Caracterización de la química y sus campos de estudio.
La química es la rama de la ciencia que estudia la composición, propiedades y estructura de la materia, así como también las relaciones por medio de las cuáles sus componentes se transforman en otros. Otra definición: “Ciencia que estudia la materia y sus transformaciones (cambios físicos y cambios químicos o reacciones químicas) y la leyes que la rigen”. Al ser una ciencia la química tiene las características que el Método Científico le confiere. Sus enunciados y resultados están basados en la observación y en la experimentación, es objetiva, es decir no tiene resultados manipulados por el prejuicio personal, analiza los resultados a la luz de las herramientas lógicas disponibles y publica sus resultados para enriquecer la ciencia y someter a prueba ya nuevas investigaciones sus resultados. Los seres vivos somos tema de estudio de la química, las transformaciones químicas son indispensables para la existencia de todo ser vivo, por ejemplo: los alimentos ingeridos por los seres vivos son transformados en energía necesaria, para llevar a cabo sus funciones vitales, como lo son: crecer, moverse, respirar. También los alimentos proporcionan la materia necesaria que requieren los organismos en funciones como la reproducción, creación y restitución de tejidos. Una parte de los alimentos no es aprovechada por los organismos y es expulsado en forma de desechos, los cuales son utilizados como alimento por otros organismos. Los desechos con ayuda de los microorganismos se desintegran en sus partículas mínimas, de esta manera enriquecen el suelo al reintegrar diversas sustancias que componen a los seres vivos, estas sustancias sirven de alimento a las plantas para posteriormente serán integrados por los animales completando su ciclo vital.
La Química se basa en la observación y en el razonamiento, y se propone a elaborar teorías que pueden explicar toda una serie de fenómenos conocidos.
Características:
1- Aporta una base teórica indispensable a las ciencias.
2- Trata de elaborar, con base en sistemáticas experiencias, teorías y leyes, las explicaciones para los fenómenos relevantes de la naturaleza y acontecimientos del hombre.
3- Ayuda a señalar la importancia de integrar las distintas disciplinas para desarrollar la investigación científica.
4- Separa los compuestos que forman los cuerpos.
5- Investiga procesos de transformación de la materia, con el fin de obtener materiales más útiles para el hombre.
6- Ofrece nuevas alternativas de desarrollo y mejoramiento del medio ambiente.
Aplicaciones
La Química contribuye con el desarrollo de la humanidad de manera fundamental. Prácticamente produce todo lo que la sociedad consume: está en todos los productos naturales y sintéticos
LA QUÍMICA EN SU HOGAR.
En el ámbito mas común para el ser humano es su hogar, donde ocurren una infinidad de cambios químicos, principalmente en la cocina, ejemplo; cuando los alimentos se cocinan, cambian sus características, como su sabor, su olor, su textura, así tenemos un huevo crudo y uno cocido, tienen diferentes características, otro cambio que ocurre es la descomposición de los alimentos cuando se encuentran a la intemperie. Tenemos otro ejemplo cuando la leche se agria, la carne se pudre.
Así tenemos muchos artículos de limpieza producen cambios químicos que permiten eliminar con facilidad ciertas sustancias, por ejemplo los limpiadores que eliminan las grasas, tenemos jabones, cloro, champú, algunos productos como insecticidas y raticidas, son usados y conservar libre de animales nocivos para el hogar. Para el embellecimiento y conservación de la casa: muebles, jardines, se utilizan pinturas, barnices, abonos, productos elaborados a partir del conocimiento obtenidos por la química.
LA QUÍMICA EN LA AGRICULTURA.
Mediante abonos artificiales mejora la calidad de los productos y así aumentar el rendimiento en los cultivos para la alimentación, así tenemos diversos productos facilitados por la química: fertilizantes, pesticidas, plaguicidas, herbicidas y abonos.
LA QUÍMICA EN LA MEDICINA.
La química es básica para la medicina ya que con el uso adecuado de drogas para el tratamiento de enfermedades, ha permitido que el promedio de vida en el ser humano sea mayor. Los medicamentos que mas se utilizan son los antibióticos, se usan para curar enfermedades producidas principalmente por bacterias.
LA QUÍMICA EN LA INDUSTRIA.
Se han descubierto y creado materiales y sustancias artificiales, como los plásticos, algunas fuentes de energía que se obtienen como resultado de una serie de procesos químicos del petróleo, elaboran material biodegradable que contribuyen a disminuir problemas de contaminación.
En la industria Metalúrgica: se ha utilizado para obtener aleaciones ligeras de metales, resistentes a la oxidación y al calor.
Los colorantes, saborizantes y preservantes añadidos a los alimentos han desarrollado la industria alimentaria y se han obtenido alimentos no perecederos de mejor sabor y valor nutritivo y energético.
La industria de los cosméticos elabora productos como jabones, cremas, maquillaje, esmaltes, perfumes que ayudan a corregir y embellecer nuestro aspecto físico.
La química ha sustituido productos textiles naturales como la seda y el algodón por sintéticos como nailon y dacrón para la confección de prendas de vestir, plásticos y pinturas.
La tecnología de hoy día, los microchips de computadoras, cristales líquidos y fibras ópticas son parte de los productos que han facilitado la química moderna. Los Químicos ofrecen materiales nuevos que visten, abrigan y divierten, como los trajes espaciales, los materiales aislantes, los tableros solares, las raquetas de tenis y las cañas de pescar. La química es fundamental para prácticamente todo lo que la sociedad produce y consume.
Impacto de la Química en el ambiente y salud.
Entre las consecuencias negativas, se pueden citar, en primera instancia, la química nuclear. Al principio, se había creado con el fin de beneficiar a la humanidad, pero algunos usos que el hombre le ha dado han producido consecuencias catastróficas para los seres vivos. Ejemplo de ello es el ataque a Japón sobre Hiroshima y Nagasaky, y el error técnico ocurrido en Chernovil.
La industria amplía horizontes de su desarrollo, pero perjudica el medio ambiente cuando lo contamina, debido a que no hay controles de los desechos. En la agronomía se pueden mencionar tanto aspectos negativos como positivos. Un ejemplo son los agroquímicos, que contribuyen a producir mejores cultivos, pero contaminan el suelo y las aguas de los ríos, debido a que son residuales (no se eliminan). La contaminación del agua (productos inorgánicos provenientes de descargas domésticas, agrícolas e industriales y productos orgánicos como insecticidas y aceites). Se cree que la tercera guerra mundial procederá de la búsqueda u obtención de agua potable, debido a que sin ella la vida no existiría.
“Los insecticidas hacen posible que las plagas no devoren las cosechas y por lo tanto permiten la producción de grandes cantidades de cosechas para alimentación de millones de personas que de otra forma morarían de hambre”. Este es un aporte de la química. No le están pidiendo que juzgue los efectos posteriores de los insecticidas en el medio ambiente.
Lamentablemente el uso de tantos productos han tenido efectos negativos en los seres vivos y en el medio ambiente y el ser humano ha tenido que enfrentar las implicaciones que causan desequilibrio y nos hemos visto afectados como, en la destrucción de la capa de ozono, cambios climáticos, residuos tóxicos en el agua, y en el subsuelo que son ingeridos por animales e incluso el hombre, aparición de enfermedades como el cáncer causado por agentes ingeridos en los alimentos que sustituyen las formas naturales de alimentos
La química ha experimentado un tremendo desarrollo en los últimos años, por lo que ha surgido una gran variedad de ramas o áreas de estudio. Entre las principales están:
Química general: Estudia los principios fundamentales relacionados con la construcción y propiedades de los cuerpos que investiga las leyes que rigen los procesos químicos.
Química Industrial: Esta área de la química se encarga de todo lo relacionado con la producción de bienes materiales para la humanidad, como su nombre lo indica se aplica en fábricas y todo tipo de industrias de producción.
Química analítica: Se encarga de determinar la identidad de un determinado producto químico (cualitativa) como la cantidad presente en un determinado ambiente (cuantitativo). Como ejemplo no es suficiente saber que hay DDT en una determinada laguna, hay que conocer si la cantidad presente por unidad de volumen es peligrosa para el ecosistema.
Fisicoquímica: Hay procesos que pueden ser estudiados desde el punto de vista de la física o de la química simultáneamente, debido a que ambas desde su perspectiva estudian en determinado momento la materia. Por lo general la fisicoquímica se encarga de los procesos energéticos que acompañan a la reacción química.
Bioquímica: Se define como la ciencia que estudia la composición y reacciones de la materia viva. Trata de explicar de que está hecha la materia viva y como o por que ocurren los procesos vitales. Por ejemplo la bioquímica (y no la química o la biología por separado) fue la encargada de encontrar una explicaciòn a la estructura y composición de la molécula de ADN.
Química inorgánica: Estudia todo los compuestos y elementos de origen mineral que no poseen carbono.
Fitoquímica: Estudio de las plantas.
Química forense: Encargada de determinar las causas de muerte.
Química nuclear: Estudia los procesos de desintegración radioactiva y los cambios energéticos
LA MATERIA
Propiedades de la materia.
La materia es el componente físico del universo, es aquello de lo que están hechas las cosas, es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio y tiene masa. La química estudia la estructura de la materia y los cambios y transformaciones que se producen en esta durante los procesos naturales o en los experimentos planeados. El mundo que nos rodea está formado de materia, ésta es todo aquello que tiene masa, peso volumen.
La masa: es la cantidad de materia que se mide en kilogramos (Kg.), su instrumento de medida es la balanza, la masa es invariable, es decir no varía con la posición de un objeto, siempre será igual ya sea que esté a nivel del mar, en una montaña, en la luna o en cualquier parte del Sistema Solar, es una magnitud invariable
El peso: es la medida de la fuerza con que un astro atrae hacia su centro la masa del cuerpo y está sujeto a la fuerza de gravedad, que para la Tierra es de 9,8 m/s2 y es la aceleración, que esa imprime sobre los cuerpos que caen. El
peso a diferencia de la masa es variable, es decir que éste sí varía de acuerdo con la posición. El pesio se expresa en Newton (N) y se mide con un instrumento llamado dinamómetro peso: masa x gravedad.
El volumen: es el lugar que ocupa un cuerpo en el espacio, su unidad de medida es el metro cúbico (m3) y sus derivados. Sin embargo es aceptado
usar el litro ya que es muy utilizado en química y es equivalente a un decímetro cúbico (1L: 1 dm3) y un centímetro cúbico corresponde a un mL su medición
se realiza con el instrumento llamado probeta.
café por mucho que se caliente. La materia presenta propiedades físicas y química:
Propiedades físicas: Describe la materia en términos de lo que ella es, como la vemos. Se pueden determinar sin alterar su composición, ejemplo: algunas de sus características físicas o de sus compañeros son: altura, peso, sexo, color de ojos y de cabello. Entre estas propiedades están la textura, el color, el olor, el sabor, la densidad, los puntos de fusión ebullición, el estado de agregación, entre otras.
Propiedades químicas: Son aquellas que describen y explican la capacidad de una sustancia de reaccionar con otras para producir nuevas sustancias. Por ejemplo la capacidad del fósforo de reaccionar con el oxigeno del aire y no con el nitrógeno, la capacidad del hierro al oxidarse o de la gasolina de ser combustible. La materia que nos rodea se enfrenta a continuos cambios, están:
Cambios físicos: Son alteraciones de la apariencia, que no permiten la formación de nuevas sustancias. Ejemplo: el cortar un trozo de papel, o de madera, fundir el hielo para obtener agua liquida, al tallar un pedazo de madera para hacer una figura, produce un cambio físico, porque la madera sigue siendo madera.
Clasificación de la materia
Es posible clasificar la materia en una variedad de sustancias puras, estos son materiales o proporciones de la materia cuya composición es uniforme y constante. La materia puede clasificarse y presentarse como sustancias puras o mezclas
Las mezclas se caracterizan por tener composición variable o por el hecho de que pueden separarse por medios físicos.. Una mezcla es todo aquello formado por dos o más sustancias, cada una de las cuales conserva su identidad y sus propiedades, no hay relación solo se mezclan y no se pueden representar por medio de fórmulas.
Dentro de las sustancias puras están los elementos y compuestos, éstas poseen propiedades físicas y químicas invariables, de ahí que se como materia de composición constante.
Las mezclas se clasifican en disoluciones, dispersiones coloidales y mezclas groseras, poseen propiedades físicas y químicas variables, por eso se les clasifica como materia de composición variable. En general las sustancias puras como las disoluciones se clasifican como materia homogénea, las dispersiones coloidales se encuentran en una línea divisoria entre las disoluciones y mezclas groseras que son heterogéneas.
Una sustancia es homogénea cuando sus propiedades y composición son iguales en todo el conjunto de ella. Sus componentes no se distinguen esto implica que tiene una sola fase, ejemplo: el aire, las aleaciones, el acero, etc.
Es heterogénea: cuando sus propiedades y composición varían de una parte a otra. Se distinguen sus componentes y normalmente se presentan en varias fases., ejemplo: la basura, una ensalada, gallo pinto.
Las mezclas groseras son heterogéneas, se pueden observar a simple vista sus componentes y se pueden separar por métodos sencillos.
Las disoluciones son mezclas homogéneas en las cuales no es posible distinguir sus componentes, una gran mayoría de las disoluciones son líquidas. Se denomina sustancias puras:
a aquellas que tienen composición constante. Lo anterior quiere decir que si usted tiene una muestra del material y lo analiza en cualquiera de sus partes la composición será exactamente la misma. Sin embargo existen diferencias entre elementos y compuestos.
ESTADOS DE AGREGACION DE LA MATERIA
Las principales características están:
Estados Sólidos Líquidos Gases Propiedades Organización de las partículas. Distancia
Muy juntas unas con otras
Empaquetamient o
No tan separadas. Se encuentran en contacto unas con otras.
Ampliamente separadas unas de otras.
Fuerzas de atracción
Muy fuertes Medianamente fuertes
Muy débiles. Casi nulas
Movimiento de la partículas
Se encuentra muy restringido. Vibran en posiciones fijas
Vibración, rotación y traslación. Pueden moverse en todo momento, resbalan unas sobre otras sin gran dificultad. Más lento que en los gases.
Vibración,
rotación y traslación.
El de traslación es tan grande que las partículas están como libres, Es caótico y al azar.
Forma Definida No tiene forma
definida. No tiene formadefinida.
Volumen
Definido
Una cantidad dada de líquido tiene un volumen definido
Adquieren el volumen del recipiente que los contiene.
Estados de la materia.
CAMBIOS DE ESTADO DE LA MATERIA:
“La fuerza de cohesión molecular es inversamente proporcional a la temperatura y a la energía cinética de las partículas”
Nombre de los cambios de estado:
1. FUSIÓN: Es e cambio de estado que ocurre cuando una sustancia pasa del SÓLIDO al LIQUIDO, por aumento de la temperatura. La temperatura a la cual sucede dicho cambio se llama PUNTO DE FUSIÓN.
2. EBULLISIÓN: Es el cambio de estado que ocurre cuando una sustancia pasa del estado LIQUIDO al estado de VAPOR. Para que ello ocurra debe aumentar la temperatura en toda la masa del líquido. A la temperatura durante la cual se dice que un determinado líquido hierve se le llama PUNTO DE EBULLICIÓN.
Se conoce como EVAPORACIÓN al cambio de estado que ocurre cuando una sustancia pasa de LÍQUIDO al estado de VAPOR. La diferencia con el anterior es que en la EVAPORACIÓN el cambio de estado ocurre solamente en la superficie del líquido.
3. SOLIDIFICACIÓN: Es el cambio de estado que ocurre cuando una sustancia pasa del estado LIQUIIDO al SÓLIDO, por disminución de la temperatura.
4. CONDENSACIÓN: Es el cambio de estado que ocurre cuando una sustancia pasa de estado de VAPOR al LIQUIDO, por disminución de la temperatura. LICUACIÓN es e cambio de estado que ocurre cuando una sustancia pasa del estado GASEOSO al LÍQUIDO, por aumento de la presión.
5. SUBLIMACIÓN: Es el cambio de estado que ocurre cuando una sustancia pasa del estado SÓLIDO al GASEOSO, por aumento de la temperatura, sin pasar por el estado líquido intermedio.
ELEMENTOS QUÍMICOS.
Un elemento químico: es una sustancia fundamental, elemental que no puede descomponerse en sustancias más simples, y esta compuesta por una solo clase de átomos.
Nombre Símbolo Nombre en Latín
Cobre Cu Cuprum
Hierro Fe Ferrum
Plomo Pb Plumbum
Mercurio Hg Hydrargyum
Potasio Na Kalium
Plata Ag Argentum
Sodio Na Natrium
Estaño Sn Stannum
Símbolos y valencias:
Los elementos se representan en química por medio de símbolos. El sistema actual que utiliza letras fue ideado por Berzelius (1779-1848) se usa la primera letra mayúscula del nombre del elemento como símbolo. Para dos elementos cuyos nombres empiezan con la misma letra se usan dos letras; la primera mayúscula y la segunda minúscula.
Valencia: La valencia de un elemento es la capacidad que tiene de formar enlaces químicos; es su capacidad de combinación. Originalmente se determinó por el número de átomos de hidrógeno con los cuales un elemento se combina; así, las valencias del oxígeno son 1 y 2 porque es capaz de unirse con uno o dos átomos de hidrógeno. Actualmente se hace la distinción entre valencia y número de oxidación. El primero hace referencia a la capacidad de combinación de un elemento y el segundo es el número arbitrario de electrones que está perdiendo (número de oxidación positivo) o ganando (número de oxidación negativo).
Los metaloides: Se ubican en la región intermedia entre los metales y los no metales en la Tabla Periódica. Sus propiedades son, por lo general, de carácter intermedio. Los metales son buenos conductores de electricidad, los no metales no la conducen y los metaloides se catalogan como semiconductores eléctricos. Ejemplo: B, Si, Ge, As, Sb, Te, Po. Esta propiedad los hace útiles en la industria electrónica, para la fabricación de transistores, chips de computadora y celdas solares eléctricas. Estos aparatos requieren de silicio con alta pureza; no puede haber más de una parte de impurezas por mil millones de silicio. El silicio es un metaloide más abundante; se halla en suelos, arcillas y arena en forma de silicatos que son compuestos complejos de silicio, oxígeno y diversos metales. E cuarzo, la amatista y el ágata, contienen formas de dióxido de silicio impuro, SiO2, el vidrio, el cemento y la cerámica también
contienen compuestos de silicio.
Metales. No metales. Tienen un lustre brillante, diversos
colores, pero caso todos son plateados.
No tienen lustre, diversos coles, son opacos.
Los sólidos son maleables (pueden formar láminas delgadas) y son dúctiles (pueden formar hilos delgados.
Los sólidos suelen ser quebradizos, algunos duros y otros blandos.
Poseen altos puntos de fusión y ebullición. Y poseen baja electronegatividad (sin tendencia a ganar electrones).
Bajos puntos de fusión y alta electronegatividad (mucha tendencia a ganar electrones).
Buenos conductores del calor y
electricidad. Malos conductores de calor yelectricidad. Tienden a perder electrones y a
formar así cationes.
Tienden a formar aniones por ganancia de electrones.
Son dúctiles y maleables. Se pueden estirar hasta formar alambres delgados como el hierro y el cobre son los más comunes
Todos los sólidos se rompen si le alargan o se martillan
Alta densidad Baja densidad
Los gases nobles: son conocidos por su estado físico y por el hecho de que su gran estabilidad los hace prácticamente químicamente inactivos (no reaccionan). Los elementos químicos se ordenan en la Tabla Periódica en grupos y períodos. Los períodos son filas horizontales y los grupos filas verticales. Al lado izquierda de la tabla periódica se encuentran los metales y al lado derecho de la tabla los no metales.
Tenemos las siguientes características:
1- no tienden a combinarse entre sí, debido a que poseen 8 electrones que los equilibran.
2- Todos los gases son monoatómicos debido a su estabilidad por poseer sus 8 electrones no necesitan unirse a ningún elemento para estar estables.
3- Tienen poca tendencia a reaccionar con átomos de otros elementos. 4- Pertenecen al grupo VIII de la tabla periódica
Los elementos pueden cambiarse de uno a otro utilizando un acelerador de partículas. Este fenómeno se le conoce como transmutación de un elemento. Cuando en este proceso se forman isótopos radiactivos se dice que la radiactividad es artificial.
INCIDENCIA DE ALGUNOS ELEMENTOS QUÍMICOS
Oxígeno: Desempeña un papel importante en la química de casi todos los otros elementos, encontrándose en combinación con dichos elementos en una amplia variedad de compuestos. Es el elemento más abundante de la corteza terrestre, constituye el 89% del agua y el 20% del aire en volumen.
Tiene dos alótropos O2 y O3. Cuando hablamos del oxígeno elemental o
molecular por lo general se entiende al oxígeno (O2) la forma normal del
elemento, el O3 se refiere a la capa de ozono.
Carbono: A diferencia del nitrógeno y oxígeno, no es un elemento abundante, constituye solo el 0,027% de la corteza terrestre. Aunque parte de él se presenta en forma elemental como grafito y diamante, casi todo se encuentra en forma combinada.
Fósforo: Es un elemento no metálico reactivo, fundamental en los organismos vivos y con múltiples aplicaciones industriales. Presenta tres formas alotrópicas diferentes: fósforo ordinario, o blanco, fósforo rojo y fósforo negro. De los tres solamente el blanco y el rojo tienen importancia a nivel comercial.
La mayoría de los compuestos del fósforo son trivalentes y pentavalentes, y se combinan fácilmente con oxígeno formando óxidos, siendo los más importantes P2O3 y P2O5. El fósforo forma hidruros con hidrógeno
siendo el más importante e PH3 semejante al amoniaco (NH3) o amonio.
Los compuestos comerciales del fósforo más importantes son el ácido fosfórico y sus sales denominados fosfatos. La mayor parte de los compuestos del fósforo se utilizan como fertilizantes, en aleaciones de fósforo-bronce y fósforo-cobre. El fósforo blanco se usa para preparar raticidas y el fósforo rojo para elaborar fósforos o cerillas.
Hidrógeno: Es un elemento gaseoso reactivo, insípido, incoloro. El hidrógeno se halla en todos los componentes de la materia viva y de muchos minerales-también es parte esencial de todos los hidrocarburos y de la gran variedad de otras sustancias orgánicas. Todos los ácidos contienen hidrógeno; una de las características que define a los ácidos en su disociación en una disolución, produciendo iones de hidrógeno.
Nitrógeno. Constituye el 78% en volumen de la atmósfera terrestre, los depósitos naturales de nitrógeno son los de KNO3 en la india y NaNO3 en chile
y otras regiones desérticas de América. El nitrógeno elemental se obtiene en cantidades comerciales por destilación fraccionada de aire líquido. A causa de su baja reactividad se usan grandes cantidades de N2 para excluir e O2 durante
el almacenamiento y empaque de alimentos, en la manufactura de productos químicos, fabricación de metales. En forma líquida se utiliza como medio de enfriamiento para congelar alimentos con rapidez. El mayor uso esta destinado en la manufactura de fertilizantes nitrogenados los cuales proporcionan una fuente de nitrógeno fijado.
estables de masa 35 y 37. el cloro seco es algo inerte, pero húmedo se combina directamente con la mayor parte de los elementos. En compañías papeleras utilizan cloro para blanquear el papel. Las plantas de tratamiento de agua y de aguas residuales utilizan cloro para reducir los niveles de microorganismos que pueden propagar enfermedades entre los humanos, la respiración de pequeñas cantidades de color provocan daños en el sistema respiratorio, las plantas y animales no almacena el coloro, pero estudios han comprobado que afectan el sistema inmunológico, el corazón, la sangre y es sistema respiratorio por larga exposición.
LOS OLIGOELEMENTOS
Los oligoelementos: Nuestro cuerpo está constituido básicamente por agua (más de un 65%) y por cuatro elementos básicos: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno.
Estos elementos forman un gran número de compuestos en los que se encuentran casi el 99.3 % de los átomos del cuerpo humano. También contienen, en muy pequeñas cantidades, otros elementos esenciales para una gran cantidad de actividades biológicas: desde transmisión nerviosa hasta la producción de vitaminas. Hasta la fecha se ha demostrado experimentalmente que existen 21 elementos esenciales.
Potasio: Interviene en el metabolismo de la glucosa, en el transporte de azúcares a través de la membranas celulares, en el transporte de oxígeno. En la producción de jugos digestivos, en la síntesis de proteínas, en la degradación y la contracción muscular. Se encuentran en los plátanos, los bananos, las naranjas, en leche entera, ciruelas y pasas.
. su balance es indispensable para el funcionamiento de los células nerviosa y musculares.
Sodio: ayuda en el transporte de azúcares a través de las membranas celulares y en la producción de jugos digestivos. Su entrada y salida de la célula permite los impulsos nerviosos. Tomado en exceso podría ocasionar hipertensión, dañar los riñones y el corazón. Se encuentra en forma de cloruro de sodio o sal de mesa. Se encuentra en la carne de res y cerdo, sardinas, queso, pan de maíz y papas fritas. Su falta produce hiponatremia, confusión y coma. Su exceso provoca hipernatrermia, confusión y coma
Cloro: interviene en la formación de jugos digestivos, el transporte del oxígeno y el anhídrido carbónico, la estabilidad de las proteínas, el impulso nervioso y en la contracción muscular. Controla el equilibrio ácido/base en las células de la sangre, interviene en el trasporte del oxígeno y el dióxido de carbono en la sangre, la reacción de la retina del ojo ante los impulsos luminosos depende en gran parte de la correcta concentración de los iones de sodio, potasio y cloro que están relacionados. Los ácidos clorhídricos es el que inicia en el estómago la digestión de ciertos alimentos.
estructura normal del hueso, su deficiencia afecta el ritmo cardiaco y la función cardiovascular. Por otra parte el exceso de este mineral podría disminuir las reacciones musculares y nerviosas. Producir anestesia general y parálisis. Se halla en los cereales no refinados, en los vegetales verdes, en las nueces y los productos del mar, arroz, ciruelas, lechuga, remolacha, apio, champiñones, espárragos, y trigo entre otros.
Calcio: está presente en la leche y sus derivados, carne, mariscos, huevos, cereales, frutas, verduras, garbanzos y cítricos. Ayuda a la contracción muscular y transmisión de los impulsos nerviosos, la coagulación sanguínea. Su deficiencia ocasiona demencia, depresión y psicosis. Su exceso origina trastornos gastrointestinales, insuficiencia renal y psicosis.
.Componente esencial de la formación de huesos.
Fósforo: se encuentra en la leche, queso, cereales, carnes, aves, pescado, frutas secas, y leguminosas. Ayuda a la formación de huesos y dientes, contribuye a la producción de energía. Su falta produce irritabilidad, debilidad, disfunción renal, grastrointestinal. El exceso origina insuficiencia renal.
.Forma parte de los ácidos nucleicos, ATP de los huesos
.Participa en el trasiego de la bioenergía.(producción de energía).
Hierro: se encuentra en la soja, carne, riñones (vísceras) hígado, granos, almejas, y melocotones. Ayuda a la formación de la hemoglobina (proteína encargada de transportar el oxígeno desde los pulmones hasta todos los rincones del cuerpo; le da a la sangre su color rojo), interviene en la formación de enzimas. Su flagra produce anemia, disfagia, bajo rendimiento laboral y disminución en la capacidad de aprendizaje. Su exceso produce diabetes mellitus entre otras.
Constituye la molécula de la hemoglobina. Yodo: Es constituyente de la tiroxina.
Su déficit en adultos causa bocio e hipotiroidismo.
Azufre: Presente en ajos, cebolla, maíz, rábanos y lentejas. Activa ciertas enzimas en la respiración celular y la oxidación biológica. El azufre es un regulador de las propiedades alérgicas en asociación con el magnesio.
Yodo: se localiza en la tiroides y está ausente en otras zonas del cuerpo. Está presente en mariscos, sal yodada, productos lácteos, algas, ajo, cebollas, tomates, zanahorias, puerros y berros. Es indispensable en la formación de tiroxina y triyodotironina y también en los mecanismos de control de energía; estimula la oxidación celular. Su déficit produce hipotiroidismo, bocio simple, cretinismo, sordomudez, alteraciones en el crecimiento fetal y en el desarrollo cerebral. Su exceso provoca hipertiroidismo y aumento del metabolismo.
exceso produce la enfermedad de Wilson, una degeneración hepatolenticular, y cirrosis.
. Componente de muchas enzimas por ejemplo la enzima necesaria para la síntesis de la melanina y la que contribuye a la formación de vasos sanguíneos, tendones y huesos.
Molibdeno: Se encuentra en la carne, los cereales enteros, las legumbres, la leche, las vísceras, la levadura. Es el contribuyente de varias enzimas como la xantino oxidasa, indispensable en el metabolismo de las purinas a ácido úrico, es necesario en el funcionamiento de ciertas enzimas intestinales; se relaciona con el control de la absorción del cobre en el cuerpo. Su deficiencia provoca aumento en la incidencia indirecta de cáncer de esófago, taticardia,, ceguera nocturna.
Cromo: Se encuentra en levaduras de cerveza, cereales integrales, hígado, carne, leche, huevos, pechuga de pollo y verduras. El cromo aumenta la eficiencia de la insulina, ayuda a la utilización normal de la glucosa, interviene en el metabolismo de lípidos, ayuda a prevenir cuadros de hipoglucemia.
Flúor: está presente en el trigo, cebada, arroz, albaricoques, uvas, tomates, espinacas, té y el pescado. Cuando se agrega al agua ayuda a prevenir caries dentales. La mayor parte del flúor se ubica en los huesos y en los dientes. El déficit se suele manifestar por la aparición de caries con mucha frecuencia. Su exceso es un veneno que inhibe el metabolismo y origina enfermedades como fluorosos, caracterizada por un moteado en los dientes y un aumento en la densidad ósea con calcificaciones en ligamentos, en especial la columna vertebral.
Zinc: está presente en muchos vegetales como la remolacha, trigo, maíz, lechuga, champiñón, mariscos, cereales, pan integral, las legumbres y los huevos. Forma parte de muchos sistemas enzimáticos y coenzimas; se ha demostrado que el zinc es de gran importancia durante la gestación y nutrición infantil. Forma parte de gran cantidad de enzimas y participa en el metabolismo de algunas proteínas, grasas y azúcares.
El zinc participa en el metabolismo de carbohidratos, lípidos y proteínas, así con la síntesis y descomposición del ADN. Por ello la deficiencia afecta inmediatamente el crecimiento y reproducción celular. En el feto provoca un crecimiento retrasado, malformaciones del cuerpo y anormalidades en los cromosomas. Después del crecimiento las deficiencias del zinc pueden ocasionar el enanismo y la lentitud en la cicatrización de heridas, así como retardar el desarrollo sexual. Su exceso produce anemia perniciosa, depresión mental, diarreas y vómitos.
. su deficiencia afecta el crecimiento y la reproducción celular, malformaciones en el cuerpo y retraso del crecimiento y después del crecimiento puede ocasionar cirrosis y estados de depresión.
.Participa en el metabolismo de carbohidratos, lípidos y proteínas
miocardiopatía mortal se han atribuido a la deficiencia de selenio el cáncer y enfermedades relacionadas con el sistema inmunocompetente. Su actividad antioxidante, el selenio se requiere en la síntesis de prostaciclina, potente vasodilatador sanguíneo. Su exceso produce pérdida del cabello, uñas, dermatitis y polineuritis, además de inhibición enzimática de los sistemas de oxidorreducción del organismo.
Cobalto: Está presente en vegetales de hojas verdes, carne magra pescado, leche, huevos, queso, riñones, e hígado. Forma parte de la vitamina B12, la
cobalamina, por lo que es un factor antianémico; su presencia es necesaria para la formación del hierro, interviene en la fecundidad y tiene acción simpaticolítica. Su déficit provoca carencia de vitamina B12 y por lo tanto anemia perniciosa. Su exceso provoca un aumento anormal de los glóbulos rojos, enfermedad que se conoce como policitemia.
Manganeso: Macromineral importante para el adecuado funcionamiento del cerebro y del sistema nervioso. Se encuentra en el arroz, nueces, ciruelas, lechuga, remolacha, apio, champiñones, espárragos y trigo, las frutas y los vegetales entre otros alimentos. Interviene en funciones reproductores, es necesario en la síntesis de la hemoglobina y ayuda a la rememoración de los sueños. Es regulador del sistema glandular, es cofactor en la síntesis de ácidos grasos; está asociado a la lactancia, activa enzimas en el ciclo de krebs y estimula la actividad de la tirodes. Su déficit provoca retraso en el crecimiento, perturba la reproducción, provoca degeneración testicular, pérdida de equilibrio, mala coordinación y anemia. Su exceso hace que se acumule en el hígado y el sistema nervioso, produce alteraciones como la enfermedad de Parkinson, y retrasa la absorción de hierro, calcio y fósforo in el intestino.
Silicio: se encuentra presente en el agua potable y otros alimentos. Es indispensable para la asimilación del calcio, la formación de nuevas células y la nutrición de los tejidos.
Níquel: está presente en el perejil, cereales, espinacas y legumbres. Es necesario para el buen funcionamiento del páncreas
Lítio: presente en vegetales, papas, crustáceos y algunos pescados, es fundamental para la regulación del sistema nervioso central.
Algunos de los compuestos de estos, elementos se encuentran en:
Los huesos. Calcio, fósforo, magnesio, cobre, manganeso, selenio, potasio, aluminio y flúor.
LOS QUE HAY QUE EVITAR:
Aluminio: los neurobiólogos sospechan que este metal está implicado en la aparición de determinados procesos degenerativos del cerebro como el mal de Alzheimer.
Mercurio: su ingestión provoca una serie de síntomas agudos gastroenteritis, dolor ardiente de boca, dolor abdominal y vómitos. En situaciones extremas causa perturbación mental.
LOS OLIGOELEMENTOS
Nuestro cuerpo está constituido por un 65% de agua y cuatro elementos básicos: Ca, H, O, y N,, también contienen una pequeña cantidad de otros elementos esenciales para una gran cantidad de actividades biológicas. Estos elementos o macro nutrientes, indispensables para el desarrollo de los procesos biológicos. Se dice que existen 21 elementos esenciales que se dividen en dos grupos:
Los
macrominerales
Los elementos
traza
Se requieren en
mayor cantidad
son: K, Mg, Ca,
P, S y Cl.
Se hallan en
cantidades
extremadamente
pequeñas y son:
Fe( se necesita de
mayor cantidad),
Mn, Co, Cu,
molibdemo, vanadio,
PERSPECTIVA GENERAL DE LOS ELEMENTOS INDISPENSABLES PARA LA VIDA.
estos elementos, se desconocen las funciones precisas que realizan en el organismo.
En casi todos los elementos indispensables, existen cantidades óptimas de ingesta, por encima y por debajo de ellas se experimentan efectos nocivos. Este principio se conoce como regla de Bertrand. Por ejemplo, si la ingesta de hierro es escasa, puede producir anemia, pero tomado en grandes cantidades se vuelve tóxico: se han reportado casos de niños, que han muerto después de consumir grandes cantidades de píldoras de complementos de hierro. Los límites de ingesta óptima, varían de un elemento a otro. Uno de los intervalos estrechos es el del selenio, para el cual, la ingesta óptima, está entre 50 microgramos y 200 microgramos por día, Si se toma en menor cantidad que 50 microgramos, se presentan problemas graves de salud, pero ingerirlo en cantidades mayores de 1 mg por día, causan la muerte.
EL ÁTOMO.
El modelo actual del átomo considera que el átomo está formado por dos partes principales llamadas:
Núcleo: Es la zona que ocupa un volumen muy pequeño, pero en el que se encuentra casi toda la totalidad de la masa del átomo. Está formado por protones y neutrones y su carga eléctrica es positiva (+).
Nube electrónica: Ocupa la periferia del núcleo, tiene un volumen mucho mayor que el del núcleo y está formado por electrones. Es la responsable de la actividad química del átomo ya que los átomos al reaccionar ganan, pierden o comparten electrones.
Ubicación Nombre. Masa. Carga eléctrica.
Núcleo Protón 1.672 x 10 -27 g (+)
1.6 x 10 -19 C
Neutrón 1.674 x 10 -27 g 0
Nube electrónica Electrón. 9.11 x 10 -28 g 1.6 x 10 -19 C
Todos los átomos de los diferentes elementos químicos tienen similitudes pero se diferencian porque tienen diferente número de partículas.
Número másico: Se representa con la letra A, se denomina a la suma del número de protones y de neutrones del núcleo de un átomo. En el núcleo del átomo se encuentran los protones y lo neutrones, y en la corteza o nube electrónica los electrones. Para calcular el número de neutrones de un átomo se le resta al número de masa el número atómico.
El número atómico debe ser menor que el número de masa. Ej.: ¿Cuál es el número de masa y el símbolo de un elemento cuyos átomos tienen 8 protones, 9 neutrones y 8 electrones? R/ Z=8, A=17, símbolo=O.
Otro ejercicio consiste en dar Z y A y pedir el número de partículas. Por ejemplo: ¿Cuál es el número de partículas, el símbolo y el nombre del elemento químico representado?
Isótopos e Iones.
Los átomos de un mismo elemento químico poseen el mismo número de protones y, por lo tanto, de electrones (si es neutro), pero pueden diferir en el número de neutrones. Se denominan isótopos, a los átomos de un mismo elemento químico que, teniendo lógicamente el mismo número de protones o atómico y electrones (si es neutro), tienen distinto número de neutrones. Los isótopos tienen igual número de átomos (Z) y distinto número másico (A).
Iones: Los átomos pueden diferir en la cantidad de electrones. Se conoce como ión a un átomo o molécula que ha ganado o perdido electrones. Los átomos nunca ganan o pierden protones, en su lugar ganan o pierden electrones. Sus cargas son (+) o (-).
Cationes: Son átomos con carga eléctrica positiva. Se forman siempre por pérdida de electrones, ya que al haber menos electrones que protones las cargas no se igualan, el átomo deja de ser neutro y tienen carga positiva debido a que hay mas protones que electrones. Ej.
Ca: El átomo de calcio neutro tiene 20 protones y 20 electrones.
Ca +2: El catión de calcio tiene 20 protones y 18 electrones. Observe que ahora hay 2 protones más que la cantidad total de electrones, por lo que la carga es positiva.
Aniones: Son átomos con carga eléctrica negativa. Se forman siempre por ganancia de electrones, ya que al haber más electrones que protones las cargas no se igualan, el átomo deja de ser neutro y tiene carga negativa debido a que hay menos protones que electrones. Ej.
S: El átomo de azufre neutro tiene 16 protones y 16 electrones.
S -1: El anión de azufre tiene 16 protones y 18 electrones. Ahora hay 2 protones menos que la cantidad total de electrones, por lo que la carga es positiva.
56 X 26
NÚMERO ATÓMICO (Z)
Número de protones que posee el átomo de un elemento.
Sirve para identificar los elementos.
Se escribe en la parte superior del símbolo del elemento.
Se representan con la letra “Z”.
MASA ATÓMICA (A)
Suma de protones y neutrones de un elemento.
Sirve para identificar un elemento.
Se escribe en la parte inferior del símbolo del elemento.
Se representa con la letra “A” – A = Z + nº
También se denomina número másico.
ISOTOPOS
Son átomos de un mismo elemento con igual número de protones pero diferente número de neutrones.
Se representa en forma X
El Número de neutrones se puede averiguar con la siguiente fórmula: nº = A – Z
IONES
Son átomos libres, que han ganado o perdido cargas eléctricas.
Si pierden electrones, quedan con carga (+) y se denomina “catión”, dándose el proceso de oxidación. Ej.: Al 3e- Al
Si ganan electrones quedan con carga (-) y se denomina “anión”, dándose el proceso de reducción. Ej.: S 2e+
X = elemento A = Nº másico Z = Nº atómico
ISÓTOPOS
El término isótopo previene de las raíces iso, (igual), y topos (lugar). Los isótopos de un elemento ocupan el mismo lugar en la tabla periódica, por que son átomos de un mismo elemento, por lo tanto contienen el mismo número de protones, pero diferente número de neutrones.
Por ejemplo: 12 13 14
C, C, C
6 6 6
Son tres isótopos con número de masa: 12, 13 y 14.
En vista de que el número atómico es siempre el mismo para un elemento determinado, podemos hacer caso omiso de él y escribir, por ejemplo, para el carbono, simplemente 12C, 13C, 14C.
Isóbaros: Elementos cuyos isótopos tienen en común el número de masa. Son frecuentes entre los elementos radiactivos. Entre ellos se encuentran isótopos de calcio y argón, de hierro y cobalto, de estaño y telurio.
40 40 57 57 122 122
Ca Ar Fe Co Sn Te
20 18 26 27 50 52
Algunos Isótopos son estables; no cambian si no son perturbados.
Otros son considerados inestables, en cuyo caso, el núcleo experimenta un reordenamiento espontáneo; origina el fenómeno conocido como radiactividad.
Los Isótopos que emiten tales radiaciones se consideran radiactivos, condición esta que se indica mediante el nombre del elemento (o su símbolo) y su número másico (número de protones y neutrones). Con un guión intermedio. Por ejemplo, carbono-14 o C-14 significa que el isótopo de carbono con número másico14.
Se dice que la radiactividad es natural cuando la radiación nuclear se libera espontáneamente. La velocidad de desintegración de cualquier Isótopo radiactivo depende de la naturaleza del elemento y se expresa en forma cuantitativa por medio del término “vida media” tiempo necesario para que se desintegre la mitad de cualquier masa de un elemento radiactivo.
USO DE LOS ISOTOPOS EN DIFERENTES CAMPOS DE LA CIENCIA.
Los isótopos se han convertido en importantes instrumentos para la investigación pura, la industria, el diagnóstico y tratamiento en el campo médico.
LA RADIACIÓN EN LA MEDICINA.
1. El empleo de trazadores radiactivos (sustancias con átomos radiactivos de la misma naturaleza y comportamiento químico que los compuestos que tienen que rastrear) hacen posible seguir la trayectoria del compuesto a través del organismo. Permite analizar las funciones del hígado, bazo, riñones y tiroides.
2. Existen los rayos X, conocidos como explorador. Se utiliza para formar imágenes muy detalladas del interior del cuerpo humano, ayuda al médico a localizar tumores, coágulos de sangre.
3. La radiación ionizante emitida por los elementos radiactivos, también se utilizan para destruir células y tumores cancerosos. Al aplicar la radiación, el tejido canceroso puede ser destruido, dejando al tejido sano o relativamente intacto.
ALGUNOS ISÓTOPOS USADOS EN MEDICINA.
El Yodo-131: Se emplea fundamentalmente en el diagnóstico y tratamiento de afecciones de la glándula tiroides.
El Fósforo-32: se utiliza en el tratamiento de enfermedades llamada policitemia vera, para la que aún no se conoce cura. Provoca un incremento anormal de glóbulos rojos. El radiofósforo destruye las células que producen estos glóbulos; su formación se retarda y se alivian temporalmente los síntomas de la enfermedad.
El Talio-121: La Ciencia médica hoy lo utiliza para evaluar el daño producido en el músculo cardíaco, en especial después de un infarto, por sus efectos directos en el tejido sano del corazón.
En la terapia contra el cáncer son varios los isótopos radiactivos con aplicaciones diversas. Algunos son:
El Cobalto-60: se utiliza en el tratamiento por radiación del cáncer en la investigación agrícola.
El Iridio-192: Ha sido especialmente efectivo en el tratamiento contra el cáncer de mama. Se coloca dentro de tubos delgados plásticos que se insertan, por medio de agujas de acero, en el lugar donde su ubica el tumos; libera rayos gamma que lo destruyen.
compuestos de boro, mucho más rápido que el tejido normal. Esta es la razón por la que se inyecta un compuesto de boro a la persona con un tumor cerebral. Después de 10 minutos, una corriente de neutrones, lograda mediante una reacción nuclear, es dirigida a la región en donde se encuentra el tumor. Finalmente, los átomos de boro chocan contra los neutrones y se producen partículas alfa que destruyen las células del tumor, pero son incapaces de penetrar en el tejido normal.
OTROS USOS DE LOS ISÓTOPOS
Hidrógeno: Tanto su número atómico como su masa atómica corresponden a 1. Cuenta con dos isótopos importantes: el deuterio, con masa atómica de 2, y tritio, con masa atómica de 3. Dado que el deuterio se obtiene fácilmente del agua de mar, es prácticamente inagotable. Por su parte, el tritio puede producirse a partir del deuterio.
Estos isótopos pueden utilizarse como combustibles en reacciones de fusión nuclear. Este tipo de reacciones produce grandes cantidades de energía aprovechables en la solución de algunos problemas energéticos. Para que esto sea posible es necesario controlar la reacción.
Carbono: Cuenta con varios isótopos algunos radiactivos y otros bastante estables. De ellos, el más utilizado es el carbono-14. Sus propiedades radiactivas permiten medir la antigüedad de restos arqueológicos. También se emplea como fuente de radiación en algunos instrumentos delicados.
Estroncio-90: Industrialmente se usa como fuente de radiación importante en la investigación geológica.
MASA ATÓMICA PROMEDIO
ISÓTOPÒ MASA (u.m.a) % DE ABUNDANCIA
26 Mg 25.864 11.29
25 Mg 24.994 10.11
24 Mg 23.993 78.6
26Mg= 25.864 X 11.29 = 2.920
100
25 Mg=24.994 X 10.11 = 2.527
100
24 Mg=23.993 X 78.6 = 18.858
100
Masa atómica promedio: 24.305 uma
Calcule la masa atómica promedio del elemento galio, con base en las siguientes datos:
(dé la respuesta con 3 decimales)
Isótopo masa abundancia Atómica
Ga-69 68,9257 60,40% Ga-71 70,9249 39,60%
La plata natural existe en forma de dos isótopos estables: la plata 107 cuya masa es igual a 106,9041uma la cual se encuentra en un 51,82% en la mezcla isotópica y la plata 109 con una masa de 108,904 u.m.a. y un porcentaje de 48,18%. Calcule la masa atómica promedio de la plata. Calcule la masa atómica promedio del elemento boro, con base en los siguientes datos:
Atómica
B-10 10,0129 20,00% B -11 11,0093 80,00%
MODELOS ATÓMICOS
MODELOS ATÓMICOS:
Los modelos son importantes porque nos sirven como base para explicar los conceptos teóricos, es lógico que nadie ha visto un átomo, sin embargo los químicos han propuesto sus propios modelos, según el concepto o idea que ellos tienen para que los demás puedan comprenderlos. Mediante el uso de los modelos se pueden explicar ideas, fenómenos o conceptos. Un modelo no es una estructura rígida, sino que puede perfeccionarse cambiarse o desecharse si se vuelve obsoleto y ya no cumple la función par la cual fue propuesto. Desde que la ciencia dio sus primeros pasos y los químicos iniciaron el estudio de la composición y propiedades de la materia, y dio inicio el desarrollo de la teoría atómica, los científicos emplearon modelos para comprender la naturaleza del átomo.
En la actualidad se acepta que la materia está formada por átomos y se tiene un modelo atómico consistente en el cual se explica satisfactoriamente su comportamiento. Sin embargo, para llegar a este modelo, para que se llegara a concebir el átomo en su forma actual, pasó mucho tiempo y fueron muchos los científicos que investigaron; plantearon teorías y crearon modelos respecto a la estructura de la materia y del átomo en sí
Los modelos nos permiten:
1. explicar como ocurren los fenómenos naturales.
2. representar una idea o concepto teórico sobre algún fenómeno de la naturaleza
3. formular predicciones para elaborar diseños experimentales.
4. conforme se amplía el conocimiento, dichos modelos se van a modificar hasta encontrar el más aceptable para el conocimiento.
DESARROLLO HISTÓRICO.
La mayoría de los filósofos griegos antiguos, incluso Aristóteles (384-322 A.C.), creían que la materia era continua y se podía dividir interminablemente en porciones más pequeñas. Pensaban que las gotas de agua podían dividirse en gotitas cada vez más pequeñas en forma indefinida. Pero Leucipo, basado sólo en su intuición, concluyó que tendría que haber partículas últimas que no pudieran subdividirse más. Su discípulo Demócrito (alrededor de 470-380 A. C.) les dio el nombre de átomos (del griego: a, “no” + tomos, “cortar”) que significa “indivisible”. Es de este nombre donde procede la palabra “átomo”.
LA LEY DE LA CONSERVACIÓN DE LA MASA.
Cuando se enciende una vela, no se pierde ni se gana masa. La masa total de la cera y el oxígeno presentes antes de la combustión es igual a la masa total de dióxido de carbono, vapor de agua y cera no quemada, que quedan luego que arde la vela.
Masa de cera + masa de oxígeno = masa de dióxido de carbono + masa de agua
No ocurre cambio alguno de masa durante la reacción química. La masa se conserva.
Esto es lo que quiere decir la ley de conservación de la masa, que afirma que la masa no se crea ni se destruye durante un cambio químico. El descubrimiento de la ley de la conservación de la masa fue realizado en Francia por Antoine Lavoisier. Lavoisier concluyó que no ocurría cambio alguno en cuanto a la masa total. Ésta ley de la conservación de la masa, que se ha comprobado una y otra vez y ha resistido la prueba del tiempo.
Como la masa se conserva durante las reacciones, también debe conservarse la materia; la materia no se crea ni se destruye durante una reacción química.
LEY DE LAS PROPORCIONES DEFINIDAS
En 1799, Joseph Louis Proust demostró que una sustancia llamada carbonato de cobre preparada en el laboratorio u obtenida de fuentes naturales, contenía los mismos tres elementos (cobre, carbono y oxígeno) y siempre en las mismas proporciones en masa 5.3 partes de cobre por casa 4.0 partes de oxígeno y 1.0 partes de carbono. Proust formuló una nueva ley que resumía los resultados de este experimento y de muchos otros. Un compuesto, concluyo sierre contenía elementos en ciertas proporciones definidas, y en ninguna otra combinación. A esta generalización la llamó ley de las proporciones definidas; a veces se le llama ley de la composición constante
LA TEORÍA ATÓMICA DE DALTON
La ley de la conservación de la masa de Lavosier y la ley de las proporciones definidas de Proust fueron confirmadas repetidamente por experimentación en el laboratorio
combinar en más de un conjunto de proporciones. Su ley de las proporciones múltiples afirma que si dos elementos forman más de un compuesto, las diferentes masas de un elemento que se combinan con una masa fija del segundo elemento guardan entre sí una proporción sencilla, de números enteros.
Las ideas Principales de la teoría atómica de Dalton son las siguientes.
1. todos los elementos están formados por partículas diminutas e indivisibles llamadas átomos. No es posible crear ni destruir los átomos durante las reacciones químicas.
2. todos los átomos de un elemento dado son idénticos, pero difieren de los átomos de los demás elementos.
3. los átomos de elementos distintos forman compuestos combinándose en proporciones fijas de números enteros pequeños, por ejemplo 1 átomo de A con un átomo de B, 2 átomos de A con 1 átomo de B, o 3 átomos de A con 2 átomos de B
4. si los mismos electos forman más de un compuesto, hay una proporción diferente, pero definida, y de números enteros pequeños, en masa y en átomos para cada compuesto.
5. una reacción química implica un cambio, no en los átomos mismos, sino en la forma en que se combinan los átomos para formar compuestos.
El USO DE LA ELECTRICIDAD EN EL ESTUDIO DE LOS ÁTOMOS
Fue muy importante el trabajo experimental de dos científicos británicos, William Crookes, químico y Joseph J. Thomson, físico.
En 1879, Crookes llevó a cabo estudios con un tubo de vidrio al vacío, dentro del cual estaban insertados dos discos metálicos, denominados electrodos, uno en cada extremo del tubo.
Cuando se conectaban los electrodos a la fuente de voltaje mediante cables separados, un disco adquiría carga positiva y la otra carga negativa, crookes conectó además el tubo a una bomba de vacío para extraer la mayor parte del aire del interior. Al aplicar un voltaje al cátodo (electrodo negativo) y al ánodo (electrodo positivo) el tubo al vacío comenzaba a emitir luz. A este tubo se le conoce como tubo de descarga de gas. Crookes observó también que el rayo se desviaba al colocar un imán cerca del tubo. Estaba convencido de que este rayo luminoso, que ahora se conoce como rayo catódico, estaba formado por partículas cargadas.
por la placa positiva y repelidos por la negativa, lo que hacía suponer que los rayos tendrían que estar compuestos de partículas con carga negativa. Thomson llamó electrones a tales partículas.
Para 1904 ya se había recabado la información suficiente para sugerir que sin duda los átomos estaban formados por partículas más pequeñas, J J Thomson había corroborado la existencia de los electrones. Thomson ofreció entonces una explicación, que se conoce como modelo del “budín de pasas” del átomo. Imaginó un átomo con carga negativa (electrones) dispersas entre un número de cargas positivas (protones). El modelo de Thomson: una esfera de electricidad positiva en donde los electrones están incrustados.
El modelo de Thomson resultó ser incorrecto, pero ofrecía una explicación de los hechos hasta entonces conocido.
EL MODELO NUCLEAR DEL ÁTOMO DE RUTHERFORD
Rutherford investigó la radiación del uranio, radio y otros elementos radiactivos. Cuando hacía pasar esta radiación a través de un campo magnético intenso, observó que los rayos se desviaban en distintas direcciones. Los rayos alfa, que Rutherford descubrió, tienen carga doblemente positiva, 2+; se desviaban hacia la placa negativa y encontró que su masa era cuatro veces mayor que la del átomo de hidrógeno. Los rayos beta resultaron ser idénticos a los rayos catódicos, que son corrientes de electrones con carga negativa, 1-. Los rayos gamma, no eran desviados por el campo magnético; encontró que eran muy parecido a los rayos X pero aún más penetrantes. Los rayos gama carecen de masa y de carga. El descubrimiento de Rutherford de las partículas alfa pronto condujo a otro hallazgo importante. Rutherford bombardeó un aplaca de oro muy delgada con partículas alfa procedentes de una fuente radiactiva. Colocaron una pantalla de sulfuro de zinc fluorescente por detrás de la capa de oro para observar la dispersión de las partículas alfa en ella. El centelleo observado en la pantalla era debido a partículas alfa individuales. Éstas se contaron para determinar los números relativos de partículas alfa desviados en diversos ángulos. Se dedujo que las partículas alfa eran bastante densas, muchos más que el oro. Además que eran emitidas con energía cinética alta. Como se esperaba, casi todas las partículas alfa atravesaron la placa de oro o ninguna deflexión. Sin embargo, algunas se desviaron en ángulos grandes.
Inclusive algunas de las partículas alfa chocaron con la película de oro y regresaron en la misma dirección de la cual provenían. Rutherford quedó atónito según sus propias palabras:
“fue el acontecimiento más increíble que me había ocurrido en la vida. Era casi como disparar un petardo de 15 pulgadas a un pedazo de papel tejido, y que éste llegara de regreso y golpeara a la persona que lo había disparado”
Rutherford llegó a la conclusión de que cada átomo contenía un centro de masa diminuto con carga positiva que denominó núcleo atómico.
Conclusiones de Rutherford:
1. El átomo tiene un núcleo en el que se concentra la masa y la carga positiva.
2. el radio del núcleo es 1x10-12 cm. y el radio del átomo es 1 x10-8 cm. (10
000 veces mayor)
3. los electrones en número igual a las cargas positivas en el núcleo están distribuidos en un espacio muy amplio fuera del núcleo.
4. El volumen ocupado por un átomo es en gran parte espacio vacío.
Estos datos no concuerdan del todo con los descubrimientos posteriores pero, desde entonces se ha conservado este modelo, el cual puede considerarse como el fundamento de la teoría moderna de la estructura atómica. (Enfoque práctico). El modelo de Rutherford un sistema semejante a nuestro sistema planetario.
El modelo de átomo propuesto por Rutherford generaba dos interrogantes: 1. ¿Cuál es la naturaleza del núcleo? Esto, hoy día sigue conservando
gran interés.
2. ¿Cómo se comportan y ordenan los electrones en el átomo?
Si el electrón tiene una posición fija alrededor del núcleo, no hay nada que le impida ser atraído hacia el núcleo, de carga positiva y, en consecuencia, el átomo se destruye.
Para explicar por qué esto no sucedía Rutherford imaginó el átomo como un sistema solar diminuto, y propuso que los electrones giraban velozmente alrededor del núcleo, de la misma forma que los planetas lo hacen alrededor del sol. Sin embargo, este razonamiento presentaba dificultades.
Experimento de Rutherford
NEUTRONES
La tercera partícula
y sumamente densos y rodeados por nubes de electrones a distancias relativamente grandes del núcleo.
TEORÍA CUANTICA DE MAX PLANCK MAX PLANCK (1858-1947)
En 1900 Max Planck, explica el fenómeno de la radiación que emite un elemento cuando se calienta. Con esto monta el escenario para la revolución científica del siglo XX.
Planck propuso que un sistema mecánico no puede tener cualquier energía arbitraria, sino solamente ciertos valores de energía seleccionados. Hizo estudios en lo que llamó cuerpo negro (absorbente y emisor de energía electromagnética más eficiente en el visible).
Estudió el efecto que se producía sobre la luz al calentar un sólido. Los sólidos, como los gases, emiten todos los colores del espectro cuando se calientan y el color del espectro producido depende de la temperatura más que del sólido que la produce. A partir de aquí, Planck propuso un modelo en el cual la luz se transporta en paquetes de energía, a los cuales llamó cuantos, en contraposición al flujo continuo de energía predicho por la teoría ondulatoria clásica. La teoría de Planck propone que la energía transportada está relacionada con la frecuencia (v) por la ecuación E=hv, donde h es la constante de Planck (6,62 X 10-34 J X s).
EINSTIEN (1879-1955).
En 1905 Albert Einstein logró dar una explicación satisfactoria a la emisión de electrones cuando se hace incidir un rayo de luz de cierta energía sobre una lámina metálica (efecto fotoeléctrico). Explicó el efecto con argumentos cuánticos; para que el electrón supere las fuerzas de atracción que lo mantienen en el metal, el fotón que choca con la lámina debe tener un valor mínimo de energía. Esta energía se transfiere al electrón permitiendo escapar de la lámina. Este experimento logró probar las ideas de Planck.
EL MODELO ATÓMICO DE NEILS BOHR
Al inicio de la segunda década del siglo XX, había dos hechos experimentales que aun no tenían explicación. Por una parte, el modelo atómico propuesto por Rutherford construido según las teorías clásicas de la mecánica y de la electrodinámica y que presentaba problemas de estabilidad.
1. Los electrones se mueven alrededor del núcleo en trayectorias definidas llamadas órbitas
2. Los electrones están ubicados en niveles definidos de energía; los niveles más internos son los menos energéticos.
3. Cuando los electrones ganan o pierden cuantos de energía es porque se han movido de un nivel a otro.
Bohr, busca un modelo suponiendo que la distribución de los electrones está dada por su energía, con lo que propuso que sólo podían existir ciertos estados de energía determinados a los cuales llamó estados estacionarios. Dedujo que el estado más estable para el átomo sería el que correspondiera al de menor energía. Los átomos que tienen todos sus electrones en niveles de menor energía se encuentran en el estado basal. Basándose en los espectros de emisión que tiene el átomo de hidrógeno y tomando como base las ideas de la Teoría Cuántica. Los electrones giran alrededor del núcleo con una energía mínima definida, cuando un electrón recibe energía externa, puede excitarse a un nivel de energía superior o adquirir un “estado excitado” que lo ubica más alejado del núcleo. Cuando un electrón salta de un nivel inferior a uno superior, necesita un suministro de energía, mientras que si pasa de un nivel superior a uno inferior lo hace liberando energía que radio como un simple fotón. Entre más alejados se encuentran los electrones del núcleo, la diferencia relativa entre los niveles son menores, esto se representan con la letra n.
La teoría de Bohr es meritoria por haber encontrado un modelo para el átomo de hidrógeno consistente con el modelo de Rutherford que recuerda al sistema planetario. Bohr es el primero en explicar los espectros atómicos de absorción y emisión de líneas. Bohr fue capaz de determinar el número de electrones que se puede alojar en cada órbita o niveles de energía para átomos con más electrones. Llegó a la conclusión que el número máximo de electrones de una órbita es igual a 2n2, donde n es el número de nivel de energía que se esté llenando. Entonces para el primer nivel de energía (n=1) el número máximo de electrones es 2(1)2 =2, para el segundo nivel
MECANICA CUÁNTICA
Con la teoría de Bohr fue posible explicar el átomo de hidrógeno con gran precisión matemática, pero cuando quiso aplicarse a átomos con más electrones, la teoría falló. Tampoco pudo explicar por qué los átomos se unen para formar moléculas. Su teoría daba por un hecho que se conocía con exactitud la velocidad y posición del electrón.
Los fracasos pusieron en claro que las ideas Bohr deberían ser los primeros pasos a aproximaciones a una teoría atómica universalmente aplicable.
NATURALEZA ONDULATORIA DEL ELECTRÓN. LA RELACIÓN DE DE BROGLIE.
Antes de 1900 se suponía que la luz tenía naturaleza ondulatoria. Sin embargo, los trabajos de Planck y Einstein sugirieron que, en muchos procesos, la luz se comportaba como si estuviese formada por partículas llamadas fotones.
