"DIME Y LO OLVIDO, ENSÉÑAME Y LO RECUERDO; INVOLÚCRAME Y APRENDO"
LEER ATENTAMENTE LAS INDICACIONES ANTES DE
TRANSCRIBIR.
NOTA: El siguiente taller debe ser
ESCRITO y RESUELTO en el cuaderno del estudiante, por tanto, debe ir tal y como se encuentra
organizado, es decir con la fecha, semana y tema.
El día y la hora máxima de entrega será el 23 de marzo a las 24:00 horas.
MARZO 16 AL 20 DE 2020
SEMANA 6
TEMA: EL ÁTOMO,
ESTRUCTURA ATÓMICA Y CARACTERÍSTICAS
GRADO
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SÉPTIMO
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COMPONENTE
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ENTORNO FÍSICO
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COMPETENCIA
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INDAGACIÓN
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TEMA
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EL ÁTOMO, ESTRUCTURA ATÓMICA Y CARACTERISTICAS
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AREA
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CIENCIAS NATURALES - QUIMICA
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¿Qué ocurriría
si dividieramos un trozo de materia muchas veces? ¿Llegaríamos hasta una parte
indivisible o podríamos seguir dividiendo sin parar?
Los filósofos
de la antigua Grecia discutieron bastante sobre este tema. El problema es que
estos filósofos no utilizaban ni la medición ni la experimentación para llegar
a conclusiones, por tanto, no seguían las fases del método científico.
De
esta forma, se establecieron dos teorías: atomista
y continuista, que se basaban en
la existencia de partes indivisibles o en que siempre se podía seguir
dividiendo.
En el siglo V
a.C., Leucipo pensaba que sólo había un tipo de materia. Sostenía, además, que
si dividíamos la materia en partes cada vez más pequeñas, acabaríamos
encontrando una porción que no se podría seguir dividiendo. Un discípulo suyo,
Demócrito, bautizó a estas partes indivisibles de materia con el nombre de átomos, término que en griego significa
“que no se puede dividir”.
Los atomistas
pensaban que:
- Todo
está hecho de átomos. Si dividimos una
sustancia muchas veces, llegaremos a ellos.
- Las
propiedades de la materia varían según cómo
se agrupan los átomos.
- Los átomos no
pueden verse porque son muy
pequeños.
Fue el creador de la
lógica formal, economía, astronomía, precursor de la anatomía y la biología y
un creador de la taxonomía (es considerado el padre de la zoología y la
botánica).
Los
continuistas pensaban que:
- Los átomos no existen. No hay
límite para dividir la materia.
- Si las
partículas, llamadas átomos, no pueden verse, entonces es que no existen.
- Todas las
sustancias están formadas por las combinaciones de los 4 elementos básicos:
agua, aire, tierra y fuego.
Demócrito (460 a. C. - 370 a.
C.). Filósofo griego. Demócrito fue tan famoso en su época como otros filósofos de la importancia de
Platón o de Aristóteles y debió de ser uno de los autores más prolíficos de la
Antigüedad, aunque sólo se conservan fragmentos
de algunas de sus obras, en su mayoría de las dedicadas a la ética, pese
a que se le atribuyen diversos tratados de física, matemáticas, música y
cuestiones técnicas.
Junto con su maestro,
Leucipo, Demócrito es considerado fundador de la escuela atomista.
Demócrito pensaba y
postulaba que los átomos son indivisibles, y se distinguen por forma, tamaño,
orden y posición.
Para Demócrito, los
átomos estuvieron y estarán siempre en movimiento y son eternos. El movimiento
de los átomos en el vacío es un rasgo inherente a ellos, un hecho ligado a su
existencia, infinito, eterno e indestructible.
Teoría
atómica de Dalton
En 1808, John Dalton
publicó su teoría atómica, que retomaba las antiguas ideas de Leucipo y
Demócrito pero basándose en una serie de experiencias científicas de
laboratorio.
La teoría atómica de
Dalton se basa en los siguientes enunciados:
1.- La materia está
formada por minúsculas partículas indivisibles llamadas ÁTOMOS.
2.- Los átomos de un
mismo elemento químico son todos iguales entre sí y diferentes a los átomos de
los demás elementos.
Todos los átomos del
elemento Hidrógeno son iguales entre sí en todas las propiedades: masa, forma,
tamaño, etc., y diferentes a los átomos de los demás elementos.
Todos los
átomos del elemento Oxígeno son iguales entre sí en todas las propiedades:
masa, forma, tamaño, etc., y diferentes a los átomos de los demás elementos.
John Dalton (1766 - 1844).
Naturalista, químico, matemático y meteorólogo británico.
En 1793 inició
estudios sobre meteorología, recopilando a lo largo de su vida más de 200.000
anotaciones, y ese mismo año publicó Observaciones y Ensayos de Meteorología.
En sus estudios sobre la meteorología desarrolló varios instrumentos de
medición y propuso por primera vez que el origen de la lluvia se encuentra en el descenso de la temperatura.
En este ambito estudió también las auroras
boreales, y determinó que éstas están relacionadas con el magnetismo de la Tierra.
En 1801 enunció la ley
de las presiones parciales y la de las proporciones múltiples. En 1805 expuso
la teoría atómica en la que se basa la ciencia física moderna. Demuestra que la
materia se compone de partículas
indivisibles llamadas átomos. También ideó una escala de símbolos químicos.
3.-
Los compuestos se forman al unirse los átomos de dos o más elementos en
proporciones constantes y sencillas.
Todas
las moléculas del compuesto Agua son iguales entre sí y están formadas por la
unión de 2 átomos del elemento Hidrógeno y 1 átomo del elemento Oxígeno.
Todas las
moléculas del compuesto Agua oxigenada son iguales entre sí y están formadas
por la unión de 2
átomos
del elemento Hidrógeno y 2 átomos del elemento Oxígeno.
4.- En las reacciones químicas los átomos se intercambian;
pero, ninguno de ellos desaparece ni se transforma.
En esta reacción
química los átomos de Hidrógeno y los átomos de Oxígeno son iguales al
principio y al final. Sólo cambia la forma en que se unen entre sí. El
Hidrógeno y el Oxígeno serían los reactivos y el Agua sería el producto que se
obtiene.
Para Dalton,
cada elemento está formado una clase
de átomos, distinto en sus propiedades a los átomos de los demás elementos y,
justamente, es esta distinción lo que separa un elemento de otro y los hace diferentes.
Así, asignó a
cada elemento conocido un símbolo distinto, su símbolo químico que con posterioridad
ha ido cambiando hasta llegar a los modernos símbolos químicos actuales.
1. Estructura atómica
Fenómenos eléctricos
Algunos fenómenos de electrización pusieron de manifiesto la naturaleza eléctrica de la materia. Para explicar estos fenómenos, los científicos idearon un modelo según el cual los fenómenos eléctricos son debidos a una propiedad de la materia llamada carga eléctrica.
Las propiedades de los cuerpos eléctricos se deben a la existencia de dos tipos de cargas: positiva y negativa.
Dos cuerpos que hayan adquirido una carga del mismo tipo se repelen, mientras que si poseen carga de distinto tipo se atraen.
En general, la materia es eléctricamente neutra, es decir, tiene la misma cantidad de cada tipo de carga. Si adquiere carga, tanto positiva como negativa, es porque tiene más cantidad de un tipo que de otro.
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| Cargas |
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| Fenómeno de electrización |
Fenómenos eléctricos: Electrostática
El fenómeno de la electricidad llamó la atención de las personas desde hace mucho tiempo. Hacia el año 600 a. C., el filósofo griego Tales de Mileto frotó una resina de ámbar con piel de gato y consiguió atraer con ella unos trozos de pluma. ámbar, en griego, se denomina elektron, de ahí que ese fenómeno se conozca con el nombre de electricidad.
A lo largo de la historia de la electricidad se han ideado distintos aparatos para saber si un cuerpo está electrizado o no. Algunos de estos aparatos permiten comprobar que los cuerpos que tienen carga del mismo signo se repelen y si tienen cargas de distinto signo, se atraen. Aquí tenemos como ejemplo un Electroscopio:
El átomo es divisible
A comienzos del siglo XIX se presentaba la siguiente situación:
- Dalton había demostrado que la materia estaba formada por átomos.
- Existían experiencias de fenómenos eléctricos que demostraban que la materia podía ganar o perder cargas eléctricas.
Por tanto, esas cargas eléctricas debían de estar de alguna forma en el interior de los átomos. Si esto era cierto, la teoría de Dalton era errónea, ya que decía que los átomos eran indivisibles e inalterables.
Debido a que no podían verse los átomos, se realizaron experimentos con tubos de descarga o tubos de rayos catódicos y así, de esta manera, se observaron algunos hechos que permitieron descubrir las partículas subatómicas del interior del átomo.
Los tubos de rayos catódicos eran tubos de vidrio que contenían un gas a muy baja presión y un polo positivo (ánodo) y otro negativo (cátodo) por donde se hacía pasar una corriente eléctrica con un elevado voltaje.
El descubrimiento del electrón
Es la primera partícula subatómica que se detecta.
El físico J. J. Thomson realizó experiencias en tubos de descarga de gases. Observó que se emitían unos rayos desde el polo negativo hacia el positivo, los llamó rayos catódicos.
Al estudiar las partículas que formaban estos rayos se observó que eran las mismas siempre, cualquiera que fuese el gas del interior del tubo. Por tanto, en el interior de todos los átomos existían una o más partículas con carga negativa llamadas electrones.
Joseph John Thomson (1856 - 1940). Físico británico. Hijo de un librero, Joseph John Thomson estudió en Owens College. En 1870 estudió ingeniería en la Universidad de Manchester y se trasladó alTrinity College de Cambridge en 1876. En 1884 se convirtió en profesor de Física de la Cátedra Cavendish.
Thomson investigó la naturaleza de los rayos catódicos y demostró que los campos eléctricos podían provocar la desviación de éstos y experimentó su desviación, bajo el efecto combinado de campos eléctricos y magnéticos, buscando la relación existente entre la carga y la masa de las partículas, proporcionalidad que se mantenía constante aun cuando se alteraba el material del cátodo.
En 1906 Thomson recibió el Premio Nobel de Física por su trabajo sobre la conducción de la electricidad a través de los gases. Se le considera el descubridor del electrón por sus experimentos con el flujo de partículas (electrones) que componen los rayos catódicos.
Thomson elaboró en 1898 el modelo del "pastel de pasas" de la estructura atómica, en la que sostenía que los electrones eran como 'pasas' negativas incrustadas en un 'pudín' de materia positiva.
El descubrimiento del protón
El físico alemán E. Goldstein realizó algunos experimentos con un tubo de rayos catódicos con el cátodo perforado. Observó unos rayos que atravesaban al cátodo en sentido contrario a los rayos catódicos. Recibieron el nombre de rayos canales.
El estudio de estos rayos determinó que estaban formados por partículas de carga positiva y que tenían una masa distinta según cual fuera el gas que estaba encerrado en el tubo. Esto aclaró que las partículas salían del seno del gas y no del electrodo positivo.
Al experimentar con hidrógeno se consiguió aislar la partícula elemental positiva o protón, cuya carga es la misma que la del electrón, pero positiva y su masa es 1837 veces mayor.
Eugen Goldstein (1850 - 1930). Físico alemán. Estudió física en Breslau y Berlín. Trabajó en Berlín fue nombrado jefe de la sección de Astrofísica del observatorio Postdata.
Investigó las descargas eléctricas producidas por gases a baja presión o enrarecidos al ser sometidos a una diferencia de potencial elevada. Esto le llevó a descubrir los rayos canales y, además, dio nombre a los rayos catódicos. Trabajó también con espectros atómicos.
Murió en 1930 en Berlín.
El descubrimiento del neutrón
Mediante diversos experimentos se comprobó que la masa de protones y electrones no coincidía con la masa total del átomo; por tanto, el físico E. Rutherford supuso que tenía que haber otro tipo de partícula subatómica en el interior de los átomos.
J. Chadwick. Al no tener carga eléctrica recibieron el nombre de neutrones. El hecho de no tener carga eléctrica hizo muy difícil su descubrimiento.
Los neutrones son partículas sin carga y de masa algo mayor que la masa de un protón.
1. Modelos atómicos
Modelo de Thomson
Al ser tan pequeña la masa de los electrones, el físico J. J. Thomson propuso, en 1904, que la mayor parte de la masa del átomo correspondería a la carga positiva, que ocuparía la mayor parte del volumen atómico. Thomson imaginó el átomo como una especie de esfera positiva continua en la que se encuentran incrustados los electrones, más o menos como las uvas pasas en un pudin.
James Chadwick (1891 - 1974). Físico inglés. Hijo de John Joseph Chadwick y Anne Mary Knowles. Fue a la Manchester High School, y estudió en la Universidad de Cambridge.
En 1932, Chadwick realizó un descubrimiento fundamental en el campo de la ciencia nuclear: descubrió la partícula en el núcleo del átomo que pasaría a llamarse neutrón, predicción hecha algunos años antes. Esta partícula no tiene carga eléctrica. En contraste con el núcleo de helio (partículas alfa) que está cargado positivamente y por lo tanto son repelidas por las fuerzas eléctricas del núcleo de los átomos pesados, esta nueva herramienta para la desintegración atómica no necesitaba sobrepasar ninguna barrera electrónica, y es capaz de penetrar y dividir el núcleo de los elementos más pesados. De esta forma, Chadwick allanó el camino hacia la fisión del uranio 235 y hacia la creación de la bomba atómica. Como premio por su descubrimiento se le otorgó la Medalla Hughes de la Royal Society en 1932 y el Premio Nobel de física en 1935. También descubrió el tritio.
El modelo de Thomson fue bastante valorado ya que era capaz de explicar los siguientes fenómenos:
La electrización: el exceso o defecto de electrones que tenga un cuerpo es el responsable de su carga negativa o positiva.
La formación de iones: Un ion es un átomo que ha ganado o perdido uno o más electrones. Los electrones se pierden o se ganan con relativa facilidad, de manera que su número dentro del átomo puede variar, mientras que el número de protones es fijo siempre para cada átomo.
Si un átomo pierde uno ó más electrones adquiere carga neta positiva (catión) y si gana uno ó más electrones adquiere carga neta negativa (anión).
Este modelo del “pudin de pasas” de Thomson era bastante razonable y fue aceptado durante varios años, ya que explicaba varios fenómenos, por ejemplo los rayos catódicos y los canales:
Experimento de Rutherford
En 1911, E. Rutherford y sus colaboradores bombardearon una fina lámina de oro con partículas alfa (positivas), procedentes de un material radiactivo, a gran velocidad. El experimento permitió observar el siguiente comportamiento en las partículas lanzadas:
La mayor parte de ellas atravesaron la lámina sin cambiar de dirección, como era de esperar. Algunas se desviaron considerablemente. Unas pocas partículas rebotaron hacia la fuente de emisión.
El comportamiento de las partículas no podía ser explicado con el modelo de Thomson, así que Rutherford lo abandonó y sugirió otro basado en el átomo nuclear.
De acuerdo con el Modelo de Thomson, en el cual la carga positiva de cada átomo está distribuida de forma homogénea, las partículas positivas que atraviesan la lámina no deberían ser apreciablemente desviadas de su trayectoria inicial. Evidentemente, esto no ocurría. En el Modelo de Rutherford la carga positiva está concentrada en un núcleo central, de manera que las partículas positivas que pasan muy cerca de él, se desvían bastante de su trayectoria inicial y sólo aquellas pocas que chocan directamente con el núcleo regresan en la dirección de la que proceden.
Ernest Rutherford (1871 - 1937). Físico y químico británico. Rutherford destacó muy pronto por su curiosidad y su capacidad para la aritmética. Sus padres y su maestro lo animaron mucho, y resultó ser un alumno brillante tanto en los estudios como en la experimentación.
Por sus trabajos en el campo de la física atómica, Rutherford está considerado como uno de los padres de esta disciplina. Investigó también sobre la detección de las radiaciones electromagnéticas y sobre la ionización del aire producido por los rayos X. Estudió las emisiones radioactivas descubiertas por H. Becquerel, y logró clasificarlas en rayos alfa, beta y gamma. En 1902 Rutherford formuló la teoría sobre la radioactividad natural asociada a las transformaciones espontáneas de los elementos.
Colaboró con H. Geiger en el desarrollo del contador Geiger, y demostró (1908) que las partículas alfa son iones de helio (más exactamente, núcleos del átomo de helio) y, en 1911, describió un nuevo modelo atómico (modelo atómico de Rutherford), que posteriormente sería perfeccionado por N. Bohr.
Ganó el Premio Nobel de Química en 1908 por descubrir que la radiactividad iba acompañada por una desintegración de los elementos.
Modelo de Rutherford
El Modelo de Rutherford establece que:
El átomo tiene una zona central o núcleo donde se encuentra la carga total positiva (la de los protones) y la mayor parte de la masa del átomo, aportada por los protones y neutrones. Además, presenta una zona externa o corteza donde se hallan los electrones, que giran alrededor del núcleo. (Realmente, las partículas del núcleo (protones y neutrones) se descubrieron después de que Rutherford estableciera su modelo. El experimento de Rutherford sólo informaba de un núcleo pequeño y positivo, no aclaraba nada más).
La carga positiva de los protones es compensada con la carga negativa de los electrones, que se hallan fuera del núcleo. El núcleo contiene, por tanto, protones en un número igual al de electrones de la corteza.
El átomo estaba formado por un espacio fundamentalmente vacío, ocupado por electrones que giran a gran velocidad alrededor de un núcleo central muy denso y pequeño.
Tamaño atómico
Distintas experiencias han permitido medir el tamaño de los átomos. Considerado como una esfera, el átomo tiene un radio de unos 10-10 m y el núcleo tiene un radio de unos 10-14 m. De aquí se puede deducir que el núcleo es unas 10000 veces más pequeño que el átomo.
Para hacernos una idea: si el átomo fuera del tamaño de un campo de fútbol, el núcleo sería como un guisante colocado en su centro, y los electrones se encontrarían en las gradas girando alrededor del campo.
El núcleo es 10.000 veces menor que el átomo.
Entre el núcleo y la corteza, hay espacio vacío, donde no hay absolutamente nada.
TALLER DE APLICACIÓN
1. ¿Cuáles eran los cuatro elementos en que creían los continuistas?
2. ¿Quiénes fueron los precursores de la Teoría Atomista?
3. ¿Qué diferencias existen entre la Teoría Atomista y la Teoría Continuista?
4. ¿A qué se deben los fenómenos eléctricos?
5. ¿Cómo se descubre el electrón?
6. ¿Cómo se descubre el protón?
7. ¿Qué carga tienen las partículas elementales?
8. ¿En qué consiste el Modelo de Thomson?
9. ¿En qué consiste el Modelo de Rutherford?
10. ¿Por qué el experimento de Rutherford hace cambiar el modelo del átomo?
11. Si el átomo tiene un radio de 10-10 m y el núcleo un radio de 10-14 m, ¿cuál es la relación entre sus tamaños?
12. Indica cuáles, de los siguientes, se consideraban elementos según Aristóteles:
a) Hierro, b) Agua, c) Arena, d) Tierra.
13. Indica la respuesta correcta: a) La teoría atomista se mantiene más de 2000 años,b) La teoría continuista se mantiene más de 2000 años.
14. Indicar la opción correcta: Según la teoría atomista, un trozo de hierro …
a) Se puede dividir indefinidamente.
b) Se puede dividir hasta llegar a los átomos.
c) No se puede dividir.
15. Selecciona la respuesta correcta: Los electrones son partículas: a) Sin carga,
b) Con carga negativa, c) Con carga positiva.
16. Indica las frases que son falsas:
a) Dalton predijo la existencia de electrones.
b) Los electrones son más grandes que los átomos.
c) Los electrones tienen carga negativa.
17. Indica las frases verdaderas:
a) Goldstein descubre el electrón.
b) Dalton descubre el protón.
c) Thomson descubre el electrón.
18. Indica la opción correcta: Si el Modelo de Thomson hubiese sido válido …
a) Las partículas alfa, positivas, se habrían desviado mucho.
b) Las partículas alfa, positivas, habrían rebotado.
c) Las partículas alfa, positivas, no se habrían desviado apenas.
d) Poco denso.
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