El Átomo.

Años más tarde en 1808, John Dalton postula:

 –  La materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas átomos, que son indivisibles y no se pueden destruir.

–  Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí, tienen su propio peso y cualidades propias. Los átomos de los diferentes elementos tienen pesos diferentes.

–  Los átomos permanecen sin división, aún cuando se combinen en las reacciones químicas.

–  Los átomos, al combinarse para formar compuestos guardan relaciones simples.

–  Los átomos de elementos diferentes se pueden combinar en proporciones distintas y formar más de un compuesto.

–  Los compuestos químicos se forman al unirse átomos de dos o más elementos distintos.

 A estos postulados se le denomina el primer modelo atómico con bases científicas.

 En el año 1987 Thompson descubre el electrón, por lo que se determino que el átomo poseía una parte positiva y una negativa. A este modelo se le denomina el modelo del pastel de pasas ya que decía que los electrones se encontraban incrustados en una masa de carga positiva. Con esto se logro explicar la formación de los iones ya que la pérdida de uno de estos electrones daba como resultado un ion positivo y la ganancia de uno un ion negativo. El problema de este modelos rea que no podía explicar otro tipo de radiaciones.

En el año 1911 Ernest Rutherford bombardeo una lámina de oro con partículas alfa, según el modelo de Thompson estas partículas debían traspasar la lámina sin ningún problema, pero sucedió que algunas partículas se desviaban de su trayectoria, por lo que concluyo que estas partículas chocaban con una estructura muy pequeña que poseía una gran masa positiva. Finalmente concluye que el átomo esta formado por un pequeño núcleo de masa positiva que concentra casi la totalidad de la masa del átomo, y alrededor de este se encontrarían orbitando los electrones, se le denomino modelo planetario. Este modelo presentaba los siguientes problemas:

 – Contradecía las leyes de Maxwell las que decían que si una carga eléctrica en movimiento debe emitir energía constantemente en forma de radiación lon que provocaría que el electrón perdiera su energía y caería finalmente al núcleo.

– No explicaba los espectros atómicos.

 En el año 1913 Niels Bohr propone un nuevo modelo atómico, en este toma como base el modelo de Rutherford específicamente en el átomo de hidrogeno, además incorpora los principios de Plank:

 La energía no era emitida o absorbida en la forma continua que había supuesto la física clásica, sino solamente durante la transición de los electrones entre dos estados estacionarios.

– Aunque el equilibrio de los átomos en el estado estacionario venía gobernado por las leyes ordinarias de la mecánica, dichas leyes no eran de aplicación en el paso de un estado estacionario a otro.

– La radiación emitida era un cuanto de energía de Planck.

– Los estados estacionarios venían determinados por la energía emitida y el giro del electrón.

– El estado permanente de un átomo es en el que la energía emitida en su formación es máxima.

Con este nuevo modelos Bohr logra explicar solo el espectro de absorción del átomo de hidrogeno.

En 1916, Armor Sommerfield realiza unas modificaciones al modelo de Bohr:

–  Los electrones se mueven alrededor del núcleo en orbitas circulares o elípticas.

–  A partir del segundo nivel energético existen dos o más subniveles en el mismo nivel.

–  El electrón es una corriente eléctrica minúscula.

Finalmente en 1926 Schrödinger, plantea el modelo atómico actual, en este ya no se ve el electrón como una esfera diminuta de carga negativa que gira entorno al núcleo sino que se les describe a los electrones mediante una función de onda, se habla de orbitales que es una región delimitada en el espacio en la cual la posibilidad de encontrar un electrón es máxima.

Ahora describiremos los distintos componentes del átomo: 

Electrón: Partícula subatómica de carga negativa que orbita entorno al núcleo. Fue descubierto por Thompson en 1905 mientras estudiaba el comportamiento de los rayos catódicos. El electrón posee una carga de −1,6 × 10⁻¹⁹ coulombs y una masa de 9,1 × 10⁻³¹ Kg.

 Protón: Partícula subatómica de carga positiva que forma parte del núcleo. Posee una carga de 1,602 × 10^–19culombios y una masa de 1,6726 × 10^–27 Kg

Se le acredita el descubrimiento del protón a Rutherford el cual descubrió que cuando se disparan partículas alfa con un gas de nitrógeno se emitían signos de hidrogeno en su detector de centelleo. Rutherford determino que estos que estos núcleos provenían del nitrógeno, o sea el nitrógeno contenía núcleos de hidrogeno.

 Neutron: Partícula subatómica de carga neutra que forma parte del núcleo junto con los protones, poseen una masa de 1,67493 × 10^-27Kg. Descubiertos en 1932 por Chadwick.

Enlace químico

Ya conocemos que es el átomo, sabemos que existen varios elementos y la manera en que estos fueron clasificados. Ahora ha llegado el momento de hablar de cómo se relacionan estos. Para comenzar el tema debemos volver al año 1916, de manera independiente Kossel y Lewis llegaron a la conclusión de que los átomos tienen la tendencia de poseer estructuras similares al gas noble mas cercano, a esta conclusión se le denomina la regla del octeto y se define de la siguiente manera:

       “Cuando se forma un enlace químico los átomos reciben, ceden o comparten electrones de tal forma que la capa más externa de cada átomo contenga ocho electrones, y así adquiere la estructura electrónica del gas noble más cercano en el sistema periódico”

A partir de esto nace la necesidad de poder expresar la manera de cómo se relacionan los átomos, por lo que se empieza a utilizar unas estructuras que hoy son conocidas como estructuras de Lewis.

Estructuras de Lewis

¿Como se diseña una estructura de Lewis?

La estructura de Lewis permite ilustrar de manera sencilla los enlaces químicos que se realizan entre los átomos, para ello se señala el símbolo del elemento rodeado de puntos o pequeñas cruces que corresponden al número de electrones presentes en la capa de valencia.

¿Consideraciones que hay que tener cuando se realiza una estructura de Lewis?

Hay que tener presente que siempre hay que dibujar el total de electrones de valencia, también hay que saber que un enlace se forma a partir de dos electrones y finalmente cada átomo deberá cumplir la regla del octeto a excepción el hidrogeno que cumple la regla del dueto.

Ahora que ya sabemos dibujar enlaces, conocemos la regla del octeto podemos finalmente hablar de los enlaces químicos, pero ¿que es un enlace químico?, es la fuerza que mantiene juntos a un grupo de dos o mas átomos y le permite que funcionen como una unidad. Pero nos preguntamos ¿existe solo un tipo de enlace? Y la respuesta es no, existen tres tipos de enlaces que serán descritos a continuación:

Enlace iónico: Cuando se disuelve sal en el agua pura esta adquiere la capacidad de conducir la electricidad, esto se debe a que se forman iones de Na⁺ y Cl^–, esto es un ejemplo de un compuesto que posee un enlace iónico. Ocurre cuando un átomo que pierde electrones fácilmente reacciona con otro que tiene una alta afinidad por estos, o sea una reacción entre un metal y un no metal. Estos compuestos que son unidos por enlaces iónicos forman cristales en los cuales la cantidad de cargas positivas es igual al de cargas negativas.

Enlace covalente: Es otro tipo de enlace en el cual no se forman iones con mucha facilidad, en este los electrones son compartidos entre dos átomos, este se realiza normalmente entre átomos de un mismo elemento, pero también ocurre entre átomos de distintos elementos y aquí entra a jugar un papel importante la electronegatividad, ya que hay que recordar que es la tendencia a atraer los electrones de un enlace, entonces ocurre que si se forma un enlace covalente entre átomos de distinta electronegatividad, el que posea una mayor fuerza de atracción ejercerá una atracción de los electrones del enlace hacia si lo que da como resultado la formación de dos polos, a esto se le llama enlace covalente polar por lo tanto se deduce que el enlace covalente que ocurre entre átomos del mismo elemento da como resultado un enlace covalente no polar ya que poseen la misma electronegatividad. También es necesario destacar que no es necesario que solo se comparta un electrón como en el enlace iónico, en el enlace covalente se pueden compartir dos o mas electrones lo que nos lleva a un nuevo tipo de enlace, el enlace covalente coordinado o dativo, en este el átomo que comparte el par de electrones es conocido como donador y e que los recibe como receptor.

En el enlace iónico dimos por ejemplo que al disolver sal común en agua esta conducirá la electricidad, pero que pasa cuando uno disuelve un compuesto covalente, ocurre que este no da como resultado una buena conducción de la electricidad y se explica por el hecho de que no hay formación de iones.

Enlace metálico: El ultimo tipo de enlace y posee una gran importancia ya que mas de la mitad de los elementos conocidos es del tipo metálico. En general poseen las siguientes características: excelentes conductores del calor y la electricidad, fácilmente deformables, se presentan normalmente como sólidos y poseen diversos puntos de fusión y ebullición. Los electrones de valencia de los metales son pocos y poseen mucha facilidad para moverse en el nivel en el que se encuentran. En este enlace se forman cristales y los núcleos se encuentran muy cercanos, por lo que los electrones pueden transitar con mucha facilidad.

Fuerzas intermoleculares

Acabamos de hablar de los distintos tipos de enlace, pero estos no explican la existencia de distintos estados de la materia, si no existieran fuerzas que los mantuvieran unidos solo existiría el estado gaseoso. A estas fuerzas de atracción entre átomos se les denomina fuerzas de Van der Walls, y se clasifican entres grupos:

Atracción dipolo-dipolo: Esta fuerza ocurre entre compuestos que presentan enlace covalente polar,  ya que existe una atracción entre el polo negativo de una molécula y el polo positivo de una próxima.

Enlace de hidrógeno o puente de hidrógeno: Este ocurre cuando hay interacción de los átomos de F, O y N con el hidrogeno y esto es debido a sus alta electronegatividades. El hidrogeno al ser el átomo mas pequeño permite que los átomos más electronegativos de otras moléculas se acerquen lo suficiente para que la fuerza de atracción sea lo suficientemente intensa para mantener unida a las moléculas.

Fuerzas de London: En las 2 anteriormente descritas se pueden llegar a comprender debido a la atracción que existe entre los polos, pero que ocurra entre las moléculas no polares. Esto ocurre debido a que el movimiento de los electrones provoca sectores de mayor densidad electrónica y esto permite la interacción entre las moléculas. Para explicarlo de mejor manera hablaremos de los gases licuados, estos son sometidos a altas presiones y bajas temperaturas, en especial este ultimo provoca que el movimiento de los electrones sea mas lento lo que permite formar polos inducidos por mayor tiempo lo que da como resultado que el gas se vuelva liquido.

Grupos:  Grupo 1 (IA): los metales alcalinos Grupo 2 (IIA): los metales alcalinotérreos Grupo 3 al Grupo 12: los metales de transición , metales nobles y metales mansos Grupo 13 (IIIA): Térreos Grupo 14 (IVA): carbonoideos Grupo 15 (VA): nitrogenoideos Grupo 16 (VIA): los calcógenos o anfígenos Grupo 17 (VIIA): los halógenos Grupo 18 (VIII): los gases nobles

Periodos: 

Radio atómico: Se define como la mitad de la distancia que existe entre dos núcleos del mismo elemento que se encuentran unidos entre si. Aumente desde arriba hacia abajo en los grupos y de derecha a izquierda en los periodos

 Radio iónico: Se define como la distancia que existe entre el centro del átomo y el electrón estable mas alejado de este. Aumenta de izquierda a derecha en los periodos y de arriba abajo en los periodos.

  Potencial de ionización: Se define como la mínima energía que se debe suministrar al átomo neutro en estado gaseoso para arrancar de este un electrón. En los grupos aumenta de abajo hacia arriba, y en los periodos de izquierda derecha.

Afinidad electrónica: Se define como la energía absorbida por un átomo en estado gaseoso para formar un anión de carga -1. Aumenta de izquierda a derecha en los periodos y de abajo hacia arriba en los grupo

Electronegatividad: Se define como la fuerza de atracción que realiza el átomo sobre los electrones de otro en un enlace. A partir de la diferencia entre la electronegatividad de los elementos de un compuesto se puede saber si el enlace será iónico o covalente. Aumenta de izquierda a derecha en los periodos y de abajo hacia arriba en los grupos.

Unidades físicas de concentración

Las unidades físicas de concentración están expresadas en función del peso y del volumen, en forma porcentual, y son las siguientes:

a) Tanto por ciento peso/peso %P/P = (cantidad de gramos de soluto) / (100 gramos de solución)

b) Tanto por ciento volumen/volumen %V/V = (cantidad de cc de soluto) / (100 cc de solución)

c) Tanto por ciento peso/volumen % P/V =(cantidad de gr de soluto)/ (100 cc de solución)

a) Porcentaje peso a peso (% P/P):  indica el peso de soluto por cada 100 unidades de peso de la solución.

b) Porcentaje volumen a volumen (% V/V):se refiere al volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen de la solución.

  c) Porcentaje peso a volumen (% P/V): indica el número de gramos de soluto que hay en cada 100 ml de solución.

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