El átomo: De la idea filosófica a la teoría científica

Cuando se mezcla azúcar con agua, parece que el azúcar desaparece.

Razonamiento crítico

1. Interpretar ¿Por qué las ideas

de Aristóteles y Demócrito no se consideran teorías científicas?

T

Cuando aplastas un terrón de azúcar, puedes ver que está formado por muchas partículas más pequeñas de azúcar. Puedes triturar esas partículas hasta convertirlas en un polvo muy fino, pero todas las partes diminutas siguen siendo azúcar. Ahora, supón que mezclas el polvo de azúcar en agua. Parece que las partículas diminutas desaparecen. Sin embargo, si probaras la solución, notarías que el azúcar sigue estando allí.

Observaciones como estas hicieron que las personas se preguntaran acerca de la naturaleza de la materia. ¿Se puede separar la materia en partes indefinidamente o está formada por partes diminutas que no se pueden separar más?

En el año 400 a. C., algunos filósofos griegos, como Demócrito, respaldaban la teoría de las partículas de la materia. Demócrito denominó átomo a la partícula básica de la naturaleza, basado en el término griego que significa “indivisible” . Aristóteles no coincidía con la teoría de los átomos y pensaba que toda la materia era continua. Aristóteles pertenecía a la generación posterior a la de Demócrito y, durante casi 2000 años, no se cuestionaron sus ideas.

Las ideas de Aristóteles y Demócrito no se basaban en evidencias experimentales. El debate se mantuvo en el plano filosófico hasta el siglo xviii. A partir de ese momento, los científicos comenzaron a reunir evidencias que apoyaban la teoría atómica de la materia.

El átomo: De la idea

filosófica a la

teoría científica

SECCIÓN

3.1

Tres leyes básicas describen cómo se comporta la materia durante las reacciones químicas.

Hacia fines del siglo xviii, los químicos coincidían en que los elementos no se pueden descomponer más allá de lo que

permiten los métodos químicos comunes. También coincidían en que los elementos se combinan y forman compuestos que tienen propiedades distintas de las de los elementos que los forman. Pero no coincidían en determinar de qué están formados los

Evidencias que respaldan la teoría atómica

Ley de la conservación de la masa

La masa no se crea ni se destruye durante las reacciones químicas o los cambios físicos comunes.

Ley de las proporciones definidas

Un compuesto contiene los mismos elementos en exactamente las mismas proporciones independientemente del tamaño de la muestra o el origen del compuesto.

Ley de las proporciones múltiples

Si dos o más compuestos están formados por los mismos dos elementos, entonces la razón de las masas del segundo elemento combinadas con una masa determinada del primer elemento está en una relación de números enteros pequeños.

Hacia fines del siglo xviii, los científicos hicieron varios descubrimientos sobre las reacciones químicas. Una reacción química es la transformación de una o varias sustancias en una o más sustancias nuevas. Con mejores equipos de laboratorio, los científicos pudieron hacer mediciones más precisas antes y después de las reacciones que las que se habían hecho hasta entonces. Durante el proceso, descubrieron algunos principios básicos que se resumen en la tabla.

Ley de la conservación de la masa Los químicos midieron la masa de las sustancias antes y después de una reacción. La masa total de los productos siempre era igual a la masa total de los reactivos. A partir de esta evidencia, los químicos dedujeron que la materia no puede crearse ni destruirse durante una reacción, una ley científica conocida como la ley de la conservación de la masa.

Ley de las proporciones definidas Los químicos midieron la masa de dos elementos antes de formar un compuesto con los elementos. Y descubrieron que el compuesto siempre contenía la misma proporción de los elementos, sin importar cómo se formara el compuesto. A partir de esta evidencia, los químicos dedujeron que todos los compuestos tienen una composición fija que no varía de una muestra a otra, una ley conocida como la ley de las proporciones definidas.

Ley de las proporciones múltiples Los químicos también trabajaron con varios compuestos formados por los dos mismos elementos. Por ejemplo, el carbono y el oxígeno forman el monóxido de carbono y el dióxido de carbono. En el monóxido de carbono, hay 1.00 g de carbono por cada 1.33 g de oxígeno. En el dióxido de carbono, hay 1.00 g de carbono por cada 2.66 g de oxígeno. La razón de la masa del oxígeno en los dos compuestos es 1 a 2. Para todo par de compuestos formados por los dos mismos elementos, los químicos

Cada uno de estos cristales de sal contiene exactamente 39.34% de sodio y 60.66% de cloro en masa.

REPASO DE LA LECTURA 2. Completa esta oración. La

masa total de los productos en toda reacción química es igual a

Carbono, C Masa x Carbono, C Masa x (a) (b) Oxígeno, O Masa y Oxígeno, O Masa y Monóxido de carbono,CO Masa x + Masa y Masa x + Masa y

+

+

=

=

Los compuestos contienen átomos en razones de números enteros.

En 1808, un maestro de escuela inglés llamado John Dalton propuso una explicación para las tres leyes recientemente descubiertas. Su razonamiento era que los elementos estaban formados por átomos y que solo podían combinarse números enteros de átomos para formar compuestos. Su teoría se resume en esta tabla.

Teoría atómica de Dalton

1. Toda la materia está formada por partículas sumamente pequeñas denominadas átomos.

2. Los átomos de un elemento determinado son idénticos en cuanto a tamaño, masa y otras propiedades. Esas propiedades son diferentes en los átomos de elementos diferentes.

3. Los átomos no pueden subdividirse, crearse ni destruirse.

4. Los átomos de elementos diferentes se combinan según razones de números enteros pequeños y forman compuestos químicos.

5. Durante las reacciones químicas, los átomos se combinan, se separan o se redistribuyen.

Esta teoría explica la ley de la conservación de la masa durante una reacción química. Según el enunciado 3, los átomos no pueden dividirse, crearse ni destruirse. Según el enunciado 4, los átomos forman compuestos según razones de números enteros pequeños. El mismo número de átomos está presente antes y después de que un compuesto se forma o se separa.

REPASO DE LA LECTURA

3. ¿Qué enunciado de la teoría atómica de Dalton sugiere que un átomo de oro es exactamente igual a otro átomo de oro?

En las dos reacciones que se muestran aquí, la masa total sigue siendo la misma durante la reacción porque la masa de un átomo de carbono y la masa de un átomo de oxígeno son fijas.

Carbono, C

+

+

+

=

=

Oxígeno, O Monóxido de carbono, CO

Carbono, C Oxígeno, Oxígeno, O Dióxido de carbono,CO2

(a)

(b)

O

La teoría de Dalton también explica la ley de las proporciones definidas y la ley de las proporciones múltiples. El enunciado 4 sugiere que un compuesto siempre se forma con átomos que tienen la misma proporción de números enteros. Como un átomo tiene una masa fija, también se deduce que con el doble de átomos de un elemento se formará un compuesto que contendrá el doble de masa de ese elemento. Por ejemplo, las moléculas de dióxido de carbono siempre contienen dos átomos de oxígeno por cada átomo de carbono. El monóxido de carbono siempre contiene un átomo de oxígeno por cada átomo de carbono. Por lo tanto, el dióxido de carbono siempre tendrá el doble de átomos de oxígeno que el monóxido de carbono por cada átomo de carbono.

(a) El CO siempre está formado por un átomo de C y un átomo de O. (b) Las moléculas de CO₂ siempre están formadas por un átomo de C y dos átomos de O. El mismo número de moléculas de CO2 contiene el

doble de átomos de O.

Los átomos pueden subdividirse en partículas más pequeñas.

Dalton convirtió la idea de Demócrito acerca de los átomos en una teoría científica que podía ponerse a prueba mediante un experimento. Pero no todos los aspectos de la teoría atómica de Dalton han

demostrado ser correctos. Por ejemplo, en la actualidad se sabe que los átomos se pueden dividir en partículas aún más pequeñas. Además, como verás en la Sección 3 de este capítulo, un elemento determinado puede contener átomos que tengan masas diferentes.

Sin embargo, la teoría atómica no se ha descartado. En cambio, se ha modificado para explicar las nuevas observaciones. Los siguientes conceptos importantes siguen sin modificarse. •  Toda la materia está formada por átomos.

•   Las propiedades de los átomos de cualquier elemento son  distintas de las propiedades de los átomos de otro elemento.

Razonamiento crítico

4. Inferir Cuando los científicos descubrieron que los átomos estaban formados por partículas más pequeñas, ¿por qué no refutaron la teoría atómica?

VOCABULARIO

1. ¿Qué leyes químicas se pueden explicar mediante la teoría atómica de Dalton?

REPASO

2. Escribe los cinco enunciados principales de la teoría atómica de Dalton.

1. 2. 3. 4. 5.

Razonamiento crítico

3. ANALIZAR INFORMACIÓN Se comparan tres compuestos que contienen potasio y oxígeno. El análisis muestra que por cada 1.00 g de O, los compuestos tienen 1.22 g, 2.44 g y 4.89 g de K, respectivamente. Muestra cómo respaldan estos datos la ley de las proporciones múltiples.