Materia y sus propiedades

 Materia

Materia es todo aquello que existe en la naturaleza y cuya característica fundamental es presentar: masa y volumen.

② Propiedades de la Materia

La materia tiene propiedades generales y particulares, a continuación estudiaremos ambas propiedades:

ⓐ Propiedades Generales

Son aquellas que dependen de la cantidad de material, entre ellos tenemos:

✍ Masa: Es la cantidad de materia que presenta un cuerpo (la masa no define volumen).

✍ Extensión: (Volumen) Es el lugar que ocupa un cuerpo en el espacio.

✍ Impenetrabilidad: Propiedad por la cual el lugar ocupado por un cuerpo no puede ser ocupado por otro al mismo tiempo. Salvo que lo desplace.

✍ Inercia: Todo cuerpo se mantiene en reposo o en movimiento, mientras no exista una causa (fuerza) que modifique dicho estado.

✍ Divisibilidad: La Materia se puede fraccionar en partes cada vez más pequeño por diferentes medios (mecánico, físico, químico), de acuerdo a la siguiente secuencia.

✍ Atracción: Es la propiedad por la cual dos cuerpos o partículas o moléculas o átomos tienden a unirse.

ⓑ Propiedades Específicas

Son aquellos que no dependen de la cantidad de materia, los más importantes son:

✍ Dureza: Es la resistencia que presenta un sólido a ser rayado. La dureza de un cuerpo se establece mediante la escala de MOHS. El material más duro es el "diamante" y el menos el "talco".

✍ Tenacidad: Es la oposición que presenta un cuerpo sólido al fraccionamiento (rotura).

✍ Maleabilidad: Propiedad por la cual los metales se pueden transformar hasta láminas.

✍ Ductibilidad: Propiedad por la cual los metales se pueden transformar hasta alambres o hilo.

✍ Brillo: Propiedad por la cual un cuerpo refleja la luz.

✍ Elasticidad: Es la capacidad que presentan algunos sólidos para recuperar su forma original una vez que deja de actuar la fuerza que los deformaba. (Los cuerpos que no recuperan su forma se llaman "cuerpos plásticos").

✍ Viscosidad: Es la resistencia que presenta los fluidos en su desplazamiento. Esta dificultad disminuye al aumentar la temperatura.

Densidad

La densidad es una propiedad específica de la materia que nos permite diferenciar unos materiales de otros.
Mide, en cierto modo, lo concentrada que esta la masa de un cuerpo. Por ejemplo, el plomo tiene la densidad mayor que la madera.
La densidad es la relación que existe entre la masa y el volumen de un cuerpo.
Densidad = masa / volumen

Punto de Fusión

El punto de fusión (o, raramente, punto de fusión) es la temperatura a la cual se encuentra el equilibrio de fases sólido-líquido, es decir la materia pasa de estado sólido a estado líquido, se funde. Cabe destacar que el cambio de fase ocurre a temperatura constante. El punto de fusión es una propiedad intensiva.

Punto de Ebullición

La definición formal de punto de ebullición es aquella temperatura en la cual la presión de vapor del líquido iguala a la presión de vapor del medio en el que se encuentra.¹ Coloquial mente, se dice que es la temperatura a la cual la materia cambia del estado líquido al estado gaseoso.

Cambios De la Materia

Los cambios de la materia

La materia presenta formas distintas, las cuales poseen características que nos permiten distinguir unos objetos de otros. El color, el olor y la textura son propiedades de la materia que nos ayudan a diferenciarlos.

Nuestro planeta, el Sol, las estrellas, y todo lo que el hombre ve, toca o siente, es materia; incluso, los propios hombres, las plantas y los animales.

Una misma materia se puede encontrar en los tres estados. Por ejemplo, el agua, que normalmente es líquida, cuando se enfría se convierte en sólido y, si se le aplica calor, se transforma en gas.

• Estado sólido: un sólido es una sustancia formada por moléculas, que se encuentran muy unidas entre sí por una fuerza llamada Fuerza de Cohesión. Los sólidos son duros y difíciles de comprimir, porque las moléculas, que están muy unidas, no dejan espacio entre ellas.
• Estado líquido: un líquido es una sustancia formada por moléculas que están en constante desplazamiento, y que se mueven unas sobre otras. Los líquidos son fluidos porque no tienen forma propia, sino que toman la del recipiente que los contiene.
• Estado gaseosos : un gas es una sustancia formada por moléculas que se encuentran separadas entre sí. Los gases no tienen forma propia, ya que las moléculas que los forman se desplazan en varias direcciones y a gran velocidad. Por esta razón, ocupan grandes espacios.

Gas

Gas, sustancia en uno de los tres estados diferentes de la materia ordinaria, que son el sólido, el líquido y el gaseoso. Los sólidos tienen una forma bien definida y son difíciles de comprimir. Los líquidos fluyen libremente y están limitados por superficies que forman por sí solos. Los gases se expanden libremente hasta llenar el recipiente que los contiene, y su densidad es mucho menor que la de los líquidos y sólidos.

Cambios de la materia
Cambio Físico: es el cambio transitorio de las sustancias que no afecta a la naturaleza de la materia, aunque cambia su forma. Un cambio físico se produce por la acción de un agente externo a la naturaleza de la materia. En el caso del agua, el agente es el calor.
Cambios del estado del agua:

• El paso del estado sólido a líquido recibe el nombre de fusión, lo que sucede por aumento de calor.
• El paso de estado líquido a gaseoso se llama evaporación , lo que sucede por aumento de calor.
• El paso del estado gaseoso a líquido se llama condensación , lo que sucede por pérdida de calor.
• El paso de líquido a sólido recibe el nombre de solidificación , lo que sucede por pérdida de calor.

Condensación

Condensación , en física, proceso en el que la materia pasa a una forma más densa, como ocurre en la licue facción del vapor. La condensación es el resultado de la reducción de temperatura causada por la eliminación del calor latente de evaporación; a veces se denomina condensado al líquido resultante del proceso.

La eliminación de calor reduce el volumen del vapor y hace que disminuyan la velocidad de sus moléculas y la distancia entre ellas. Según la teoría cinética del comportamiento de la materia, la pérdida de energía lleva a la transformación del gas en líquido. La condensación es importante en el proceso de destilación y en el funcionamiento de las máquinas de vapor, donde el vapor de agua utilizado se vuelve a convertir en agua en un aparato llamado condensador.

Evaporación

Evaporación , conversión gradual de un líquido en gas sin que haya ebullición. Las moléculas de cualquier líquido se encuentran en constante movimiento. La velocidad media (o promedio) de las moléculas sólo depende de la temperatura, pero puede haber moléculas individuales que se muevan a una velocidad mucho mayor o mucho menor que la media. A temperaturas por debajo del punto de ebullición, es posible que moléculas individuales que se aproximen a la superficie con una velocidad superior a la media tengan suficiente energía para escapar de la superficie y pasar al espacio situado por encima como moléculas de gas. Como sólo se escapan las moléculas más rápidas, la velocidad media de las demás moléculas disminuye; dado que la temperatura, a su vez, sólo depende de la velocidad media de las moléculas, la temperatura del líquido que queda también disminuye.

Es decir, la evaporación es un proceso que enfría; si se pone una gota de agua sobre la piel, se siente frío cuando se evapora. En el caso de una gota de alcohol, que se evapora con más rapidez que el agua, la sensación de frío es todavía mayor. Si un líquido se evapora en un recipiente cerrado, el espacio situado sobre el líquido se llena rápidamente de vapor, y la evaporación se ve pronto compensada por el proceso opuesto, la condensación.

Para que la evaporación continúe produciéndose con rapidez hay que eliminar el vapor tan rápido como se forma. Por este motivo, un líquido se evapora con la máxima rapidez cuando se crea una corriente de aire sobre su superficie o cuando se extrae el vapor con una bomba de vacío

Cuando un cuerpo, por acción del calor o del frío pasa de un estado a otro, decimos que ha cambiado de estado. En el caso del agua: cuando hace calor, el hielo se derrite y si calentamos agua líquida vemos que se evapora. El resto de las sustancias también puede cambiar de estado si se modifican las condiciones en que se encuentran. Además de la temperatura, también la presión influye en el estado en que se encuentran las sustancias. Si se calienta un sólido, llega un momento en que se transforma en líquido. Este proceso recibe el nombre de fusión. El punto de fusión es la temperatura que debe alcanzar una sustancia sólida para fundirse. Cada sustancia posee un punto de fusión característico. Por ejemplo, el punto de fusión del agua pura es 0 °C a la presión atmosférica normal. Si calentamos un líquido, se transforma en gas. Este proceso recibe el nombre de vaporización. Cuando la vaporización tiene lugar en toda la masa de líquido, formándose burbujas de vapor en su interior, se denomina ebullición. También la temperatura de ebullición es característica de cada sustancia y se denomina punto de ebullición. El punto de ebullición del agua es 100 °C a la presión atmosférica normal.

En el estado sólido las partículas están ordenadas y se mueven oscilando alrededor de sus posiciones. A medida que calentamos el agua, las partículas ganan energía y se mueven más deprisa, pero conservan sus posiciones. Cuando la temperatura alcanza el punto de fusión (0ºC) la velocidad de las partículas es lo suficientemente alta para que algunas de ellas puedan vencer las fuerzas de atracción del estado sólido y abandonan las posiciones fijas que ocupan. La estructura cristalina se va desmoronando poco a poco. Durante todo el proceso de fusión del hielo la temperatura se mantiene constante. En el estado líquido las partículas están muy próximas, moviéndose con libertad y de forma desordenada. A medida que calentamos el líquido, las partículas se mueven más rápido y la temperatura aumenta. En la superficie del líquido se da el proceso de vaporización, algunas partículas tienen la suficiente energía para escapar. Si la temperatura aumenta, el número de partículas que se escapan es mayor, es decir, el líquido se evapora más rápidamente. Cuando la temperatura del líquido alcanza el punto de ebullición, la velocidad con que se mueven las partículas es tan alta que el proceso de vaporización, además de darse en la superficie, se produce en cualquier punto del interior, formándose las típicas burbujas de vapor de agua, que suben a la superficie. En este punto la energía comunicada por la llama se invierte en lanzar a las partículas al estado gaseoso, y la temperatura del líquido no cambia (100ºC). En el estado de vapor, las partículas de agua se mueven libremente, ocupando mucho más espacio que en estado líquido. Si calentamos el vapor de agua, la energía la absorben las partículas y ganan velocidad, por lo tanto la temperatura sube.

 Cambios Físicos y Químicos

Es toda variación física o química que presenta un material, respecto a un estado inicial y un estado final. Así mediante el cambio se puede establecer las propiedades o características de la materia, antes y después del cambio.

Por ejemplo, al dejar una barra de hierro a la intemperie durante algún tiempo (estado inicial), al termino de éste se observa un polvo rojizo la cubre, llamado oxido o herrumbre (estado final). Inmediatamente surge la pregunta ¿Qué ha ocurrido? Aparentemente ha habido un cambio; ¿Qué es lo que lo ha producido? Sencillamente el oxigeno del aire húmedo, ha oxidado el material el cual presenta características diferentes a las del estado inicial, pues da perdido el color y el brillo característico del metal. ¿Cómo podría catalogarse el cambio ocurrido al objeto en cuestión? Para contestar a esta a esta inquietud se debe estudiar los tipos de cambios que se conocen en la materia; a saber: cambios físicos y cambios químicos.

① Cambios Físicos

Pueden definirse como aquellos cambios que sufre la materia en su forma, en su volumen o en su estado, sin alterar su composición o naturaleza. Así, si se calienta un bloque de hielo a determinada temperatura, este se licua, es decir, pasa al estado solido al liquido modificando su forma y volumen pero conservando su naturaleza, pues antes del cambio se tenia agua solida y después del cambio se tiene agua liquida; pero si se continua el calentamiento, finalmente se alcanzará la temperatura de ebullición y el agua pasa al estado de vapor conservándose inalterable en todos los casos, la composición de ésta.

② Cambios Químicos

Estos conllevan una variación en la composición de la naturaleza de la materia, es decir a partir de una porción de material llamada reactivo, se obtiene un material distinto denominado Producto, por medio de una reacción de una reacción química y en la cual pueden influir diversos factores tales como la luz, presión, u otras sustancias reactivas. La formación del oxido de hierro sobre la barra de metal constituye un caso de cambio químico, puesto que el oxido de hierro (producto) no es el mismo que el hierro puro (reactivo)

Evolución de la teoría sobre la constitución de la materia

El ser humano siempre se ha preocupado por la composición de la materia y por eso, a lo largo de la historia ha habido varias teorías sobre la constitución de ésta, desde que Demócrito llamó átomo a una supuesta partícula indivisible que formaba la materia, hasta la teoría actual, la Teoría Atómica de Dalton.

         Como ya he dicho antes, el primero en aventurarse en estas teorías fue Demócrito (460 a.C. - 370 a.C), de la antigua Grecia, que llamó átomo a la partícula que supuesta mente era la más pequeña que formaba la materia y que era indivisible (Átomo en griego significa indivisible). También afirmaba que estos átomos eran indestructibles y que, entre uno y otro, solo había vacío. Su teoría también hablaba de la forma de los átomos, y sostenía que un átomo era diferente de otro de otra sustancia y, por ello, existían diferentes sustancias. Desde mi punto de vista, esto supuso un gran atrevimiento contra las leyes del momento ya que, aunque en la antigua Grecia se avanzó mucho en todas las ciencias, era un paso demasiado grande hacia el avance y, probablemente, no mucha gente siguió esa teoría en aquel momento.

         Aristóteles (384 a.C. - 322 a.C.), por su parte, rechazó la idea de Demócrito y apoyó una teoría ya enunciada antes, en la que la materia estaba formada por 3 elementos, Agua, Tierra y Fuego, a los que Aristóteles añadió el Éter (el espacio entre los elementos). Esta teoría pienso que fue mucho mas extendida, pues explica la materia de una manera muy sencilla y práctica, que todo el mundo puede observar a simple vista, aunque supone una gran regresión en esta ciencia.

         Lavoisier (1743 - 1794) no enunció ninguna teoría sobre la constitución de la materia, pero si formuló la Ley de la conservación de la materia, que dice que en las reacciones químicas, la masa permanece constante, ley que probablemente ayudó a Dalton con sus experimentos. Ésta ley ayudó a Dalton a poder medir la masa de los átomos de cada elemento al crear compuestos entre ellos.

         La teoría de Dalton (1766 - 1844) dio un salto enorme en esta cuestión ya que, aunque tenía algunos fallos, como que el átomo era indivisible, dijo que cada elemento tenía un átomo correspondiente, igual al resto de átomos del mismo elemento. Además consiguió medir indirectamente la masa de los átomos, ya que comprobó que el átomo de hidrógeno es el de menor masa y creo el UMA (Unidad de Masa Atómica) para medirlos, atribuyendo la masa de 1 UMA al átomo de hidrógeno. Ésta teoría, que es un avance de la teoría de Demócrito y que es bastante acertada, es bastante completa, pero a mi parecer, creo que llega algo tarde, ya que pasaron más de 2000 años entre la teoría de Demócrito y la de Dalton y la base de ambas es la misma.

   La teoría de Dalton es la base de la actual, donde se ha descubierto que él átomo puede ser dividido en distintas partículas sub atómicas, pero el modelo actual tampoco es perfecto y durante los próximos años, se seguirán descubriendo nuevas cosas y enunciando nuevas teorías.

Espectros Atómicos

Cada átomo es capaz de emitir o absorber radiación electromagnética, aunque solamente en algunas frecuencias que son características propias de cada uno de los diferentes elementos químicos.

Si, mediante suministro de energía calorífica, se estimula un determinado elemento en su fase gaseosa, sus átomos emiten radiación en ciertas frecuencias del visible, que constituyen su espectro de emisión.

Si el mismo elemento, también en estado de gas, recibe radiación electromagnética, absorbe en ciertas frecuencias del visible, precisamente las mismas en las que emite cuando se estimula mediante calor. Este será su espectro de absorción.

Se cumple, así, la llamada Ley de Kirchoff, que nos indica que todo elemento absorbe radiación en las mismas longitudes de onda en las que la emite. Los espectros de absorción y de emisión resultan ser, pues, el negativo uno del otro.

Puesto que el espectro, tanto de emisión como de absorción, es característico de cada elemento, sirve para identificar cada uno de los elementos de la tabla periódica, por simple visualización y análisis de la posición de las líneas de absorción o emisión en su espectro.

Estas características se manifiestan ya se trate de un elemento puro o bien combinado con otros elementos, por lo que se obtiene un procedimiento bastante fiable de identificación.

Podemos, en definitiva, identificar la existencia de determinados elementos químicos en la composición de sistemas inaccesibles, como pueden ser objetos astronómicos, planetas, estrellas o sistemas estelares lejanos, aparte de que, también, y debido al Efecto Doppler-Fizeau, podemos establecer una componente de velocidad de acercamiento o alejamiento de nosotros.

Modelo Atómico Actual

El modelo atómico actual fue desarrollado durante la década de 1920, sobre todo por Schrödinger y Heisenberg.
Es un modelo de gran complejidad matemática, tanta que usándolo sólo se puede resolver con exactitud el átomo de hidrógeno. Para resolver átomos distintos al de hidrógeno se recurre a métodos aproximados.

De cualquier modo, el modelo atómico mecano-cuántico encaja muy bien con las observaciones experimentales.

De este modelo sólo diremos que no se habla de órbitas, sino de orbitales. Un orbital es una región del espacio en la que la probabilidad de encontrar al electrón es máxima.
Los orbitales atómicos tienen distintas formas geométricas.
En la simulación que tienes a la derecha puedes elegir entre distintos tipos de orbitales y observar su forma geométrica, se simula mediante una nube de puntos, siendo la máxima probabilidad de encontrar al electrón en la zona en que la densidad de la nube electrónica es máxima

El Átomo

1.- El átomo en la antigüedad

Los filósofos griegos discutieron mucho acerca de la naturaleza de la materia y concluyeron que el mundo era más simple de lo que parecía. Algunas de sus ideas de mayor relevancia fueron:

Leucipo	Demócrito	En el siglo V a. C., Leucipo sostenía que había un sólo tipo de materia y pensaba que si dividíamos la materia en partes cada vez más pequeñas, obtendríamos un trozo que no se podría cortar más. Demócrito llamó a estos trozos átomos ("sin división"). La filosofía atomista de Leucipo y Demócrito podía resumirse en: 1.- Los átomos son eternos, indivisibles, homogéneos e invisibles. 2.- Los átomos se diferencian en su forma y tamaño. 3.- Las propiedades de la materia varían según el agrupamiento de los átomos.
Empédocles		En el siglo IV a. C., Empédocles postuló que la materia estaba formada por 4 elementos: tierra, aire, agua y fuego.
Aristóteles		Aristóteles, posteriormente, postula que la materia estaba formada por esos 4 elementos pero niega la idea de átomo, hecho que se mantuvo hasta 200 años después en el pensamiento de la humanidad.

1.1.- La teoría atómica de Dalton

En 1808, John Dalton  publicó su teoría atómica, que retomaba las antiguas ideas de Leucipo y de Demócrito. Según la teoría de Dalton:

1.- Los elementos están formados por partículas diminutas, indivisibles e inalterables llamadas átomos.

Dalton estableció un sistema para designar a cada átomo de forma que se pudieran distinguir entre los distintos elementos:

2.- Los átomos de un mismo elemento son todos iguales entre sí en masa, tamaño y en el resto de las propiedades físicas o químicas. Por el contrario, los átomos de elementos diferentes tienen distinta masa y propiedades.

3.- Los compuestos se forman por la unión de átomos de los correspondientes elementos según una relación numérica sencilla y constante.

De la teoría atómica de Dalton se pueden obtener las siguientes definiciones:

- Un átomo es la partícula más pequeña de un elemento que conserva sus propiedades.

- Un elemento es una sustancia pura que está formada por átomos iguales.

- Un compuesto es una sustancia que está formada por átomos distintos combinados en una relación numérica sencilla y constante.

2.- El átomo es divisible

Una vez aceptada la teoría atómica de la materia, los fenómenos de electrización y electrólisis pusieron de manifiesto, por un lado, la naturaleza eléctrica de la materia y, por otro, que el átomo era divisible; es decir, que estaba formado por otras partículas fundamentales más pequeñas.

En esta página puedes ver ejemplos sobre fenómenos de electrización.

Los fenómenos eléctricos son una manifestación de su carga eléctrica. La unidad de carga eléctrica en el SI es el culombio (C).

Hay 2 tipos de cargas eléctricas: positiva y negativa. dos cuerpos que hayan adquirido una carga del mismo tipo se repelen, mientras que si poseen carga de distinto tipo se atraen.

La materia es eléctricamente neutra, es decir, tiene la misma cantidad de cada tipo de carga. cuando adquiere carga, tanto positiva como negativa, es porque tiene más cantidad de un tipo que de otro.

A finales del siglo XIX y principios del XX, una serie de experimentos permitieron identificar las partículas responsables de la carga negativa (el electrón) y de la carga positiva (el protón). Estos experimentos proporcionaron los datos siguientes sobre la estructura de la materia:

- El átomo contiene partículas materiales subatómicas.

- Los electrones tienen carga eléctrica negativa y masa. Cada electrón posee una carga eléctrica elemental.

- Los protones tienen carga eléctrica positiva y mayor masa.

- Como el átomo es eléctricamente neutro, hay que suponer que el número de cargas eléctricas negativas (electrones) es igual al número de cargas positivas (protones).

3.- Modelos atómicos

En Ciencia, un modelo intenta explicar una teoría mediante una comparación. Un modelo será tanto más perfecto cuanto más claramente explique los hechos experimentales. El modelo es válido mientras explica lo que ocurre en los experimentos; en el momento en que falla, hay que modificarlo.

3.1.- Modelo atómico de Thomson

Por ser tan pequeña la masa de los electrones, el físico inglés J. J. Thomson supuso, en 1904, que la mayor parte de la masa del átomo correspondía a la carga positiva, que, por tanto, debía ocupar la mayor parte del volumen atómico. Thomson imaginó el átomo como una especie de esfera positiva continua en la que se encuentran incrustados los electrones (como las pasas en un pudin).

Este modelo permitía explicar varios fenómenos experimentales como la electrización y la formación de iones.

- La electrización: Es el exceso o la deficiencia de electrones que tiene un cuerpo y es la responsable de su carga eléctrica negativa o positiva.

- La formación de iones: Un ion es un átomo que ha ganado o ha perdido electrones. Si gana electrones tiene carga neta negativa y se llama anión y si pierde electrones tiene carga neta positiva y se llama catión.

3.2.- Modelo atómico de Rutherford

El modelo de Thomson tuvo una gran aceptación hasta que, en 1911, el químico y físico inglés Ernest Rutherford y sus colaboradores llevaron a cabo el "Experimento de Rutherford".

En esta página puedes ver cómo este experimento ofrecía unos resultados que no podían explicarse con el modelo de átomo que había propuesto Thomson y, por tanto, había que cambiar el modelo.

En el experimento se bombardeaba una fina lámina de oro con partículas alfa (positivas) procedentes de un material radiactivo y se observaba que:

- La mayor parte de las partículas alfa atravesaban la lámina sin cambiar de dirección, como era de esperar.

- Algunas partículas alfa se desviaron considerablemente.

- Unas pocas partículas alfa rebotaron hacia la fuente de emisión.

Puedes ver el experimento en este vídeo.

Aquí tienes otra versión interactiva del mismo experimento.

El Modelo atómico de Rutherford o modelo nuclear establece que:

- El átomo tiene un núcleo central en el que están concentradas la carga positiva y casi toda la masa.

- La carga positiva de los protones del núcleo se encuentra compensada por la carga negativa de los electrones, que están fuera del núcleo.

- El núcleo contiene, por tanto, protones en un número igual al de electrones del átomo.

- Los electrones giran a mucha velocidad alrededor del núcleo y están separados de éste por una gran distancia.

3.3.- Los neutrones

La masa de protones y electrones no coincidía con la masa total del átomo; por tanto, Rutherford supuso que tenía que haber otro tipo de partículas subatómicas en el núcleo de los átomos.

Estas partículas fueron descubiertas en 1933 por J. Chadwick. Al no tener carga eléctrica recibieron el nombre deneutrones.

Los neutrones son partículas sin carga y de masa algo mayor que la masa de un protón.

3.4.- Estructura del átomo

Según esto, el átomo quedó constituido así:

- Una zona central o NÚCLEO donde se encuentra la carga total positiva (la de los protones) y la mayor parte de la masa del átomo, aportada por los protones y los neutrones.

- Una zona externa o CORTEZA donde se hallan los electrones, que giran alrededor del núcleo.

Hay los mismos electrones en la corteza que protones en el núcleo, por lo que el conjunto del átomo es eléctricamente neutro.

  

4.- Identificación de los átomos

Los átomos se identifican por el número de protones que contiene su núcleo, ya que éste es fijo para los átomos de un mismo elemento. Por ejemplo: Todos los átomos de hidrógeno tienen 1 protón en su núcleo, todos los átomos de oxígeno tienen 8 protones en su núcleo, todos los átomos de hierro tienen 26 protones en su núcleo, ..., y esto permite clasificarlos en la tabla periódica por orden creciente de este número de protones.

Número atómico: Es el número de protones de un átomo. Se representa con la letra Z y se escribe como subíndice a la izquierda del símbolo del elemento: _ZX.

Ejemplos: ₁H, ₈O, ₂₆Fe.

Número másico: Es la suma del número de protones y del número de neutrones de un átomo. Se representa con la letra A y se escribe como superíndice a la izquierda del símbolo del elemento: ^AX.

Ejemplos: ¹H, ⁸O, ²⁶Fe.

De esta manera se pueden identificar el número y tipo de partículas de un átomo:

³₁H -----> Este átomo tiene Z = 1 y A = 3. Por tanto, tiene 1 protón, 3 - 1 = 2 neutrones y, como es neutro, tiene 1 electrón.

Si tenemos un ion habrá que sumar o restar electrones a los que tendría si el átomo fuese neutro.

- Si es un catión habrá perdido electrones y hay que restar el número que aparezca con la carga positiva:

²⁵₁₂Mg⁺² -----> Este átomo tiene Z = 12 y A = 25. Por tanto, tiene 12 protones, 25 - 12 = 13 neutrones y, al ser positivo, tendrá 2 electrones menos de los que tendría neutro: 12 - 2 = 10 electrones.

- Si es un anión habrá ganado electrones y hay que sumar el número que aparezca con la carga negativa:

¹⁹₉F^-1 -----> Este átomo tiene Z = 9 y A = 19. Por tanto, tiene 9 protones, 19 - 9 = 10 neutrones y, al ser negativo, tendrá 1 electrón más de los que tendría si fuese neutro: 9 + 1 = 10 electrones.

Aquí puedes introducir Z, A y la carga (con su signo) para un átomo determinado y obtendrás el número de partículas que tiene:

4.1.- Isótopos

A comienzos del siglo XX se descubrió que no todos los átomos de un mismo elemento tenían la misma masa. Es decir, el número de neutrones puede variar para átomos del mismo elemento.

Los isótopos son átomos de un mismo elemento que tienen igual número atómico, pero distintos números másicos. Es decir, tienen el mismo número de protones pero distinto número de neutrones.

Ejemplo: El elemento hidrógeno, cuyo número atómico es 1 (es decir, que posee un protón en el núcleo), tiene 3 isótopos en cuyos núcleos existen 0, 1 y 2 neutrones, respectivamente.

En esta página puedes consultar más información sobre isótopos.

5.- Masa atómica relativa

La masa atómica relativa de un elemento es la que corresponde a uno de sus átomos y equivale prácticamente a la suma de las masas de sus protones y neutrones, ya que la de los electrones es tan pequeña que puede despreciarse. Así, la mayor parte de la masa del átomo se encuentra en el núcleo.

Como la unidad de masa en el SI, el kilogramo, es demasiado grande se ha buscado una unidad del tamaño de los átomos de la siguiente forma:

- Se ha escogido el átomo de carbono-12 (¹²C) como átomo de referencia.

- Se le ha asignado una masa de 12 u.m.a. (unidades de masa atómica), ya que tiene 6 protones y 6 neutrones.

- La unidad de masa atómica (uma) es la 1/12 parte de la masa del átomo de carbono-12.

La masa de un átomo medida por comparación con la masa del carbono-12 se llama masa atómica. Se encuentra recogida en la tabla periódica su valor para cada elemento.

En esta página puedes ver las masas atómicas (en uma) de todos los elementos de la tabla periódica.

5.1.- Isótopos y masa atómica

Como hemos visto, no todos los átomos de un mismo elemento son exactamente iguales. La mayoría de los elementos tienen diferentes isótopos y esto hay que tenerlo en cuenta para calcular la masa atómica.

La masa atómica de un elemento es la media ponderada de sus isótopos (Por eso, la masa atómica de un elemento no es un número entero).

Ejemplo: El cloro tiene 2 isótopos, ³⁵₁₇Cl y ³⁷₁₇Cl, que se presentan en la naturaleza con una abundancia del 75,5 % y del 24,5 %, respectivamente.

La masa atómica del cloro será la media ponderada: 35 · 75,5/100 + 37 · 24,5/100 = 35,5 uma.

6.- Nuevos hechos, nuevos modelos

El modelo atómico de Rutherford era incapaz de explicar ciertos hechos:

- La carga negativa del electrón en movimiento iría perdiendo energía hasta caer contra el núcleo y esto haría que los átomos fuesen inestables.

- Al hacer pasar radiación visible por un prisma, la luz se descompone en los colores del arco iris, esto se conoce como espectro continuo de la luz visible:

Pues bien, la luz que emiten los átomos de los elementos dan lugar a espectros discontínuos:

El hecho de que cada átomo tenga un espectro de rayas distinto y discontinuo debe estar relacionado con su estructura. Esto no se podía explicar con el modelo de Rutherford.

6.1.- El modelo atómico de Bohr

Para solucionar los problemas planteados, el físico danés Niels Bohr formuló, en 1913, una hipótesis sobre la estructura atómica. Sus postulados eran:

1) El electrón sólo se mueve en unas órbitas circulares "permitidas" (estables) en las que no emite energía. El electrón tiene en cada órbita una determinada energía, que es tanto mayor cuanto más alejada esté la órbita del núcleo.

2) La emisión de energía se produce cuando un electrón salta desde un estado inicial de mayor energía hasta otro de menor energía.

6.2.- La distribución de electrones

Con el modelo atómico de Bohr sólo se podía explicar el espectro del átomo de hidrógeno. Hacia 1920 se introdujeron modificaciones y se desarrollaron nuevos modelos atómicos.

De acuerdo con este nuevo modelo, alrededor del núcleo hay capas o niveles de energía:

- En la primera capa se sitúan, como máximo, 2 electrones.

- En la segunda capa se sitúan, como máximo, 8 electrones.

- En la tercera capa se sitúan, como máximo, 18 electrones.

...

La distribución por capas de los electrones de un átomo de un elemento se conoce como estructura o configuración electrónica del elemento.

Ejemplos: 2He Tiene sólo 2 electrones. Se sitúan en la primera capa. Se representa como (2). Las capas se colocan entre paréntesis y se separan por comas. 10Ne -> (2,8) 18Ar -> (2,8,8) 11Na -> (2,8,1) 15P -> (2,8,5)

A los electrones que están situados en la última capa se les denomina electrones de valencia y, al nivel que ocupan, capa de valencia. Estos electrones son los responsables de las propiedades químicas de las sustancias.

 La Configuración Electrónica del 

Átomo

.- En cada orbital sólo puede haber 2 electrones.
2.- Los electrones se van colocando en la corteza ocupando el orbital de menor energía que esté disponible.
3.- Cuando hay varios orbitales con la misma energía pueden entrar en ellos hasta 3·2 = 6 electrones.

Para recordar el orden de llenado de los orbitales se aplica el diagrama de Möeller que puedes ver en la escena de la derecha. Debes seguir el orden de las flechas para ir añadiendo electrones. (No todos los elementos cumplen esta regla. Podrás ver las excepciones en la escena de la siguiente página).