se encuentran en la naturaleza tienen diferentes tipos de átomos, todos con IGUAL NUMERO DE PROTONES pero diferente cantidad de neutrones, cuando esto ocurre se dice que el elemento tiene isótopos. Todos los isótopos poseen igual número atómico pero difieren en el número másico como se muestra en la tabla.

Elemento Z (Protones) Electrones Numero de masa ACarbono 12 C 6 6 12Carbono , 13 C 6 6 13Carbono 14 C 6 6 14

Si la relación entre el número de protones y de neutrones no es la apropiada para obtener la estabilidad nuclear, el isótopo es radiactivo. Los isótopos se subdividen en isótopos estables (existen menos de 300) y no estables o isótopos radiactivos (existen

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alrededor de 1200).Como el isótopo carbono 14 que se usa para determinar la antigüedad de los objetos.

En el siguiente link https://sites.google.com/site/smmfisicayquimica/simuladores#TOC-Construye-un-tomo encontrarás una animación que explica los isótopos llamada isótopos y masa atómica, ppulsa Ejecutar el applet para observar la animación.

MASA ATÓMICA RELATIVA, ESTANDAR O PROMEDIO: es la que aparece en la tabla periódica. Es el resultado de calcular el promedio ponderado de las masas de cada uno de los isipós que existen en la tierra por sus respectivas abundancias (porcentaje de cada uno de los isótopos que hay en la naturaleza).

EJEMPLOExisten en la naturaleza 3 isotopos de carbono estos tres isotopos tienen una abundancia promedio en la corteza terrestre, sacando la masa promedio ponderada de estos tres isotopos se obtiene nuestra masa atómica promedio, los datos que necesitamos se encuentran en la siguiente tablaIsotopo 12C 13C 14C% de abundancia 98.89% 1.11% 1 parte por 1×1012

partesMasa atómica 12 u 13.00335 u 14.003241 u

Masa atómica estándar = ((0.9889)*(12 u))+((0.0111)*(13.00335 u))Masa atómica estándar = 11.8668 u + 0.1443 = 12.0111 u

Taller 2.

Trabaja la animación Construye un átomo de https://sites.google.com/site/smmfisicayquimica/simuladores#TOC-Construye-un-tomo y responde lo siguiente:

1. ¿Por qué los átomos que tiene más de un protón y no tienen neutrones son inestables?

2. ¿Qué diferencia hay entre la representación de nube y la de órbitas?

3. Según la animación ¿Qué es un ion?

4. ¿Por qué los iones están cargados?

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5. En la animación ingresa a la pestaña de juego y escribe los resultados de 5 juegos del nivel 1.

Protones Neutrones Electrones Nombre elemento

Átomo neutro o ion

6. Ahora juega en el nivel 2 y escribe cada partida.

7. Ahora juega en el nivel 3 y escribe cada partida.

8. Ahora juega en el nivel 4 y escribe cada partida.

Ahora en el siguiente link https://sites.google.com/site/smmfisicayquimica/simuladores#TOC-Construye-un-tomo encontrarás una animación que explica los isótopos llamada isótopos y masa atómica

9. ¿Cuántos isótopos tiene el hidrógeno? ¿Cuál es el más abundante? ¿Cuál es el número másico y la masa atómica de cada uno? ¿Alguno de ellos es radiactivo? Con estos datos calcula la masa atómica estándar.

10. ¿Cuántos isótopos de litio existen?

11. Con respecto al oxígeno ¿cuántos isótopos tiene?? ¿Cuál es el más abundante? ¿Cuál es el número másico, el símbolo, la abundancia y la masa atómica de cada uno? Con estos datos calcula la masa atómica estándar del Oxígeno. Compara tu respuesta con el dato que aparece en la tabla periódica ¿qué encontraste? ¿Alguno de ellos es radiactivo?

12. En el juego ahora vete a la pestaña de mezclar isotopos y escribe cuáles elementos de los que aparecen señalados no tiene isotopos.

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13. En la misma pestaña ubícate en el magnesio ¿Cuáles son los símbolos de sus tres isótopos? Realiza el cálculo de su masa atómica media o estándar.

BIBLIOGRAFÍA

1. «Átomo», en Diccionario de la Lengua Española (22ª ed.). Real Academia Española (2001). Consultado el 20 de julio de 2009.

2. CODATA value: proton-electron mass ratio ». 2006 CODATA recommended values. National Institute of Standards and Technology.

3. Rañada Antonio (1990), Dinámica Clásica. Madrid, Alianza Editorial, S. A. 84-206-8133

4. C. Sánchez del Río (2003). «Estructura de los núcleos atómicos». En C. Sánchez del Río. Física cuántica. Ediciones Pirámide. pp. 882-899. ISBN 978-84-368-1656-3.

PÁGINAS DE INTERNET

https://sites.google.com/site/smmfisicayquimica/simuladores#TOC- Construye-un-tomo