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TEMAS 3 Y 4

Física y Química 1º ESO:

VIAJE AL INTERIOR

DE LA MATERIA

( I y II) “Desgraciados los

hombres que tienen todas

las ideas claras”

– Louis Pasteur

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Todas las sustancias que encontramos a "Los grandes espíritus siempre han tenido

1

nuestro alrededor, como el agua, el aire, las rocas e incluso tú, están hechas de ma-

teria. Existen millones de tipos distintos de materia en la naturaleza, pero todos están formados con solo 92 elementos quími- cos. A su vez, los elementos químicos es-

tán compuestos por unas pequeñas partí- culas llamadas átomos. ¿Sabes qué es un átomo? ¿Los átomos son indivisibles o es-

tán formados por partículas aún más pe- queñas? ¿Se pueden enlazar unos átomos con otros?

que luchar contra la oposición feroz de mentes mediocres"

1.- Los átomos: pequeñas partículas de materia. 2.- Los elementos químicos.

3.- Las moléculas: agrupación de átomos.

4.- Las fórmulas químicas: un código de símbolos y números. 5.- Las moléculas del aire, del agua, de la

Tierra y de los seres vivos.

3

1.- LOS ÁTOMOS: pequeñas partículas de materia.

Mira detenidamente lo que te rodea: el ordenador, los libros, los muebles de tu habitación

o las distantes estrellas. Todo lo que ves está formado por materia. Pero, ¿de qué está he-

cha la materia? Tal vez conozcas la respuesta.

La materia está constituida por unas pequeñas partículas denominadas átomos.

Y, ¿cómo son de pequeños los átomos? Pues más de lo que te puedes figurar. En un milí-

metro caben millones de átomos alineados. Para hacerte una idea de la asombrosa peque-

ñez de los átomos, vamos a hacer un viaje imaginario a través del Universo reduciendo

paulatinamente nuestra escala de observación.

4

1.1. Estructura de los átomos: un interior asombroso

Imagínate que empiezas a encogerte hasta alcanzar

el tamaño de un átomo y que te aden- tras en su

interior. ¿Sabes lo que verías?

Descubrirías que en el átomo hay dos zonas

diferentes: la corteza, en la que se mueven los

electrones, y el núcleo, que aunque es 10 000

veces menor que el átomo, contiene ca- si toda la

masa. En él se agrupan los protones y los neutrones.

Un átomo está formado por otras partículas

aún más pequeñas, las partículas suba- tómicas,

llamadas protones, neutrones y electrones.

Los átomos se diferencian unos de otros por el nú-

mero de protones que tienen en el núcleo.

Partícula subatómica

Carga eléctrica

Masa (u)

Protón

+

1

Neutrón

0

1

Electrón

-

0

Carga eléctrica y masa de las partículas subatómi-

cas. Se usa como unidad de masa atómica (u) la

masa de un átomo de hidrógeno, a la que se le da

el valor de la unidad.

ACTIVIDADES

Galería 1.1 Átomos

1. ¿Qué es un átomo? ¿Cuántas zonas se distinguen en un átomo?

2. ¿Cuáles son las partículas subatómicas que forman los átomos? Descríbelas.

5

2.- LOS ELEMENTOS QUÍMICOS

De la misma manera que no todas las personas somos iguales, los átomos tampoco son

iguales. Existen diferentes clases de átomos y cada una de ellas corresponde a un deter-

minado elemento químico.

Cada elemento químico representa a todos los átomos de una misma clase que tie-

nen idéntico número de protones en su núcleo.

2.1. El Sistema Periódico: ordenando elementos

En la actualidad se conocen algo más de 118 elementos químicos, de los cuales 92 son

naturales y el resto se han obtenido artificialmente en el laboratorio. Cada uno de ellos se

identifica mediante un nombre y un símbolo.

6

Los elementos químicos están ordenados en el Sistema Periódico. Esta distribución

se realiza en orden creciente de su número atómico.

El Sistema Periódico de los elementos está organizado en 7 filas horizontales, llamadas pe-

ríodos, y en 18 columnas verticales, llamadas grupos o familias. Los elementos del mismo

grupo tienen propiedades parecidas.

El Sistema Periódico de los elementos es una tabla en la que cada elemento químico ocu-

pa una casilla. En la parte izquierda se colocan los elementos con propiedades metálicas

(zona amarilla). En la parte derecha de la tabla (zona azul) se agrupan los elementos no me-

tálicos; y en el límite entre los metales y no metales (zona verde) se encuentran los elemen-

tos semimetálicos.

7

Número atómico. Número de protones que tiene cada átomo de un deter-

minado elemento. Coincide con el número de electrones y con el orden del

elemento en el Sistema Periódico.

Símbolo químico. Representa el elemento correspondiente. El símbolo

puede ser la letra inicial del nombre del elemento o, si hay más de un elemento con

la misma inicial, puede llevar una segunda letra tomada del nombre. La primera letra

se escribe en mayúscula y la segunda en minúscula.

Nombre del elemento. Deriva, generalmente, del nombre originario en latín. Cuando se

nombra en latín, su símbolo químico no se corresponde con las letras del nombre del ele-

mento.

Nombre del elemento

Nombre en latín

Símbolo

Sodio

Natrium

Na

Hierro

Ferrum

Fe

Oro

Aurum

Au

Plomo

Plumbum

Pb

Algunos nombres hacen referencia a científicos o países. Otros tienen origen mitológico.

Nombre del elemento

Símbolo

Referencia

Einstenio

Ei

Albert Einstein

Francio

Fr

Francia

Helio

He

Helio, dios Sol

Paladio

Pd

Palas, diosa de la sabiduría

PIENSA…

Del laboratorio del profesor Xela se ha recibido un e-mail en el que, entre otras descripcio-

nes, se puede leer:

8

¿De qué elemento químico se trata? ¿Cuál es su

número atómico? ¿Qué casilla del Sistema Perió-

dico ocupa? ¿A qué período y a qué grupo perte-

nece?

Galería 1.2 Elementos químicos

ACTIVIDADES

3 ¿Qué es un elemento químico? ¿Cómo se ordenan

y clasifican? ¿Con qué criterio?

4 Escribe el nombre de los elementos cuyos símbo-

los son: Ca, Fe, K, Hg, Au, Cl, Ni, Ag, Kr.

CONCEPTO DE Nº ATÓMICO Y DE Nº MÁSICO

Los átomos son partículas eléctri-

camente neutras, es decir, tienen

el mismo número de protones

que de electrones. A dicho núme-

ro se le denomina número atómico y nos indica también el orden que caracteriza al ele-

mento químico en el sistema periódico; se representa por la letra Z.

El número másico es el número de nucleones del átomo (protones + neutrones); se

representa por la letra A. Se deduce de ambas definiciones, que:

A = 20

A-Z = n° neutrones

20-17 = 3 neutrones tendrá el primer isótopo 22-17 = 5 neutrones tendrá el segundo isótopo.

Z = protones = electrones = n°orden en la tabla

A = protones + neutrones

A-Z = n°de neutrones

El número de electrones, protones y neutrones es diferente para cada tipo de átomo. El elemento se puede representar de la siguiente forma:

Donde X es el símbolo del elemento, A su n° másico y Z su n° atómico.

Ejemplo:

El elemento sería nitrógeno. Su n° másico (A)=14 y su n° atómico (Z)=7

El nitrógeno tendrá según el ejemplo:

7 protones en el núcleo

7 electrones en la corteza

y ocupará el lugar n° 7 en la tabla periódica. A-Z = 14-7 = 7 n° de neutrones

MASA DE LOS ÁTOMOS:

La masa del electrón es tan pequeña que se desprecia a la hora de calcular la masa de los átomos.

MASA = PROTONES + ELECTRONES

Para calcular la masa del electrón escribe 31 ceros seguidos y, a continuación el nú- mero 91. Pon una coma detrás del primer cero (Kg.).

ISÓTOPOS

Son átomos de un mismo elemento que tienen distinto número másico. Por tanto,

tienen el mismo Z (mismo número de protones) pero distinto número de neutrones.

Ej.: El cloro (Cl) representado en la tabla corresponde a la suma de sus dos isótopos:

Los cuales tienen el mismo Z (17) y distinto número másico A (20 y 22). Ambos se

diferencian por lo tanto en el número de neutrones.

9

IONES

El núcleo de un átomo es muy estable, siendo muy difícil alterar su estructura. Los

electrones tienen carga negativa y los protones carga positiva. Sabemos que dos car-

gas de distinto signo se atraen, ¿a qué se debe que estén separados los electrones de la

corteza y los protones del núcleo? Esto es debido a que la fuerza de atracción se equilibra

con la fuerza centrífuga X de los electrones.

Si le damos energía a un electrón este se puede escapar de su átomo y si hay otro

átomo cerca pueden quedar girando en él formando parte de su corteza. En ambos áto-

mos hay un desajuste de cargas; ambos átomos han quedado cargados eléctricamente

denominándoseles iones:

- Al primero que ha perdido electrones se le llama ion positivo o catión.

- Al segundo que ha ganado electrones se le llama ion negativo o anión.

3.- LAS MOLÉCULAS: agrupación de átomos

Si pudieras dividir un grano de arena en trocitos cada vez más pequeños, llegarías a un

«trozo» mínimo que no podrías dividir más sin perder las propiedades de la sustancia are-

na. Esta parte de materia más pequeña que encontrarías se llama molécula. Si divides es-

ta molécula obtendrías átomos de silicio y de oxígeno por separado, cuyas propiedades

son diferentes a las de la arena.

La molécula es la parte de materia más pequeña que sigue teniendo la misma natura-

leza que la sustancia a la que pertenece.

Las moléculas pueden estar formadas por:

> Una sola clase de átomos. Por ejemplo, la molécula de cloro está formada por átomos

del mismo elemento.

> Más de una clase de átomos combinados entre sí. Por ejemplo, la molécula de amonía-

co está formada por átomos de hidrógeno y de nitrógeno.

Algunas sustancias no forman moléculas de un número fijo de átomos, sino que tienen

sus átomos empaquetados en grandes estructuras ordenadas llamadas redes cristalinas.

Este es el caso de los metales, como el hierro, y de las sales, como el cloruro de potasio.

13

Existe un tipo reducido de sustancias, como los gases nobles (aparecen en el grupo 18

del Sistema Periódico de los elementos), en las que los átomos se encuentran libres, no

se asocian entre sí ni con otros átomos, y no forman ni moléculas ni redes cris- talinas.

Estas sustancias reciben el nombre de sustancias atómicas.Los átomos se organizan de

distintas formas, lo que origina que exista tal cantidad de sus- tancias diferentes.

3.1. Enlaces químicos: los átomos se unen entre sí

Si observas con detenimiento los dibujos de la página anterior, te darás cuenta de que al-

gunas de las sustancias puras representadas contienen átomos de una sola clase (cloro,

hierro y helio): son sustancias puras simples; mientras que en otras existen átomos de

distintos elementos químicos (amoníaco y cloruro de potasio): son sustancias puras com-

puestas (como ya vimos en el tema anterior).

En la mayoría de estas sustancias, los átomos no se encuentran solos, sino que están en-

lazados entre sí, es decir, unidos con otros formando moléculas o redes cristalinas.

Un enlace químico es la unión de dos o más átomos para formar una molécula o

una red cristalina. Los átomos se enlazan de diferentes formas utilizando sus electrones.

Estos electrones pueden compartirse o transferirse.

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Si al formarse un enlace, se produce una transferencia de electrones entre los átomos, es-

tos dejan de ser neutros. Cuando un átomo pierde o gana algún electrón se convierte en

un átomo con carga al que se denomina ion.

(A) El enlace del cloruro de sodio (sal común) es un ejemplo de enlace iónico. Para formar

este compuesto se combinan sodio y cloro, perdiendo el primero un electrón que es captu- rado por el segundo. Los átomos de sodio y de cloro pasan a ser iones y entre ellos se for- ma un enlace iónico.

(B) Enlace covalente: en el compuesto amoníaco (NH3), el nitrógeno comparte sus electro-

nes con tres átomos de hidrógeno.

ACTIVIDADES

5. Define los siguientes conceptos: molécula, red cristalina y sustancia atómica.

6. ¿Qué es un enlace químico? ¿Qué tipos de enlaces puede haber entre los átomos?

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Sustancia

Fórmula

Ácido Clorhídrico

HCl

Ácido Sulfúrico

H2SO4

Agua

H2O

Amoniaco

NH3

Butano

C4H10

Cloro

CL2

Cloruro de sodio

NACL

Dióxido de carbono

CO2

Dióxido de silicio

SIO2

Glucosa

C6H12O6

Metano

CH4

Oxígeno

O2

Ozono

O3

4.- LAS FÓRMULAS QUÍMICAS: un código de símbolos y números

Para representar de forma abreviada las sustancias

que están formadas por moléculas, los químicos utili-

zan un lenguaje universal: las fórmulas químicas.

Una fórmula química es la representación abre-

viada de la composición de una sustancia.

Una fórmula consta de símbolos y subíndices. Para

indicar la clase de átomos que forman una molécula

de una sustancia se utiliza el símbolo del elemento

correspondiente y para indicar el número de átomos

presentes de ese elemento se le coloca un subíndice.

Cuando un símbolo aparece sin subíndice, significa

que hay un solo átomo de ese elemento.

Pero, ¿qué información nos ofrece esta fórmula?

La fórmula CH4 representa una molécula de la sustancia llamada metano. Está compuesta

por dos elementos químicos: el carbono y el hidrógeno. El número de átomos por molécu-

la es de 1 átomo de carbono unido a 4 átomos de hidrógeno.

Cuando las sustancias no forman moléculas, sino redes cristalinas, la fórmula no indica

el número de átomos por molécula sino la proporción en la que se encuentran los átomos

de cada elemento.

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4.1. Cada sustancia, una fórmula

Cualquier sustancia se puede representar median-

te una fórmula química.

Moléculas y fórmulas químicas de dióxido de car-

bono, ácido sulfúrico y alcohol etílico. Red cristali-

na y fórmula del carbonato de calcio.

5.- LAS MOLÉCULAS DEL AIRE, DEL AGUA,

DE LA TIERRA Y DE LOS SERES VIVOS

Galería 1.4 Moléculas

Galería 1.3 Moléculas

ACTIVIDADES

7. ¿Qué es una fórmula química? ¿De qué

cons- ta? ¿Qué información nos ofrece?

8. ¿Qué compuestos representan las

siguientes fórmulas: H20, O2, N2, SiO2, C6H12O6,

NaCl?

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Resume y ordena tus ideas

• La materia está constituida por unas pequeñas partículas llamadas átomos. En un

átomo se diferencian dos zonas: el núcleo y la corteza. En el núcleo se encuentran los

protones, que tienen carga eléctrica positiva, y los neutrones, que no tienen carga. En la

corteza se encuentran los electrones, diminutas partículas con carga eléctrica negativa.

• Cada elemento químico representa a todos los átomos de una misma clase que tie-

nen idéntico número atómico, es decir, el mismo número de protones en su núcleo.

• El Sistema Periódico clasifica los elementos agrupándolos según la semejanza de

sus propiedades y en orden creciente de su número atómico.

• La molécula es la parte de materia más pequeña que sigue teniendo la misma natura-

leza que la sustancia a la que pertenece. Puede estar formada por una sola clase de áto-

mos o por más de una clase de átomos combinados entre sí. Algunas sustancias tienen

sus átomos empaquetados en grandes estructuras ordenadas llamadas redes cristalinas.

• Un enlace químico es la unión de dos o más átomos para formar una molécula o red

cristalina. Los átomos se enlazan de diferentes formas utilizando sus electrones. Estos

electrones pueden transferirse, y se forma un enlace iónico, o compartirse y se origina un

enlace covalente.

• Las fórmulas químicas representan una sustancia y expresan su composición. Para

indicar la clase de átomos que forman una molécula de una sustancia se utiliza el símbolo

del elemento correspondiente, y para indicar el número de átomos presentes de ese ele-

mento se le coloca un subíndice.

• El aire es una mezcla formada en un 99% de nitrógeno y oxígeno. La molécula del

agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Los elementos más

abundantes en la Tierra son, entre otros: hierro, oxígeno, magnesio, y silicio; y en los se-

res vivos: oxígeno, carbono, hidrógeno y nitrógeno.

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Observa y experimenta

Modelos moleculares

¿Cómo puedes representar la estructura tridimensional de las moléculas?

Las moléculas, como todos los objetos materiales, tienen una forma y un tamaño, es de-

cir, son tridimensionales. Los modelos moleculares nos permiten visualizar la forma tridi-

mensional de las moléculas, acercándonos más a las estructuras reales de las mismas

que las representaciones escritas de las fórmulas o los dibujos.

Material necesario

> Plastilina de varios colores (blanca, negra, roja y azul claro).

> Palillos de forma redondeada.

¿SABIAS QUE…?

El angstrom (Å) es una unidad de longitud que se utiliza para expresar distancias atómi-

cas y moleculares: 1 Å=0’0000000001m=10-10m

Procedimiento

1. El primer paso es reproducir los átomos que forman las moléculas que vas a construir.

Para ello, debes hacer bolitas de plastilina de distintos diámetros. Como los átomos que

constituyen la materia tienen diferentes tamaños, conviene reproducirlos a escala según

se indica en la siguiente tabla:

Elemento

Diámetro del átomo

Diámetro de la bolita

Color de la bolita

Carbono

1’54

4

Violeta

Hidrógeno

0’74

2

Blanco

Oxígeno

1’32

4

Rojo

Nitrógeno

1’40

4

Azul claro

18

2. Para construir los modelos de las moléculas, une

las bolitas, que representan los átomos, con los pali-

llos redondeados, que representan los enlaces que

se establecen entre dichos átomos. Coloca los áto-

mos tal y como los ves en la figura.

Conclusión

La utilización de plastilina y palillos te ha permitido

representar la estructura tridimensional de las molé-

culas.

PREGUNTA

Galería 1.5 Modelos de moléculas

Después de construir los modelos moleculares, responde al siguiente cuestionario:

a) ¿Cuáles de los modelos corresponden a sustancias simples? ¿Y a compuestos?

b) Escribe lo fórmula, el nombre y el número de los átomos presentes en la molécula de ca-

da sustancia representada.

Aplica lo aprendido

Repasa tus conocimientos

1.- Relaciona cada partícula subatómica numerada en la primera serie con sus característi-

cas enunciadas en la segunda:

A: 1) Protón. 2) Neutrón. 3) Electrón.

B: a) Tiene carga eléctrica negativa. b) No tiene carga. e) Apenas tiene masa. d) Se encuen-

tra en continuo movimiento alrededor del núcleo. e) Se encuentra en el núcleo con los pro-

tones. f) Tiene carga eléctrica positiva.

2.- El titanio es un elemento químico que pertenece al grupo 4 del Sistema Periódico.

a) ¿Sabrías decir cuántos protones tiene en su núcleo?

b) ¿Y cuántos electrones en su corteza?

e) ¿Cuál es su símbolo químico?

c) ¿Es un elemento sólido, líquido o gaseoso?

d) ¿Se trata de un metal, un semimetal o de un no metal?

e) ¿Es natural o es un elemento preparado artificialmente?

f) Investiga la procedencia de su nombre.

3.- El número atómico de un elemento químico es el 79.

a) ¿De qué elemento se trata?

b) ¿A qué grupo del Sistema Periódico pertenece?

c) ¿Qué otros elemento químicos conforman este grupo?

d) Escribe el símbolo químico de todos estos elementos.

4.- El siguiente dibujo representa un enlace

químico:

a) ¿Sabrías decir de qué tipo se trata?

b) ¿Cómo se origina este enlace?

c) Pon un ejemplo de un compuesto quími-

co en el que aparezca.

5.- ¿Qué representa cada parte señalada

en esta fórmula que corresponde al óxido de aluminio?

6.- Cuáles de las siguientes moléculas son las más abundantes en el aire, en la Tierra y en

los seres vivos: NaCl, O2, C6H12O6, N2, SiO2, ADN.

19

7.- A continuación se han representado varias sus-

tancias mediante sus fórmulas químicas.

a) Indica a qué sustancia corresponde cada fórmu-

la.

b) ¿Qué elementos componen cada una de ellas?

c) ¿Cuál es el número o proporción de átomos de

cada elemento por molécula?

8.- Estos dibujos representan a tres átomos diferen-

tes.

a) ¿Cuál es el nombre de cada uno de ellos?

b) ¿Cuántos protones contiene cada uno en su nú-

cleo?

c) ¿Cuántos electrones poseen en la corteza?

9.- Escribe los símbolos de los elementos químicos y explica por qué se representan con

esas letras.

a) Sodio. b) Helio.

c) Einstenio.

d) Oro.

e) Paladio.

f) Francio.

20

Resuelve el problema

10.- Copia en la siguiente tabla que representa el Sistema Periódico de los elementos

que están en azul.

a) Completa las casillas sombreadas con los símbolos correspondientes. b) ¿Cómo se llaman las filas horizontales? c) ¿Cómo se denomina cada columna?

d) ¿Sabes qué grupos has completado?

e) Teniendo en cuenta solamente los grupos principales:

e.1) Escribe el nombre de los elementos con propiedades metálicas. ¿Dónde se si- túan? e.2) Escribe el nombre de los elementos no metálicos. ¿Dónde se agrupan?

e.3) Escribe el nombre de los elementos semimetálicos. ¿Dónde se sitúan?

11.- La unidad de masa atómica (u) es tan pequeña que son necesarios seiscientos mil tri-

llones de dichas unidades para conseguir una masa de un gramo: 1g=6.1023u

La masa de un neutrón equivale a 1u, ¿sabrías expresar en gramos la masa de dicho neu-

trón?

21

12.- ¿Cuántos átomos de hidrógeno, de azufre y de oxígeno hay

en mil moléculas de ácido sulfúrico (H2SO4)?

13.- ¿Cuál es la fórmula de una sustancia que forma redes cristalinas si hay tres átomos

de bromo por cada átomo de hierro?

14.- Haz un dibujo que represente la estructura de un átomo.

a) Señala las diferentes partes del átomo.

b) Indica los nombres de las partículas subatómicas

representadas, teniendo en cuenta que su signo es el

de la carga eléctrica que poseen.

c) ¿Qué zona del átomo acumula la mayor parte de la

masa del mismo?

d) ¿De qué signo es la carga del núcleo?¿Y la de la corteza?

e) Teniendo en cuenta las respuestas del apartado d), ¿por qué un átomo en conjunto es

neutro?

22

Es de tu competencia

La comunicación lingüística

La teoría atómica

Demócrito de Abdera, filósofo griego que vivió en el siglo IV a.c. fue el primero en propo-

ner que si se dividía la materia en trozos cada vez menores, debía llegarse a una porción

que ya no podría dividirse más. A esa porción indivisible de la materia la llamó átomo, que

en griego significa «indivisible». Sin embargo, las ideas de Demócrito no fueron acepta-

das. La influencia de otro gran pensador griego, Aristóteles, hizo que prevaleciera su teo-

ría de los cuatro elementos, según la cual toda la materia estaba constituida por cantida-

des variables de tierra, agua, aire y fuego. El pre- dominio de uno u otro de estos elemen-

tos hacía que la materia fuera más o menos fría, seca, húmeda o caliente.

En el mundo cristiano, la teoría de Aristóteles fue adoptada por los alquimistas que desa-

rrollaron su actividad durante toda la Edad Media. Los alquimistas, precursores de los

científicos, emprendieron la búsqueda de la piedra filosofal que les permitiría transformar

cualquier metal en oro. Aunque no la encontraron, nos legaron técnicas aprendidas de los

árabes y los egipcios, como la destilación en alambiques o el «baño María».

Tuvieron que pasar veinte siglos para que un químico inglés llamado John Dalton retomara

las ideas de Demócrito y publicase, en 1808, la primera teoría atómica moderna. En ella

se afirma que la materia no es continua, sino que está formada por partículas indivisibles,

llamadas átomos, entre los cuales no hay nada (está el vacío). Los átomos se pueden unir

para crear combinaciones de átomos que forman los compuestos químicos.

Amplía tu vocabulario

Busca en el diccionario o en alguna enciclopedia el significado de los siguientes términos

que aparecen en el texto:

> Destilación.

> Alquimista.

> Alambique.

23

Extrae las ideas principales

Resume el contenido de la lectura en un párrafo de no más de diez líneas.

Ayúdate de un pequeño esquema para anotar las ideas principales.

Comprueba tu comprensión lectora

> ¿Qué nombre le dio Demócrito a la porción indivisible

de materia?

> Según Aristóteles, ¿de qué estaba constituida toda la

materia?

> ¿Qué técnicas nos han legado los alquimistas de la

Edad Media?

> ¿Quién retornó las ideas de Demócrito y publicó en el

siglo XIX la primera teoría atómica moderna? ¿Qué afirma

en ella?

Expresa tu opinión

> ¿Por qué la teoría de Demócrito, aun siendo filosófica y sin base experimental, fue tan

importante en el desarrollo de la moderna teoría atómica?

Es de tu competencia

El tratamiento digital de la información

La energía nuclear

Cuando el núcleo de algunos elementos químicos, como

el uranio, se divide en dos, se libera una gran cantidad de

energía, llamada energía nuclear de fisión. Si esta energía

se desprende de golpe, provoca una terrible explosión.

Así es como funcionan las bombas nucleares. Pero cuan-

do se desprende poco a poco, se emplea en las centrales

nucleares para producir electricidad.

24

Investiga

Con ayuda de internet y de las fuentes bibliográficas a tu alcance, debes recopilar informa-

ción sobre el tema propuesto. Para ello te servirán las cuestiones:

> ¿Qué es la energía nuclear?

> ¿Qué sistemas utilizan las personas para obtener este tipo de energía?

> ¿Cómo funciona una central nuclear? > ¿Cómo se transforma la energía nuclear en energía eléctrica?

> ¿Dónde están situadas las unidades nucleares en funcionamiento actualmente en nues- tro país?

Utiliza la guía de búsqueda

Localiza la información en internet a través de los buscadores introduciendo los términos

adecuados. Prueba, por ejemplo, con los que te indicamos:

> Energía nuclear.

> Central nuclear.

> Energía eléctrica.

Organiza la información

Recoge la información en una ficha en la que aparezcan:

> La respuesta a las cuestiones investigadas.

> Los sitios web, libros, prensa, etc., consultados. No olvides anotar las fechas de actuali- zación o publicación y los autores, si se conocen.

Elabora un trabajo

Basándote en la información anterior, realiza un trabajo, individual o en grupo, de acuerdo

con las indicaciones de tu profesor o profesora, utilizando un procesador de textos. Este

trabajo debe incluir:

> Un índice.

> Un párrafo de unas diez líneas presentando el tema.

> La respuesta a las cuestiones anteriores redactadas con brevedad.

> Tu valoración personal y las fuentes de información que has utilizado.

25

Prepara una puesta en común

¿Cómo se puede conseguir una fuente segura de energía?

Para proteger a los trabajadores, la población y el medio ambiente de los efectos perjudi-

ciales de las radiaciones se establecen medidas de prevención y corrección frente a emer-

gencias radiológicas. De esta forma, se consigue que las instalaciones nucleares sean ma-

nejadas por los profesionales de manera segura. Estas son algunas actuaciones:

> Recubrir de hormigón muy grueso el reactor donde se dividen los núcleos de uranio,

que se utilizan como combustible, para impedir el escape de radiación nuclear.

> Controlar la reacción en cadena para proveer una fuente de energía estable.

> Acondicionar los residuos generados para su posterior almacenamiento.

1. ¿Dónde está el impostor?

En cada grupo de palabras, una de ellas no tiene na-

da que ver con las demás.

Explica cuál es la causa por la que no se pueden in-

cluir en el grupo.

2. ¡No caigas en la trampa!

¿Sabrías decir si lo que expresan las siguientes frases es verdadero o falso?

1) Un neutrón tiene la misma carga eléctrica que un electrón, pero signo contrario.

2) Las fórmulas químicas constan de símbolos y subíndices.

3) En las sustancias atómicas, los átomos se asocian entre sí o con otros átomos forman-

do moléculas y redes cristalinas.

26

4) Los elementos que pertenecen al mismo grupo del Sistema Periódico tienen propieda-

des parecidas.

5) El oxígeno es el elemento más abundante en el Universo.

3. ¿Qué falta?

¿Qué representa este dibujo? ¿Crees que podrás encontrar los ele-

mentos que le faltan? Indica su nombre y sus características.

4. ¿Lo reconoces?

Este es el detalle ampliado de un dibujo. ¿Sabes de qué se trata?

¿Qué nombre recibe? ¿Cómo se forma?

27

Ciencia Viva: El Átomo

Los filósofos griegos discutieron mucho sobre la

naturaleza de la materia y concluyeron que el mundo

era más sencillo de lo que parecía.

En el siglo V a.C., Leucipo pensaba que sólo ha-

bía un tipo de materia. Sostenía, además, que si divi-

díamos la materia en partes cada vez más pequeñas,

acabaríamos encontrando una porción que no se po-

dría 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”.

Empédocles estableció que la materia estaba formada por 4 elementos: tierra, agua,

aire y fuego.

Aristóteles negó la existencia de los átomos de Demócrito y reconoció la teoría de los

4 elementos, que, gracias al prestigio que tenía, se mantuvo vigente en el pensamiento de

la humanidad durante 2000 años. Hoy sabemos que aquellos 4 elementos iniciales no for-

man parte de los 106 elementos químicos actuales.

TEORÍA ATÓMICA DE DALTON

En 1808, John Dalton publicó su teoría atómica, que retomaba las antiguas ideas de

Leucipo y Demócrito. Según la teoría de Dalton:

1) Los elementos están formados por partículas discretas, diminutas e indivisibles, lla-

madas átomos, que no se alteran en los cambios químicos.

28

J.

n

2) Los átomos de un mismo elemento son todos iguales entre sí en masa, tamaño y

en el resto de las propiedades físicas o químicas. Por el contrario, los átomos de elemen-

tos diferentes tienen distinta masa y propiedades.

3) Los compuestos se forman por la unión de átomos de los correspondientes ele-

mentos según una relación numérica sencilla y constante. Por ejemplo, el agua está forma-

da por 2 átomos del elemento hidrógeno y 1 átomo del elemento oxígeno.

Símbolos usados por Dalton para representar a los elementos

Al ser tan pequeña la masa de los electrones, el físico inglés

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 e

un pudin.

En esta escena se puede observar cómo sería un átomo con este modelo:

Este modelo del “pudin de pasas” de Thomson era bastante razonable y fue acepta-

do durante varios años, ya que explicaba varios fenómenos, por ejemplo los rayos catódi-

cos y los canales:

El Modelo de Rutherford establecía:

El átomo tiene un núcleo central en el que están concentradas la carga positiva y

prácticamente toda la masa.

29

30

La carga positiva de los protones es compensada con la carga negativa de los electro-

nes, que se hallan fuera del núcleo. El núcleo contiene, por tanto, protones en un número

igual al de electrones del átomo.

Los electrones giran a gran velocidad alrededor del núcleo y están separados de éste

por una gran distancia.

Rutherford supuso que el átomo estaba formado por un espacio fundamentalmente

vacío, ocupado por electrones que giran alrededor de un núcleo central muy denso y pe-

queño.

EVALUACIÓN

1.- ¿Conoces el concepto de átomo?

2.- ¿Sabrías distinguir las distintas partículas elementales que forman un átomo?

3.- ¿Conoces el concepto de isótopo? Defínelo y realiza un dibujo de isótopos de un ele-

mento, indicando las características de este en la tabla periódica.

4.- ¿Sabrías calcular todas las partículas elementales a partir del símbolo del átomo?

31

Actividades de ampliación

1.- Busca en la tabla periódica los elementos cuyos números atómicos son: 2, 7, 17, 47,

88.

2.- ¿Es posible dar las medidas de las masas atómicas en gramos? Razona tu respuesta.

¿Qué es una u.m.a.?

3.- ¿A qué partículas atómicas debe su masa el átomo?

4.- ¿Por qué se dice que la materia es eléctricamente neutra?

5.- Un átomo tiene 26 electrones en su corteza y 30 neutrones en su núcleo. a) ¿Cuántos

protones tiene y dónde están? b) ¿Cuál es su masa?

6.- Completa el siguiente cuadro:

Elemento

Símbolo

Nº Protones

Nº Neutrones

Nº Electrones

A

Z

Calcio

20

40

K

5

15

Cobre

23

30

7.- ¿Qué semejanzas y diferencias tienen dos isótopos de un mismo elemento?

8.- Invéntate los datos de dos átomos imaginarios A y B, que son isótopos de un mismo

elemento:

A

B

PROTONES

NEUTRONES

ELECTRONES

32

9.- ¿Qué es un ion? ¿Qué tipos de iones conoces? Defínelos. ¿Cuál será la carga iónica

de un ion de plomo que tiene 79 electrones? Z del Pb = 82

10.-Completa el siguiente cuadro

Element

o

Símbolo

Nº

Protones

Nº

Neutrone

s

Nº

Electrones

A

Z

Azufre

16

32

Cl

18

17

Oro

79

80

Pb

82

207

11.- Un átomo ha ganado tres electrones. ¿Cómo se llama por su carga eléctrica? ¿Cuál

es su carga? Si el átomo tiene 34 protones, ¿cuántos electrones le quedan?

12.- Indica el número de protones que hay en los núcleos de los siguientes átomos: Helio,

cobre, carbono, cinc.

13.- Dibuja dos átomos eléctricamente neutros y que sean isótopos

14.- Completa el siguiente cuadro:

Element

o

Símbolo

Nº

Protones

Nº

Neutrone

s

Nº

Electrones

A

Z

Ni

28

59

Flúor

10

9

Wolframio

184

74

Br

45

35

15.- Dibuja la casilla del calcio del sistema periódico indicando toda la información repre-

sentada.

33

16. De un átomo de oro sabemos su número atómico (79) y su masa atómica (197). a) Ha-

llar el nº de protones que contiene. b) Hallar el nº de electrones. c) Hallar el º de neutrones.

17.- Un átomo de yodo tiene 53 protones y 74 neutrones en su núcleo. ¿Cuál es su núme-

ro atómico? ¿Y su masa?

18.- Un átomo tiene 47 electrones y 61 neutrones. ¿Cuál es su masa? ¿De qué elemento

se trata?

19.- Un átomo tiene 26 electrones en su corteza y 30 neutrones en su núcleo. a) ¿Cuántos

protones tiene y dónde están? b) ¿Cuál es su masa?

PROBLEMA NIVEL ALTO: VIAJE AL INTERIOR DE LA MATERIA

1º) Pedro ha soñado que ha realizado un viaje en su nave especial de los sueños,

viendo cómo se unía un átomo de cloro y otro de sodio. Del átomo de sodio salió despedi-

do en electrón que casi choca con su nave, este electrón se lanzó sobre el átomo de clo-

ro. Ambos átomos se precipitaron uno sobre el otro, atraídos por una fuerza especial, y

quedaron unidos como un todo. Al despertarse Pedro le surgieron muchas dudas:

a) ¿Cuántos electrones tenía el átomo de cloro al principio? y ¿cuántos el de sodio?

b) ¿Con cuántos se quedó cada uno y que nombre reciben esos átomos cargados?

c) ¿A qué se debe la unión de ambos átomos?

d) ¿Cómo se llama esa unión?

e) Si hubiese más átomos de estos elementos ¿podría repetirse este fenómeno?

f) Los dos átomos tenían distinto tamaño pero ¿a qué se debe su diferencia?

¡Se podría haber quedado la nave sin combustible y tener otro sueño que no se le hu-

biese complicado tanto! Pero vamos a ayudarlo.