TEMAS:
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Ejercicios ión e isótopo.
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Fuerzas de la naturaleza
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Diferencia entre reacción química, nuclear, física
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Radiactividad
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Criterios de estabilidad
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Energía de unión nuclear.
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Defecto de masa
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Período de semidesintegración y vida media
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Transmutación nuclear.
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Diferencia entre fusión y fisión.
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Modelos atómicos.
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Diferencia entre orbita y orbital
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Configuración electrónica.
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Diamagnetismo paramagnetismo.
CITA REQUERIDA VER CUADRO DE IÓN E ISOTOPO.
ISÓTOPOS
Se denomina isótopo a los átomos de un mismo elemento, cuyos
núcleos tienen una cantidad diferente de neutrones y por lo tanto difieren
también en el número másico. Tienen igual cantidad de protones.
IONES
Son átomos cargados eléctricamente. Ganan o pierden
electrones. Los iones cargados negativamente son aquelos que ganaron un
electrón y reciben el nombre de anión. Los iones cargados positivamente son
aquellos que perdieron un electrón.
FUERZAS DE LA NATURALEZA
Las cuatro interacciones de la naturaleza son: la gravedad,
el electromagnetismo y las interacciones nuclear, fuerte y débil. Las fuerzas
gravitacionales son las fuerzas de atracción que actúan entre todos los objetos
en proporción a su masa. Entre los átomos las fuerzas gravitacionales son muy
pequeñas. Las fuerzas electromagnéticas son fuerzas de atracción entre objetos
magnéticos o con carga eléctrica. Dado que las cargas eléctricas iguales se
repelen, la repulsión eléctrica haría que los protones salieran despedidos si
una fuerza más fuerte y a corta distancia no los mantuviera unidos. Esta fuerza
se llama fuerza nuclear fuerte, y actúa entre partículas subatómicas como
sucede en el núcleo. La fuerza nuclear débil es de menor magnitud que la fuerza
eléctrica pero no que la gravedad. No es a corta distancia.
DIFERENCIA ENTRE TRANSFORMACIONES
QUIMICAS, FISICAS, NUCLEARES.
En las transformaciones físicas las sutancias que
intervienen no se modifican, son las mismas, cambia solamente su aspecto
físico, los elementos se conservan, los átomos de cada elementos son iguales
antes y después del cambio. La masa se conserva.
En las transformaciones químicas, las sustnacias iniciales
se modifican, se obtienen sutancias nuevas al final de la reacción. Los
elementos se conservan, la masa se conserfvan, el número de átomos es igual
antes y después de la reacción.
En las reacciones nucleares, las sustancias cambian, los
elementos cambian excepto en las emisiones gamma. El número de átomos de cada
elemento varía, la masa no se conserva.
RADIACTIVIDAD:
Se
entiende por radiactividad a la propiedad que tienen algunas sustancias de
emitir radiaciones en forma espontánea, producto de la desintegración de
núcleos atómicos inestables.
Existen
distintos tipos de radiación
Radiación natural: es la que existe en
la naturaleza sin intervención humana. Ejemplo: rayos cósmicos que provienen
del exterior de la tierra.
Radiación artificial: es aquella
producida por el hombre en diversas actividades (ejemplo: medicina).
Corresponde
a un 14% de la radiación que recibimos.
Radiación ionizante: Radiación que
tiene suficiente energía para quitar un electrón a una molécula, ionizándola.
Capaz de producir pares de iones al interactuar con la materia, con la
consecuencia de un cambio en la estructura física del material. Neutrones y
rayos γ
son los que cambian la estructura iónica. Las partículas α y β atacan afectan a
las zonas más sensibles. Una forma de registrar dichas radiaciones es con los
detectores de radiación, como por ejemplo el contador Geiger Muller.
Radiación no ionizante: es aquella que
no tiene suficiente energía para quitar un electrón a la molécula. No la
ioniza.
Efecto cero o
radiación de fondo: es la radiación mínima a la que estamos sometidos aún
sin presencia de material radiactivo especialmente colocado frente al contador.
Proviene de fuentes naturales o se debe a la huella de sustancias radiactivas.
Desintegración
radiactiva: Para poder estabilizarse los núcleos atómicos tienden a
desprender partículas radiactivas, que pueden ser de pura energía o con pedazos
del núcleo (masa); las clases más comunes de desintegración radiactiva son la
radiación alfa, beta, gamma y positrónica.
La radiación alfa
consiste en una corriente de emisión de núcleos de helio
, de corto alcance, podría ser frenada
con una hoja de papel, no penetra la piel, pero en caso de poder penetrar al
interior de nuestro cuerpo ya sea por heridas, cortes, etc., provoca daños
colaterales muy graves. La emisión alfa
disminuye el número atómico en dos y el número másico en 4.
La
radiación beta
consiste en una corriente de electrones
emitidos del núcleo inestable a altas velocidades Recorren mayor distancia y
son detenidas por una lámina fina de metal o por madera. Se generan cuando se
destruye un neutrón. Aumenta el número atómico en 1 y el número másico queda
igual.
La
radiación gamma es pura energía
(fotones), no cambia ni el número másico ni el
número atómico. Es capaz de atravesar muchos materiales como la piel, papel, la
detiene el hormigón y el plomo grueso. Recorren cientos de metros.
La
radiación positrónica e+ surge de la desintegración
de un protón, disminuye el número atómico en 1. El positrón tiene una vida muy
breve porque se aniquila cuando choca con un electrón y produce rayos gamma
Captura electrónica (k), se utiliza
la misma ecuación que la utilizada en la emisión positrónica. Es la captura por
parte del núcleo de un electrón que rodea al núcleo.
CITA REQUERIDA [VER EJERCICIOS 23.5, 23.6, 23.23]
CRITERIOS DE ESTABILIDAD
La
estabilidad de un núcleo en particular depende de diversos factores, y no hay una
regla única que permita predecir si un núcleo específico es radiactivo y cómo
se podría desintegrar. Cuanto más cantidad de isotopos tenga un elemento es más
estable. Se entiende como estabilidad al
equilibrio entre atracción y repulsión a corta distancia.
1-
Pariedad neutrón, protón, cuando tienen igual
cantidad de p+ y de neutrón. Preferentemente si es un número par.
protones = 20, neutrones
= 40-20= 20
2-
Número másico menor a 200 uma.
3-
Número atómico menor a 83.
4-
Relación n/p. Parámetro 1- 1,56. Para átomos estables el número
atómico se acerca a 1.
5-
Nº mágico 2, 8, 20, 50, 82, 126.
CITA REQUERIDA [VER EJERCICIOS 23.14, 23.15, 23.16]
Otro factor de estabilidad es el cinturón
de estabilidad.
Los núcleos más estables e encuentran en
una zona llamada cinturón o banda de estabilidad. La mayoría de los núcleos
radiactivos se encuentran fuera de este cinturón. Por arriba de este, los
núcleos tienen una relación nº/p+ mayor que la de los que están dentro del
cinturón. Para disminuir esta proporción y así trasladarse hasta el cinturón de
estabilidad estos núcleos emiten partículas beta. Abajo del cinturón de
estabilidad, los núcleos tienen una proporción menor que aquellos que están en
el cinturón. Para aumentar esta proporción, estos núcleos emiten un positrón o
capturan un electrón. Núcleos con números atómicos mayor o igual a 84 tienden
una emisión alfa y también emisión gamma.
ENERGÍA DE UNIÓN NUCLEAR
Es
otra medida de estabilidad de un radionucleido, es la energía de unión nuclear
que mantiene unido a dicho isótopo. Esta energía se representa con la
conversión de masa a energía que sucede durante una reacción nuclear
exotérmica.
A
la diferencia entre la masa de un átomo y la suma de las masas de sus protones
neutrones y electrones se le llama defecto
de masa. La masa faltante se puede explicar por la teoría de relatividad
que afirma que la perdid de masa se manifiesta como energía liberada en forma
de calor.
CITA REQUERIDA [VER EJERCICIOS DE UNIÓN NUCLEAR]
PERIODO DE DESINTEGRACIÓN- VIDA MEDIA
Muchos radioisótopos se desintegran
prácticamente en su totalidad en cuestión de segundos, o incluso menos y por
eso no se encuentran en la naturaleza. En cambio otros demoran tanto tiempo en
desintegrarse que a pesar de su inestabilidad se encuentran en la naturaleza.
El período de semidesintegración es el
tiempo relativo que demora en consumirse la mitad de una sustancia.
La vida media es el promedio de vida de
un núcleo o de una partícula subatómica libre antes de desintegrarse.
TRANSMUTACIÓN
En 1919 Rutherford realizó varios experimentos mediante los
cuales surgio que era posible producir radiactividad por medios artificiales.
Demostró que era posible transformar un elemento en otro mediante trasmutación
nuclear. Este proceso resulta de la colisión de dos partículas. Permite también transformar n núcleo estable
y convertirlo en uno radiactivo.
Conversión de un radionucleido en otro por bombardeo de
núcleos.
FUSIÓN Y FISIÓN DIFERENCIAS:
FISIÓN NUCLEAR: La
fisión nuclear es un proceso exotérmico que produce un cambio en la energía
nuclear. Se caracteriza por la división de núcleos pesados. Las centrales
nucleares dependen del proceso de fusión nuclear. Al finalizar se obtuvieron
dos núcleos y se liberan dos neutrones, que luego se fisionan y asi
sucesivamente.
FUSIÓN NUCLEAR: Combinaciónde
núcleos pequeños en otrs más grandes, mas estables, liberando energía durante
este proceso. Se llevan a cabo a temperaturas muy elevadas para romper las fuerzas
de repulsión entre los núcleos.
MODELOS ATÓMICOS:
DEMÓCRITO
En el siglo V a.C, el filósofo griego Demócrito expresó la idea de que toda la
materia estaba formada por muchas partículas pequeñas e indivisibles que llamó
átomos (que significa indestructible o indivisible). A pesar de que la idea de
Demócrito no fue aceptada por muchos de sus contemporáneos, ésta se mantuvo.
Las evidencias experimentales de algunas investigaciones científicas apoyaron
el concepto de la existencia de los átomos.
JOHN DALTON
En 1808, un científico inglés, el
profesor John Dalton, formuló una definición precisa de las unidades,
indivisibles con las que está formada la materia y que llamamos átomos. El
trabajo de Dalton marcó el principio de la era de la química moderna. Dalton
propone que los elementos están formados por partículas extremadamente pequeñas
llamadas átomos. Todos los átomos de un mismo elemento son idénticos, los
átomos de un elemento son diferentes a los átomos de un elemento son diferentes
a los átomos de los demás elementos. Una reacción química implica sólo la
separación, combinación o reordenamiento de los átomos nunca supone la creación
o destrucción de los mismos. Dalton no intentó describir la estructura o
composición de los átomos. Diminutas esferas indivisibles con masa y
propiedades diferentes para cada elemento.
El modelo fracasó al comprobar que el átomo era divisible, tenía
naturaleza eléctrica, descubrimiento de rayos catódicos.
J. TOMSON
El Físico Inglés J. J. Thomson utilizó un tubo de rayos catódicos y su
conocimiento dela teoría electromagnética para determinar la relación entre la
carga eléctrica y la masa de un electrón. Descubrió el electrón (1897).
Modelo de budín de pasas. Átomo como una esfera compacta. Haz de partículas
negativas y una esfera de electricidad positiva. El modelo no explicaba la
experiencia de dispersión de partículas alfa. La mayoría la atravesaban.
RUTHERFORD
En 1911 propone un modelo en el cual estable un átomo con un pequeño
núcleo con carga positiva (p+ y nº) Alrededor se encuentran los electrones, los
cuales poseen carga negativa. Rutherford tras concluir la experiencia de
dispersión de partículas alfa concluyó que el átomo era hueco, con gran espacio
vacío. Describe al átomo prácticamente hueco, espacios interatómicos, núcleo
central positivo, electrones girando en torno al núcleo, pudiendo caer hacia el
mismo. El modelo de Rutherford no explicaba la estabilidad del átomo. El
electrón en movimiento debe emitir y perder energía, con lo que acabaría
cayendo hacia el núcleo. Además no verifica el espectro. No explica el porqué
de la discontinuidad de los espectros atómicos. El átomo es inestable para
Rutherford.
BOHR Y
SOMMERFELD
Tomando como punto de partida el modelo anterior explicaron que los
electrones no caen al núcleo porque se encuentran en orbitas casi elípticas con
diferente energía.
Utiliza la cubanización de la energía de Max Planck.
Realizó un postulado para el átomo de hidrógeno. No explica los espectros
de átomos polielecrtronicos. El desdoblamiento de algunas líneas. Si el
electrón salta de una orbita de mayor energía a otra de energía menor, la
diferenencia de energía la emite en forma de radiación y si absorbe energía el
salto del electrón tiene sentido contrario.
SCHRÖDINGER Y
HEISEMBERG:
El modelo actual se basa en complejos cálculos matemáticos. Plantea a
los electronos como ondas y partículas (dualidad).
Números cuánticos. Energía se encuentra en pequeños paquetes llamados cuantos.
Existencia de una zona del espacio alrededor del núcleo donde la probabilidad
de encontrar un electrón es mayor. Se basó en el principio de incertidumbre de
Heidelberg.
Con base en la teoría
atómica de Dalton, un átomo se define como la unidad básica de un elemento que
puede intervenir en una combinación química. Dalton describió un átomo como una
partícula extremadamente pequeña e indivisible. Sin embargo, una serie de
investigaciones iniciadas alrededor de 1850, y que continuaron hasta el siglo
xx, demostraron claramente que los átomos tienen una estructura interna, es
decir, que están formados por partículas aún más pequeñas, llamadas partículas
subatómicas. Estas investigaciones condujeron al descubrimiento de tres
partículas: electrones, protones y neutrones
El átomo es la unidad de
materia más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus
propiedades, y que no es posible dividir mediante procesos químicos. Está
compuesto por un núcleo atómico, en el que se concentra casi toda su masa,
rodeado de una nube de electrones.
La periferia es la zona
del átomo donde se encuentran los electrones distribuidos en niveles de
energía. El nivel 1 es el más cercano al núcleo y es el de menor energía, el
nivel 2, 3 y sucesivamente están más lejos del núcleo y tienen mayor energía.
Un electrón no puede tener
cualquier energía sino valores definidos de energía cuantiada.
En física cuántica no se
conoce la posición exacta del electrón sino la máxima probabilidad de encontrar
el electrón en determinada zona del espacio a la cual es llama orbital.
La orbita describa la
posición exacta y la velocidad del electrón, mientras que el orbital es l zona
de mayor probabilidad de encontrar al electrón
La luz que vemos con nuestros ojos, la luz visible, es un
tipo de radiación electromagnética. La radiación electromagnética transporta
energía a través del espacio y por ello también se le conoce como energía
radiante. Hay muchos tipos de radiación
electromagnética además de la luz visible. Ondas, de radio, rayos x, radiación
infrarroja, etc. Todos los tipos de radiación electromagnéticas se mueven a
través del espacio. Todas tienen características ondulatorias, son
perturbaciones en el medio. La distancia entre crestas o valles consecutivos se
denomina longitud de onda. El número de longitudes de ondas completas, o
ciclos, que pasan por un punto dado en un segundo es la frecuencia de
onda. Si la longitud de onda es larga,
menos ciclos de la onda pasaran por un punto dado cada segundo, por lo tanto la
frecuencia será baja. Se denomina espectro electromagnético a la radiación
electromagnética que emite o absorbe una sustancia. Dicha radiación sirve para
identificar a la sustancia. El espectro electromagnético muestra los diversos
tipos de radiación electromagnéticas dispuestos en un orden de longitud de onda
creciente. Los espectros continuos son
aquellos que contienen toda la gama de olores y todas las longitudes de onda,
un ejemplo de esto es el arcoíris.
El espectro discontinuo es aquel en el que cada longitud de onda está
representada por una línea de color separada por regiones negras.
El espectro de absorción muestra la fracción de radiación electromagnética
absorbía por un material. Es lo opuesto al espectro de emisión.
Un espectro de emisión de un elemento es el conjunto de frecuencias de ondas
electromagnéticas emitidas por los átomos de ese elemento.
La frecuencia ser expresa en ciclos por segundo o Hertz o s-1
La radiación electromagnética no interacciona con la
materia, no necesitan un medio, son una
perturbación en el medio que transmiten energía. La velocidad de las ondas depende del tipo de
onda y del medio en el que viaja.
Espectro es el análisis de todas las radiaciones. Energía
electromagnética o radiante. Velocidad constante. Luz visible es una pequeña
parte, mayor longitud de onda menor
desviación, el espectro es la forma de representar las diferentes longitudes de
ondas. De banda es gas en forma
moléculas, de líneas gas puro, gas atómico.
NÚMEROS CUANTICOS:
Los números cuánticos permiten caracterizar los orbitales y
las características de los mismos. Son valores numéricos discretos que indican
las características de los electrones en los átomos, posibles valores en los
espectros.
El comportamiento de los electrones en un orbital queda determinado a partir de
una función de onda descripta en la teoría de Shoedinger cuyo resultado nos da
números cuánticos. Los tres primeros números cuánticos identifican al orbital.
El cuarto habla de un electrón en particular, fue introducido por Dirac y se
basa en el principio de exclusión de Pauli. (n,l,ml,s) conjunto de cuatro
números cuánticos.
Número principal n, se indica con valores enteros 1,2,3
hasta infinito. Se relaciona con el tamaño y la energía del orbital. Nivel de
energía. La energía de ese nivel queda determinado por la ecuación En= RH (1/n2).
Capa electrónica es el conjunto de todos los orbitales que tienen el mismo
valor de n. Al aumentar el orbital se hace más grande, y el electrón pasa más
tiempo lejos del núcleo. Un aumento en n también implica que el electrón tiene
mayor energía.
“l” es un número azimutual o secundario, subnivel o forma de
orbital. Valores desde 0 hasta n-1.
Forma del orbital, s esfera,
“ml” número cuántico magnético, orientación del orbital en
el espacio, valores –l, 0, l.
“s” spin, la rotación, identifica el sentido de giro del
electrón en un campo magnético, Toma valores 1/2 y -1/2. Ms representa hacia
donde gira.
CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA:
Los cuatro números cuánticos, n, l, ml, ms son suficientes
para identificar por completo un electrón en cualquier átomo. En cierto modo,
se considera al conjunto de los cuatro
números cuánticos las características del electrón del átomo.
La manera en que están distribuidos los electrones entre los
distintos orbitales atómicos
Regla de Hund
establece que los estados en cada subnivel de energía deben de ser llenados a
partir de una configuración de espines paralelos.
Para saber cuántos orbitales para cada subnivel (2l+1)
Para saber la cantidad de electrones por orbital, 2l+1*2
Principio de
exclusión de Pauli: no puede haber 2 electrones con lo cuatro números
cuánticos iguales. Pueden ser diamagnéticos, y paramagnéticos, paramagnéticos
son los que se ven afectados por el campo eléctrico, diamagnéticos, se anula el
campo magnético.
El principio de
Aufbau contiene una serie de instrucciones relacionadas a la
ubicación de electrones en los orbitales de un átomo Los orbitales se 'llenan'
respetando la regla de Hund, que dice que ningún orbital puede tener dos
orientaciones del giro del electrón sin antes de que los restantes números
cuánticos magnéticos de la misma subcapa tengan al menos uno. Se comienza con
el orbital de menor energía.
Primero debe llenarse el orbital 1s (hasta un máximo de
dos electrones), esto de acuerdo con el número cuántico l.
Seguido se llena el orbital 2s (también con dos
electrones como máximo).
