PLAN DE MEJORAMIENTO DE QUÍMICA – 2024
CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA
! Importante ¡ : ver dirección.
5. Clasifica las siguientes características según se
correspondan a los sólidos, a los líquidos o a los gases:
CONTENIDO
- MÉTODO CIENTIFICO.
- COMPOSICIÓN DE LA MATERIA.
- Extensivas.
- Intensivas.
- Estados de la Materia.
- Clasificación de la Materia.
- ÁTOMO (Teoría Atómica).
- Teoría de Dalton.
- Partículas Fundamentales.
- Modelo de Borh
- Modelo Mecánico - Cuántico.
- Orbitales y Números Cuánticos.
- Configuración Electrónica.
EL MÉTODO CIENTÍFICO
El Mundo de Beakman - Método Científico
Pasos del Método Científico
El método científico, camino hacia el conocimiento) es un método de investigación usado principalmente en la producción de conocimiento en las ciencias. Es un método de investigación basado en la empírica y en la medición, sujeto a los principios específicos de las pruebas de razonamiento que consiste en la observación sistemática, medición y experimentación, y la formulación, análisis y modificación de las hipótesis.
El método científico está sustentado por dos pilares fundamentales. El primero de ellos es la reproducibilidad, es decir, la capacidad de repetir un determinado experimento, en cualquier lugar y por cualquier persona. Este pilar se basa, esencialmente, en la comunicación y publicidad de los resultados obtenidos (por ej. en forma de artículo científico). El segundo pilar es la refutabilidad. Es decir, que toda proposición científica tiene que ser susceptible de ser falsada o refutada (falsacionismo). Esto implica que se podrían diseñar experimentos, que en el caso de dar resultados distintos a los predichos, negarían la hipótesis puesta a prueba.
¿Qué diferencia hay entre hipótesis, ley y teoría en la ciencia?
Las teorías son una explicación amplia para una variedad de fenómenos e incluyen muchas hipótesis y leyes.
Dentro del método científico uno de los elementos clave es la formulación de una hipótesis. Por ejemplo: algo cae al suelo, y cae al suelo aquí y allá, las cosas siempre caen al suelo. Alguien se preguntó en un momento por qué ocurría eso y formuló una primera explicación tentativa sobre ese hecho que estaba observando. Eso es una hipótesis, una explicación que se da el observador para un determinado fenómeno o problema y que generalmente se basa en la experiencia previa, el conocimiento científico que posee y las observaciones sobre ese hecho que a su vez, muchas veces, dependen del método con el que se está analizando.
Una hipótesis es una explicación que se da el observador para un determinado fenómeno o problema
Por ejemplo, cuando se hablaba de la evolución, Jean-Baptiste Lamarck (Bazentin, 1744 - París, 1829) decía: el medio es el que hace que los seres vivos cambien porque usan o dejan de usar algunas de sus características, con lo cual el medio es el que hace que los seres se transformen. Y ponía el clásico ejemplo de la jirafa. A la jirafa se le estira el cuello, pensaba Lamarck, porque como las ramitas que va a comer están en los árboles que son altos, su cuello se va estirando de tanto usarlo para alcanzarlas. Luego viene Charles Darwin (Shrewsbury, 1809-Down House, 1882) y dice, no, no creo que sea así, yo creo que los organismos sufren pequeños cambios que consiguen que cuando ocurre una transformación en el medio ambiente (externo o interno) les permiten adaptarse a esa novedad; sobrevivir y producir mayor cantidad de descendientes. Entonces su población aumentará a expensas de otras menos capaces de adaptarse a las nuevas circunstancias. Un observador externo lo ve como si los organismos hubieran sido seleccionados por acción directa del ambiente pero en realidad ha sido la condición de los organismos de tener variación y diversidad lo que les ha dado las oportunidades para adaptarse a los cambios, sobrevivir y, a la larga, evolucionar.
Hoy en día tenemos una teoría unificada que reúne las observaciones de Lamarck y de Darwin, las del genetista Gregor Mendel y más recientemente las observaciones de la genética molecular y la epigenética para explicar tanto la diversidad de los organismos que les permite adaptarse a nuevos cambios del ambiente como el impacto que los cambios tienen sobre los mecanismos genéticos que en la época de Darwin y Lamarck no se conocían.
Una ley es una manera de generalizar lo que puede ocurrir cuando tienes un conjunto acumulado de datos sobre un fenómeno determinado
En ese proceso de dar explicaciones para fenómenos surge muchas veces una concordancia o una generalización sobre los datos que uno tiene. Por ejemplo, si volvemos al ejemplo de la evolución, parece que siempre sobreviven los organismos que tienen las características que les permiten adaptarse a determinado ambiente. Cuando eso se encuentra en la ciencia, una manera compacta de describir un fenómeno, es decir de predecir qué es lo que va a suceder en una situación determinada, es una ley. Por ejemplo, la ley de la selección natural que dice: siempre sobreviven los individuos más aptos. Ahí se describe un hecho que se ha ido construyendo con las distintas hipótesis de las que se partía. Esa ley no te explica todo el proceso evolutivo pero sí te dice una manera de generalizar lo que puede ocurrir cuando tienes un conjunto acumulado de datos sobre un fenómeno determinado.
Las leyes científicas pueden ser modificadas o rechazadas. Hubo un tiempo en el que se creía que la vida surgía por generación espontánea, por ejemplo, pero el avance del conocimiento llevó a que esa idea se rechazara. Por último, surgen las teorías que son la construcción más compleja que elabora la ciencia. Por eso el sueño de las personas que se dedican a la ciencia y de la ciencia en general son las teorías unificadas porque son como súper teorías, súper construcciones de conocimiento que resumen toda la biología o toda la física o toda un área de la matemática o de la química.
Una nueva evidencia o una nueva forma creativa de observar el fenómeno del que trata una teoría puede hacer que se formule una nueva hipótesis
En física y en química se utilizan mucho las leyes. En biología, por la propia naturaleza del conocimiento científico, más que leyes se suelen hacer construcciones conceptuales más complejas como las teorías. Las teorías son una explicación amplia para una variedad de fenómenos e incluyen muchas hipótesis y leyes. Y deben tener una serie de características estructurales: deben ser concisas, deben ser sistemáticas, deben ser predictivas y deben ser aplicables de manera amplia. Generalmente, una teoría sobre un fenómeno determinado que es aceptada por la comunidad científica tiene muchas líneas de evidencia por lo que falsarlas, es decir, cambiarlas por otras, es difícil. Son muy estables. Pero eso no quiere decir que sean inmutables. Una nueva evidencia o una nueva forma creativa de observar el fenómeno del que trata una teoría puede hacer que se formule una nueva hipótesis y esa nueva hipótesis puede llegar a modificar la teoría.
1. PREGUNTAS TIPO PRUEBA SABER DEL M.C.
COMPOSICIÓN DE LA MATERIA
La Materia y sus propiedades
Definición de materia
También decimos que la materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio. Se considera que es lo que forma la parte sensible de los objetos palpables o detectables por medios físicos.
Una silla, por ejemplo, ocupa un sitio en el espacio, se puede tocar, se puede sentir, se puede medir, etc. Para que otro objeto pueda ocupar el lugar de la silla; lógicamente, debemos cambiarla de sitio.
Y…¿qué forma la materia?...pues los átomos. Tomemos por ejemplo una pared; está formada por bloques, los bloques están formados por arena, cemento y piedras pequeñas. Si nos fijamos en un granito de arena, este se compone de otras partículas minúsculas llamadas moléculas que están formadas por grupos de átomos.
La fuerza entre los átomos es la razón por la cual el agua cambia de estado. Si la fuerza entre sus átomos es grande, el agua es sólida como el hielo. Si la fuerza entre sus átomos es débil, el agua se convierte en vapor.
Cuando un átomo se rompe o se divide, produce muchísimo calor y luz. La energía atómica.
Una silla, por ejemplo, ocupa un sitio en el espacio, se puede tocar, se puede sentir, se puede medir, etc. Para que otro objeto pueda ocupar el lugar de la silla; lógicamente, debemos cambiarla de sitio.
Y…¿qué forma la materia?...pues los átomos. Tomemos por ejemplo una pared; está formada por bloques, los bloques están formados por arena, cemento y piedras pequeñas. Si nos fijamos en un granito de arena, este se compone de otras partículas minúsculas llamadas moléculas que están formadas por grupos de átomos.
La fuerza entre los átomos es la razón por la cual el agua cambia de estado. Si la fuerza entre sus átomos es grande, el agua es sólida como el hielo. Si la fuerza entre sus átomos es débil, el agua se convierte en vapor.
Cuando un átomo se rompe o se divide, produce muchísimo calor y luz. La energía atómica.
 | El átomo es la unidad más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades y que no es posible dividir mediante procesos químicos. Elementos y Compuestos El agua es un compuesto, porque dentro de cada una de sus moléculas tiene 2 tipos de átomos diferentes, oxigeno e hidrógeno. La madera también tiene varios tipos de elementos en su interior. |
El oxígeno sólo tiene moléculas y átomos iguales entre sí, por lo tanto lo consideramos un elemento. Lo mismo le sucede al plomo y al oro.
 | La molécula es un conjunto de átomos iguales o diferentes, unidos por enlaces químicos, que constituyen la mínima porción de una sustancia que puede separarse sin alterar sus propiedades. |
Propiedades extrínsecas (extensivas o generales)
Son aquellas que varían con la cantidad de materia considerada, permitiendo reconocer a la materia, como la extensión, o la inercia. Estas son: peso,volumen y longitud.
Propiedades intrínsecas (intensivas o específicas)
Son aquellas que no varían con la cantidad de materia considerada. No son aditivas y, por lo general, resultan de la composición de dos propiedades extensivas. Estas son: punto de fusión, punto de ebullición, densidad, coeficiente de solubilidad, índice de refracción, color, olor, sabor.
Otras propiedades de la materia
La materia está en constante cambio. Las transformaciones que pueden producirse son de dos tipos:
- Físicas: son aquellas en las que se mantienen las propiedades originales de la sustancia, ya que sus moléculas no se modifican.
- Químicas: son aquellas en las que las sustancias se transforman en otras, debido a que los átomos que componen las moléculas se separan formando nuevas moléculas.
- Físicas: son aquellas en las que se mantienen las propiedades originales de la sustancia, ya que sus moléculas no se modifican.
- Químicas: son aquellas en las que las sustancias se transforman en otras, debido a que los átomos que componen las moléculas se separan formando nuevas moléculas.
¿Cómo medir la materia?
Para medir la materia necesitamos saber cuánta materia tiene un cuerpo y su tamaño. Masa, longitud y volumen son propiedades comunes a todos los cuerpos.
Se llaman magnitudes aquellas propiedades que pueden medirse y expresarse en números. Son magnitudes la longitud, masa, volumen, etc.
Masa
Se llaman magnitudes aquellas propiedades que pueden medirse y expresarse en números. Son magnitudes la longitud, masa, volumen, etc.
Masa
 | Es la cantidad de materia que tiene un cuerpo. Es más difícil empujar un camión que un vehículo pequeño. La cantidad de masa hace la diferencia. El camión tiene más masa y es más difícil de empujar. |
Para medir la masa de un objeto utilizamos las balanzas y la expresamos en unidades de libras o kilogramos.
Longitud
 | Es la distancia entre dos puntos. La distancia se mide con una regla, una cinta de medir u otros dispositivos de medición con láser, etc… Cuando mides es muy importante decir que unidad usas. Por ejemplo, si dices que mediste 23 todos nos preguntaremos ¿23 qué; centímetros, milímetros, kilómetros? A estos los llamamos “unidades” sin ellas, los números solos no tienen ningún sentido. |
La principal unidad de medida de longitud es el metro, sus múltiplos son las cantidades mayores y las menores sub-múltiplos. También existen otras unidades como la pulgada, pies y millas.
Volumen
 | Es una magnitud definida como el espacio ocupado por un cuerpo. Para conocer el volumen de un cuerpo, simplemente multiplicamos su ancho por su largo y luego por su alto. Es una función derivada, ya que se obtiene multiplicando las tres dimensiones. Su unidad de medida es el metro cúbico (m3), aunque temporalmente también acepta el litro, que se utiliza comúnmente en la vida práctica. |
La densidad
Vamos a suponer que tenemos una tonelada de algodón y una tonelada de acero, ¿cuál de ambos ocupa el mayor volumen? La respuesta es el algodón, se necesita grandes cantidades para completar una tonelada. Es la densidad quien hace la diferencia en el volumen.
El acero es más denso que el algodón, es decir, se necesita menos material para completar la tonelada.
La densidad de una sustancia se relaciona con la cantidad de masa contenida en un determinado volumen. La representaremos con la letra griega , la masa queda representada por la letra “m” y “V” el volumen.
La densidad de un cuerpo está relacionada con su capacidad de flotar. Un cuerpo flotará si su densidad es menor que la de la sustancia, por eso la madera flota sobre el agua y el plomo se hunde en ella. El plomo posee mayor densidad que el agua y la densidad de la madera es menor.
Las unidades de medida de la densidad son el kg/m3, que se lee “kilogramo sobre metro cúbico” o un sub-múltiplo como g/cm3. Para calcular la densidad debemos medir la masa y el volumen, luego dividimos la masa entre el volumen y el resultado debe quedar expresado en kg/m3.
En la tabla que te presentamos puedes comparar algunas densidades:
Las sustancias con grandes densidades se les llama pesadas, ejemplo de estas son los metales. A las sustancias con densidades pequeñas se les llama ligeras, aquí entran el aire y otros gases.
El peso
Vamos a suponer que tenemos una tonelada de algodón y una tonelada de acero, ¿cuál de ambos ocupa el mayor volumen? La respuesta es el algodón, se necesita grandes cantidades para completar una tonelada. Es la densidad quien hace la diferencia en el volumen.
El acero es más denso que el algodón, es decir, se necesita menos material para completar la tonelada.
La densidad de una sustancia se relaciona con la cantidad de masa contenida en un determinado volumen. La representaremos con la letra griega , la masa queda representada por la letra “m” y “V” el volumen.
La densidad de un cuerpo está relacionada con su capacidad de flotar. Un cuerpo flotará si su densidad es menor que la de la sustancia, por eso la madera flota sobre el agua y el plomo se hunde en ella. El plomo posee mayor densidad que el agua y la densidad de la madera es menor.
Las unidades de medida de la densidad son el kg/m3, que se lee “kilogramo sobre metro cúbico” o un sub-múltiplo como g/cm3. Para calcular la densidad debemos medir la masa y el volumen, luego dividimos la masa entre el volumen y el resultado debe quedar expresado en kg/m3.
En la tabla que te presentamos puedes comparar algunas densidades:
Las sustancias con grandes densidades se les llama pesadas, ejemplo de estas son los metales. A las sustancias con densidades pequeñas se les llama ligeras, aquí entran el aire y otros gases.
El peso
 | La fuerza de gravedad sobre un objeto es llamada peso. Peso y masa no es lo mismo. Una bola de acero con una masa de 10 kilogramos no pesa igual en la tierra y en la luna. Como notamos tendrá la misma masa pero el peso es diferente. La luna tiene una fuerza de atracción mucho menor que la tierra, por lo que la bola pesará menos en el satélite. El peso de los objetos se debe a que la tierra, los atrae con su poderosa fuerza de atracción. La unidad de medida del peso es el newton. Comúnmente las personas confunden la masa con el peso. Es fácil confundirnos porque mientras más masa, mayor es la fuerza de atracción. Recuerda, al estudiar física, el peso depende de la gravedad y se mide en Newtons. |
El peso se calcula
Para calcular el peso de un objeto simplemente medimos su masa y la multiplicamos por la fuerza de gravedad (9.8 newtons/kilogramo) en la tierra. En la luna la fuerza de atracción es 6 veces menor, con una magnitud de 1.6 n/kg.
El tiempo
¿Por qué el tiempo? ¿Sirve el tiempo para medir la materia?
Para calcular el peso de un objeto simplemente medimos su masa y la multiplicamos por la fuerza de gravedad (9.8 newtons/kilogramo) en la tierra. En la luna la fuerza de atracción es 6 veces menor, con una magnitud de 1.6 n/kg.
El tiempo
¿Por qué el tiempo? ¿Sirve el tiempo para medir la materia?
Claro! ... fíjate que los cuerpos existen porque existe el tiempo. Todos los cuerpos y objetos tienen una duración limitada para luego convertirse en otra cosa. Una madera por ejemplo, se descompone con el paso del tiempo, convirtiéndose en gases, aceites...y finalmente en tierra.
En todos los experimentos físicos o químicos, es importante controlar esa "cuarta dimensión". Las otras tres dimensiones de un cuerpo son: largo, alto y ancho.Es la magnitud física que mide la duración o separación de acontecimientos. La duración limitada de las cosas y una referencia para entender los sucesos. Medir el tiempo es importantísimo para los seres humanos y para los científicos.
Una manera de medir el tiempo es el formato de fechas. Por ejemplo: en 2009 el verano inició el 21 de marzo a las 11:23 p.m. indicando un momento del tiempo.
A menudo, los científicos y los deportistas necesitan medir cantidades de tiempo. Cuando decimos: “9 minutos y 8 segundos” (00:09:08) estamos especificando una cantidad de tiempo.
Un cronómetro mide intervalos o cantidades de tiempo, tiene un botón para iniciar y detener el conteo. La pantalla presenta el tiempo en segundos en un máximo de 60.
El tiempo se presenta en el formato min:seg cuando se cuentan más de 60 segundos.
Muchas veces los científicos y quienes hacen experimentos miden el tiempo en segundos, sin embargo el tiempo normalmente se expresa en unidades de tiempo mezcladas que incluyen horas, minutos y segundos.
Una manera de medir el tiempo es el formato de fechas. Por ejemplo: en 2009 el verano inició el 21 de marzo a las 11:23 p.m. indicando un momento del tiempo.
A menudo, los científicos y los deportistas necesitan medir cantidades de tiempo. Cuando decimos: “9 minutos y 8 segundos” (00:09:08) estamos especificando una cantidad de tiempo.
Un cronómetro mide intervalos o cantidades de tiempo, tiene un botón para iniciar y detener el conteo. La pantalla presenta el tiempo en segundos en un máximo de 60.
El tiempo se presenta en el formato min:seg cuando se cuentan más de 60 segundos.
Muchas veces los científicos y quienes hacen experimentos miden el tiempo en segundos, sin embargo el tiempo normalmente se expresa en unidades de tiempo mezcladas que incluyen horas, minutos y segundos.
ICFES COMPOSICIÓN DE LA MATERIA 2024 (PERIODO I)
Transformación ó Estados de la materia
La materia se presenta de varias maneras y formas. El color, el olor y la textura son propiedades de la materia que nos ayudan a diferenciarlos.
Llamamos estado a la manera en que se presenta la materia. Estos pueden ser:
Llamamos estado a la manera en que se presenta la materia. Estos pueden ser:
 | Sólido, tiene una forma definida, como la madera y el cobre. Sus moléculas no cambian de posición. Líquido, no tiene una forma definida, como el agua y el aceite. Sus moléculas pueden cambiar de posición. Gaseoso, no tiene una forma definida, como el aire y el vapor de agua. Sus moléculas cambian libremente de posición. |
Plasma, tampoco tiene una forma definida, un tipo de gas ionizado que sólo existe de forma natural en el sol, estrellas y en el espacio sideral o en condiciones especiales en la tierra.
Dependiendo las condiciones, la materia puede presentarse en uno u otro estado.
.jpg)
Teoría Atómica.
La teoría atómica comenzó hace miles de años como un concepto filosófico y fue en el siglo XIX cuando logró una extensa aceptación científica gracias a los descubrimientos en el campo de la estequiometría. Los químicos de la época creían que las unidades básicas de los elementos también eran las partículas fundamentales de la naturaleza y las llamaron átomos (de la palabra griega atomos, que significa "indivisible"). Sin embargo, a finales de aquel siglo, y mediante diversos experimentos con el electromagnetismo y laradiactividad, los físicos descubrieron que el denominado "átomo indivisible" era realmente un conglomerado de diversas partículas subatómicas (principalmente electrones, protones y neutrones), que pueden existir de manera separada. De hecho, en ciertos ambientes, como en las estrellas de neutrones, la temperatura extrema y la elevada presión impide a los átomos existir como tales. El campo de la ciencia que estudia las partículas fundamentales de la materia se denomina física de partículas.
Teoría de Dalton:
La era atómica comenzó en 1808, cuando un profesor de escuela presentó sus ideas respecto a cómo debían ser las partículas más pequeñas de materia.
El modelo atómico de Dalton fue expuesto en un libro llamado “Nuevo sistema de filosofía química”, y en síntesis decía lo siguiente:
- La materia está formada por partículas pequeñísimas llamadas “átomos”.
- Estos átomos no se pueden dividir ni romper, no se crean ni se destruyen en ninguna reacción química, y nunca cambian.
- Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí, tienen la misma masa y dimensiones; por ejemplo, todos los átomos de hidrógeno son iguales.
- Por otro lado, los átomos de elementos diferentes, son diferentes; por ejemplo, los átomos de oxígeno son diferentes a los átomos de hidrógeno.
- Los átomos pueden combinarse para formar compuestos químicos. Por ejemplo, los átomos de hidrógeno y oxígeno pueden combinarse y formar moléculas de agua.
- 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. Por ejemplo, un átomo de carbono con uno de oxígeno forman monóxido de carbono (CO), mientras que dos átomos de oxígeno con uno de carbono, forman dióxido de carbono (CO2)
Algunas de estos planeamientos perdieron vigencia con el tiempo. Hoy sabemos que los átomos sí se pueden dividir y que no todos los átomos de un mismo elemento son iguales; pero es innegable que fueron muy importantes para la ciencia.
En física y química, átomo (del latín atomum, y éste del griego ἄτομον, sin partes; también, se deriva de "a" (no) y "tomo" (divisible); no divisible)[1] es la unidad más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades, y que no es posible dividir mediante procesos químicos.
El núcleo representa el 99.9% de la masa del átomo, y está compuesto de bariones llamados protones y neutrones, rodeados por una nube de electrones, que -en un átomo neutro- igualan el número de protones.
El concepto de átomo como bloque básico e indivisible que compone la materia del universo fue postulado por la escuela atomista en la Antigua Grecia. Sin embargo, su existencia no quedó demostrada hasta el siglo XIX. Con el desarrollo de la física nuclear en el siglo XX se comprobó que el átomo puede subdividirse en partículas más pequeñas.
Descubrimiento de las Partículas Fundamentales.
Electrón
Los rayos catódicos son corrientes de electrones observados en tubos de vacío, es decir los tubos de cristal que se equipan por lo menos con dos electrodos, un cátodo (electrodo negativo) y un ánodo (electrodo positivo) en una configuración conocida como diodo. Cuando se calienta el cátodo, emite una cierta radiación que viaja hacia el ánodo. Si las paredes internas de vidrio detrás del ánodo están cubiertas con un material fluorescente, brillan intensamente. Una capa de metal colocada entre los electrodos proyecta una sombra en la capa fluorescente. Esto significa que la causa de la emisión de luz son los rayos emitidos por el cátodo al golpear la capa fluorescente. Los rayos viajan hacia el ánodo en línea recta, y continúan más allá de él durante una cierta distancia. Este fenómeno fue estudiado por los físicos a finales del siglo XIX, otorgándose un premio Nobel a Philipp von Lenard. Los rayos catódicos primeramente fueron producidos por los tubos de Geissler. Los tubos especiales fueron desarrollados para el estudio de estos rayos por William Crookes(1875 y se los llamó tubos de Crookes. Pronto se vio que los rayos catódicos están formados por los portadores reales de la electricidad que ahora se conocen como electrones. El hecho de que los rayos son emitidos por el cátodo, es decir el electrodo negativo, demostró que los electrones tienen carga negativa.
Protón
En 1886, el físico alemán Eugene Goldstein observo una fluorescencia o brillo detrás del cátodo en un tubo de rayos catódicos cuando a la placa negativa se le había aplicado previamente canales y orificios; esto solo puede explicarse con la existencia de otras radiaciones a las que Goldstein llamo Rayos Canales, los cuales viajan en sentido contrario a los rayos catódicos y son partículas de carga positiva. Estos rayos positivos o iones positivos se originan cuando los rayos catódicos desplazan electrones de los átomos del gas residual en el tubo.
La naturaleza de los rayos canales varia de acuerdo al tipo de gas residual que se encuentre en el tubo, es decir, cada elemento químico gaseoso genera un catión distinto al ionizarse y por ello su relación carga – masa (e/m) es diferente.El físico alemán Wilhelm OEIN (1898), luego de realizar experiencias con los rayos canales generados por el gas hidrogeno, de manera análoga a Thomson, midió la relación carga-masa de los iones positivos y encontró que la carga positiva era igual a la carga del electrón (en magnitud) y su masa igual a 1836 veces al del electrón; dicha partícula se llamo protón (H+).
Neutrón
Teoría Atómica de Thomson
El modelo atómico de Thomson es una teoría sobre la estructura atómica propuesta en 1904 por Joseph John Thomson, quien descubrió el electrón1en 1898, mucho antes del descubrimiento del protón y del neutrón. En dicho modelo, el átomo está compuesto por electrones de carga negativa en un átomo positivo, como un pudin de pasas.2 Postulaba que los electrones se distribuían uniformemente en el interior del átomo suspendidos en una nube de carga positiva. El átomo se consideraba como una esfera con carga positiva con electrones repartidos como pequeños granulos. La herramienta principal con la que contó Thomson para su modelo atómico fue la electricidad.
Luego del descubrimiento del electrón en 1897 por Joseph John Thomson, se determinó que la materia se componía de dos partes, una negativa y una positiva. La parte negativa estaba constituida por electrones, los cuales se encontraban según este modelo inmersos en una masa de carga positiva a manera de pasas en un pastel (de la analogía del inglés plum-pudding model) o uvas en gelatina.
Este modelo fue desarrollado por el físicoEl Modelo Mecánico Cuántico es la explicación actual sobre el comportamiento del átomo. Fue desarrollado entre los años 1924 y 1927 por varios científicos. Quien inicia este modelo fue Louis de Broghie, quien intuyó que los electrones deberían tener el comportamiento de una onda. Esto fue demostrado en 1927. Esta particular conducta de los electrones implica la imposibilidad de determinar simultáneamente y con igual exactitud la posición y la velocidad de éstos, pues para conocerlas se debe interactuar con esta partícula. Este postulado se conoce con el nombre de Principio de Incertidumbre y fue enunciado en 1927 por Werner Heisenberg.
Podemos decir que la mecánica cuántica moderna surge hacia 1.925 como resultado del conjunto de trabajos realizados por Heisenberg, Schrödinger, Born, Dirac y otros, y es capaz de explicar de forma satisfactoria no sólo,la constitución atómica, sino otros fenómenos fisicoquímicos, además de predecir una serie de sucesos que posteriormente se comprobarán experimentalmente.
La mecánica cuántica se basa en la teoría de Planck, y tomo como punto de partida la dualidad onda-corpúsculo de Louis De Broglie y el principio de incertidumbre de Heisenberg :
1.Hipótesis de Louis De Broglie, publicada en 1923.
La naturaleza de la luz no es fácilmente analizable a no ser que la consideremos de tipo ondulatorio a fin de explicar ciertos fenómenos (como reflexión, refracción, difracción, etc.) o de tipo corpuscular al pretender hacerlo con otros (como el efecto fotoeléctrico, etc), ¿es posible que las partículas tengan también propiedades de onda?.
En 1924 Louis De Broglie extendio el carácter dual de la luz a los electrones, protones, neutrones, átomos y moléculas, y en general a todas las partículas materiales. Basandose en consideraciones relativostas y en la teoría cuántica pensó que si la luz se comportaba como onda y como partícula la materia debería poseer este carácter dual.
El movimiento de una partícula puede considerarse como el movimiento de un paquete de ondas, algo así como la superposición de varias ondas de longuitudes de onda poco diferentes, cuyas oscilaciones se intensifican al máximo en el punto del espacio ocupado popr la partícula. No hay nada de imaginario en estas ondas de materia, son tan reales como las ondas luminosas y las del sonido, aunque no sean observables en todos los casos, copmo ocurre con las ondas electromagnéticas, los aspectos ondulatorios y de partículas de los cuerpos en movimiento nunca se pueden observar al mismo tiempo.
En ciertas situaciones una partícula en movimiento presenta propiedades ondulatorias y en otras situaciones presenta propiedades de partícula
2.Principio de incertidumbre de Heisenberg, publicada en el 1.927
Uno de los aspectos más importantes de la mecánica cuantica es que no es posible determinar simultaneamente , de un modo preciso, la posición y la cantidad de movimiento de una partícula. Esta limitación se conoce con el nombre de principio de incertidumbre o de indeterminación de Heisenberg.
El principio de incertidumbre es una consecuencia de la dualidad onda-partícula de la radiacción y de la materia. Todos los objetos, independientemente de su tamaño, estan regidos por el principio de incertidumbre, lo que significa que su posición y movimiento se pueden expresar solamente como probabilidades, pero este principio sólo es significativo para dimensiones tan pequeñas como las que presentan las partículas elementales de la materia. Este principio carece de interés en mecánica clásica, ya que las magnitudes involucradas son muy grandes comparadas con el valor de la constante h.
3.Descripción del modelo mecanico-cuántico del átomo. La ecuación de onda de Schrödinger, publicada en 1.926
Basándose en la hipótesis de L. De Broglie aplicabla al átomo de hidrógeno, designada por el simbolo( y), llamada función de onda, es función de las coordenadas cartesianas x, y, z; E y V.
Podemos decir que la mecánica cuántica moderna surge hacia 1.925 como resultado del conjunto de trabajos realizados por Heisenberg, Schrödinger, Born, Dirac y otros, y es capaz de explicar de forma satisfactoria no sólo,la constitución atómica, sino otros fenómenos fisicoquímicos, además de predecir una serie de sucesos que posteriormente se comprobarán experimentalmente.
La mecánica cuántica se basa en la teoría de Planck, y tomo como punto de partida la dualidad onda-corpúsculo de Louis De Broglie y el principio de incertidumbre de Heisenberg :
1.Hipótesis de Louis De Broglie, publicada en 1923.
La naturaleza de la luz no es fácilmente analizable a no ser que la consideremos de tipo ondulatorio a fin de explicar ciertos fenómenos (como reflexión, refracción, difracción, etc.) o de tipo corpuscular al pretender hacerlo con otros (como el efecto fotoeléctrico, etc), ¿es posible que las partículas tengan también propiedades de onda?.
En 1924 Louis De Broglie extendio el carácter dual de la luz a los electrones, protones, neutrones, átomos y moléculas, y en general a todas las partículas materiales. Basandose en consideraciones relativostas y en la teoría cuántica pensó que si la luz se comportaba como onda y como partícula la materia debería poseer este carácter dual.
El movimiento de una partícula puede considerarse como el movimiento de un paquete de ondas, algo así como la superposición de varias ondas de longuitudes de onda poco diferentes, cuyas oscilaciones se intensifican al máximo en el punto del espacio ocupado popr la partícula. No hay nada de imaginario en estas ondas de materia, son tan reales como las ondas luminosas y las del sonido, aunque no sean observables en todos los casos, copmo ocurre con las ondas electromagnéticas, los aspectos ondulatorios y de partículas de los cuerpos en movimiento nunca se pueden observar al mismo tiempo.
En ciertas situaciones una partícula en movimiento presenta propiedades ondulatorias y en otras situaciones presenta propiedades de partícula
2.Principio de incertidumbre de Heisenberg, publicada en el 1.927
Uno de los aspectos más importantes de la mecánica cuantica es que no es posible determinar simultaneamente , de un modo preciso, la posición y la cantidad de movimiento de una partícula. Esta limitación se conoce con el nombre de principio de incertidumbre o de indeterminación de Heisenberg.
El principio de incertidumbre es una consecuencia de la dualidad onda-partícula de la radiacción y de la materia. Todos los objetos, independientemente de su tamaño, estan regidos por el principio de incertidumbre, lo que significa que su posición y movimiento se pueden expresar solamente como probabilidades, pero este principio sólo es significativo para dimensiones tan pequeñas como las que presentan las partículas elementales de la materia. Este principio carece de interés en mecánica clásica, ya que las magnitudes involucradas son muy grandes comparadas con el valor de la constante h.
3.Descripción del modelo mecanico-cuántico del átomo. La ecuación de onda de Schrödinger, publicada en 1.926
Basándose en la hipótesis de L. De Broglie aplicabla al átomo de hidrógeno, designada por el simbolo( y), llamada función de onda, es función de las coordenadas cartesianas x, y, z; E y V.
Representaciones de los Orbitales
- Orbitales "s": Los orbitales "s" son esféricamente simétricos.
Orbitles "p": La forma de los orbitales p es de dos lóbulos situados en lados opuestos al núcleo. Hay tres tipos de orbitales p ( ; ml= -1,0,1) que difieren en su orientación. No hay una correlación simple entre los tres números cuánticos magnéticos y las tres orientaciones: las direcciones x, y e z. Los orbitales p del nivel n se denominan npx, npy, npz
Los orbitales p al igual que los s aumentan de tamaño al aumentar el número cuántico principal.
Orbitales "d": En el tercer subnivel tenemos 5 orbitales atómicos (para n=3, l =2; ml=-2,-1,0,1,2) con diferentes orientaciones sen el espacio tal y como vemos en la figura :
- Orbitales "f": Son orbitales de mayor energía. Para n=4,I=3 y tendremos 7 orbitales f ( ml=-3,-2,-1,0,1,2,3) . Los orbitales f son importantes para comprender el comportamiento de los elementos con número atómico mayor a 57.
Observaciones:
Para valores de n>4 tenemos los orbitales g y subsiguientes (a partir de f sigue el orden alfabético de las consonantes). En química general nos bastará con los orbitales s, p y d para comprender las propiedades de los elementos.
En el modelo de Bohr la energía de un electrón dependía únicamente del número cuántico principal. Lo mismo ocurre en la descripción de los orbitales atómicos en mecánica cuántica para el átomo de hidrógeno.
Para átomos con más de un electrón (polielectrónicos) los orbitales atómicos tienen la misma forma que los orbitales del átomo de hidrógeno, pero la presencia de más de un electrón afecta a los niveles de energía de los orbitales (debido a la repulsión entre dos electrones).
Así por ejemplo el orbital 2s tienen un valor de energía menor que los orbitales 2p para átomos con más de un electrón:
Para átomos con más de un electrón (polielectrónicos) los orbitales atómicos tienen la misma forma que los orbitales del átomo de hidrógeno, pero la presencia de más de un electrón afecta a los niveles de energía de los orbitales (debido a la repulsión entre dos electrones).
Así por ejemplo el orbital 2s tienen un valor de energía menor que los orbitales 2p para átomos con más de un electrón:
Mientras que en el modelo de Bohr se hablaba de órbitas definidas en el modelo de Schrödinger sólo podemos hablar de las distribuciones probables para un electrón con cierto nivel de energía. Así para un electrón en el estado fundamental la probabilidad de la distribución se refleja en la siguiente figura, dónde la intensidad del color rojo indica una mayor probabilidad de encontrar al electrón en esa región, o lo que es lo mismo una mayor densidad electrónica.
De la resolución de la ecuación de onda de Schrödinger se obtiene una serie de funciones de onda (ó probabilidades de distribución de los electrones) para los diferentes niveles energéticos que se denominan orbitales atómicos.
La figura anterior representa el orbital de mínima energía del átomo de hidrógeno. Mientras que el modelo de Bohr utilizaba un número cuántico(n) para definir una órbita, el modelo de Schrödinger utiliza tres números cuánticos para describir un orbital: n, l y ml . A continuación vemos las características de estos números:
La figura anterior representa el orbital de mínima energía del átomo de hidrógeno. Mientras que el modelo de Bohr utilizaba un número cuántico(n) para definir una órbita, el modelo de Schrödinger utiliza tres números cuánticos para describir un orbital: n, l y ml . A continuación vemos las características de estos números:
- Número cuántico principal (n):Representa al nivel de energía (estado estacionario de Bohr) y su valor es un número entero positivo (1, 2, 3, 4, etc) y se le asocia a la idea física del volumen del orbital. Dicho de otra manera el número cuántico principal determina el tamaño de las órbitas, por tanto, la distancia al núcleo de un electrón vendrá determinada por este número cuántico. Todas las órbitas con el mismo número cuántico principal forman una capa. Su valor puede ser cualquier número natural mayor que 0 (1, 2, 3...) y dependiendo de su valor, cada capa recibe como designación una letra. Si el número cuántico principal es 1, la capa se denomina K, si 2 L, si 3 M, si 4 N, si 5 P, etc.
- Número cuántico secundario (l):Identifica al subnivel de energía del electrón y se le asocia a la forma del orbital. Sus valoresdependen del número cuántico principal "n", es decir, sus valores son todos los enteros entre 0 y (n-1), incluyendo al 0. Ejemplo: n = 4 ; l = 0, 1, 2, 3. Dicho de otra manera, El número cuántico azimutal determina la excentricidad de la órbita, cuanto mayor sea, más excéntrica será, es decir, más aplanada será la elipse que recorre el electrón. Su valor depende del número cuántico principal n, pudiendo variar desde 0 hasta una unidad menos que éste(desde 0 hasta n-1). Así, en la capa K, como n vale 1, l sólo puede tomar el valor 0, correspondiente a una órbita circular. En la capa M, en la que n toma el valor de 3, l tomará los valores de 0, 1 y 2, el primero correspondiente a una órbita circular y los segundos a órbitas cada vez más excéntricas.
- Número cuántico magnético (m): Describe las orientaciones espaciales de los orbitales. Sus valores son todos los enteros del intervalo (-l,+l) incluyendo el 0.Ejemplo: n = 4, entonces, l = 0, 1, 2, 3m = -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3. Dicho de otra manera, El número cuántico magnético determina la orientación espacial de las órbitas, de las elipses. Su valor dependerá del número de elipses existente y varía desde -l hasta l, pasando por el valor 0. Así, si el valor de l es 2, las órbitas podrán tener 5 orientaciones en el espacio, con los valores de m -2, -1, 0, 1 y 2. Si el número cuántico azimutal es 1, existen tres orientaciones posible (-1, 0 y 1), mientras que si es 0, sólo hay una posible orientación espacial, correspondiente al valor de m 0.
El conjunto de estos tres números cuánticos determinan la forma y orientación de la órbita que describe el electrón y que se denomina orbital. Según el número cuántico azimutal (l), el orbital recibe un nombre distinto. cuando l = 0, se llama orbital s; si vale 1, se denomina orbital p, cuando I=2 se denomina orbital d, si su valor es 3, se denomina orbital f, si 4 g, y así sucesivamente. Pero no todas las capa tienen el mismo número de orbitales, el número de orbitales depende de la capa y, por tanto, del número cuántico n. Así, en la capa K, como n = 1, l sólo puede tomar el valor 0 (desde 0 hasta n-1, que es 0) y m también valdrá 0 (su valor varía desde -l hasta l, que en este caso valen ambos 0), así que sólo hay un orbital s, de valores de números cuánticos (1,0,0). En la capa M, en la que n toma el valor 3. El valor de l puede ser 0, 1 y 2. En el primer caso (l = 0), m tomará el valor 0, habrá un orbital s; en el segundo caso (l = 1), m podrá tomar los valores -1, 0 y 1 y existirán 3 orbitales p; en el caso final (l = 2) m tomará los valores -2, -1, 0, 1 y 2, por lo que hay 5 orbitales d. En general, habrá en cada capa n2 orbitales, el primero s, 3 serán p, 5 d, 7 f, etc.
- Número cuántico de espín (s): Describe el giro del electrón en torno a su propio eje, en un movimiento de rotación. Este giro puede hacerlo sólo en dos direcciones, opuestas entre sí. Por ello, los valores que puede tomar el número cuántico de spin son -1/2 y +1/2. Dicho de otra manera, Cada electrón, en un orbital, gira sobre si mismo. Este giro puede ser en el mismo sentido que el de su movimiento orbital o en sentido contrario. Este hecho se determina mediante un nuevo número cuántico, el número cuántico se spin s, que puede tomar dos valores, 1/2 y -1/2.
Según el principio de exclusión de Pauli, en un átomo no pueden existir dos electrones con los cuatro números cuánticos iguales, así que en cada orbital sólo podrán colocarse dos electrones (correspondientes a los valores de s +1/2 y -1/2) y en cada capa
podrán situarse
electrones (dos en cada orbital).El rayado Electrónico
Se acomodan los diferentes orbitales en renglones y se traza una linea imaginaria (vertical) entre la primera y la segunda columnas escritas. Después se trazan flechas diagonales (paralelas) que atraviesen la linea imaginaria, la primera flecha del rayado cruza al 1s y la segunda al 2s, y así sucesivamente.
Un nivel de energía se forma por los orbitales que se encuentran entre el cruce de la linea del rayado (flecha) y el siguiente cruce de la linea imaginaria.
.jpg)
.png)
EJEMPLOS DE CONFIGURACIONES ELECTRONICAS DE ALGUNOS ELEMENTOS:
.jpg)
TALLER : 1) a) Realice la distribución electrónica de los 10 primeros elementos químicos.
b) Dibuje cada átomo anterior ubicando sus orbitales ( nombres y electrones).
ACTIVIDADES : Desarrollar y entregar los ejercicios de la guía, páginas 186 y 187.