El potasio es necesario para la generación de impulsos nerviosos, la contracción muscular y la regulación de líquido extracelular. Se encuentra en los cereales integrales, legumbres, carnes, vegetales y frutas como el plátano y la naranja. Su exceso afecta la mente y la frecuencia cardiaca.
6. CLORO (Cl):
Interviene en la formación de jugos digestivos, jugo pancreático y de la bilis, el transporte de oxigeno y el anhídrido carbónico, la estabilidad de las proteínas, el impulso nervioso y en la contracción muscular. Además mantiene el equilibrio acido-base en las células. Se adquiere en la sal de cocina. Su exceso produce dolores de cabeza y afecta la frecuencia cardiaca.
7. AZUFRE (S):
Interviene en la formación de las proteínas, vitaminas y hormonas, secreción de la bilis, esencial en las células epiteliales. Se encuentra en el ajo, pescado, cebollas y yema de huevo.
MICROELEMENTOS
1. COBRE (Cu):
El cobre está presente en muchas enzimas y en proteínas. Una parte se almacena en el hígado y el bazo. El cobre es necesario para la síntesis de hemoglobina, proteína conjugada responsable del transporte de oxígeno en la sangre, e interviene en numerosas reacciones metabólicas. Está presente en alimentos como hígado, mariscos, legumbres, cereales integrales, carnes y frutos secos. Componente de los tejidos vivientes; necesario para el funcionamiento normal de las células. Componente de muchas enzimas, por ejemplo: la enzima necesaria para la síntesis de la melanina y la que contribuye a la formación de los vasos sanguíneos, tendones y huesos. Se encuentra en el pescado y frijol.
2. HIERRO (Fe):
El hierro es un componente de la hemoglobina, proteína en la que se localiza alrededor del 66% del hierro del organismo. El hierro se encuentra en alimentos como carnes, hígado, yema de huevo, legumbres, mariscos, cereales, espinacas y frutos secos. Este mineral no es absorbido con facilidad por el sistema digestivo. Su deficiencia produce anemia, afecta el crecimiento, afecta el sistema hormonal e inmunológico.
3. IODO (I):
El yodo es imprescindible para la síntesis de las hormonas de la glándula tiroides que regulan el índice metabólico. Las fuentes de yodo son la sal yodada, los vegetales que proceden de suelos ricos en yodo, las algas, los pescados de mar y los mariscos. Su deficiencia produce obesidad, arteriosclerosis y la capacidad mental. Su deficiencia en adultos, causa bocio (aumento, difuso o nodular, de la glándula tiroidea) e hipotiroidismo.Es constituyente de la tiroxina.
4. ZINC (Zn):
El cinc forma parte de un gran número de enzimas. Es necesario para el crecimiento y para la cicatrización de las heridas. Se encuentra en alimentos como pescados, carnes, mariscos, huevos, lácteos, frutos secos y cereales integrales. Su deficiencia afecta el sistema inmunológico, produce esterilidad, fatiga, problemas en la piel. Ayuda a regular la síntesis de algunas proteínas necesarias para el crecimiento y reparación de tejidos. Su deficiencia puede ocasionar trastornos de la memoria.
5. FLUOR (F):
El flúor es un componente de los huesos y los dientes. Los fluoruros, una clase de compuestos de flúor, son importantes para evitar la desmineralización de los huesos. El alimento que contiene más fluoruro es el pescado. Por otra parte, la fluorización del agua ha demostrado ser una medida efectiva para evitar el deterioro de la dentadura.
OLIGOELEMENTOS
1. SILICIO (Si):
Permite la asimilación de calcio, formación de células y nutrición de tejidos. Presente en el agua y vegetales.
2. NÍQUEL (Ni):
Funcionamiento del páncreas y se encuentra en las legumbres, cereales y espinacas.
3. CROMO (Cr):
Transporte de proteínas, mejora la diabetes, presente en la levadura de cerveza, cebolla, lechuga, aceites vegetales y grasas y papas.
4. LITIO (Li):
Regula el sistema nervioso central, presente en los vegetales, papas, crustáceos y pescados.
5. MOLIBDENO (Mo):
Prevenir la anemia y la caries, presente en el trigo, legumbres, cereales y vegetales verdes.
6. SELENIO (Se):
Desintoxicante del organismo, antioxidante que previene el envejecimiento de los tejidos y previene algunos tipos de cáncer. Alivia los malestares de la menopausia. Se encuentra en el trigo, cebollas, ajos, tomate, levadura de cerveza y brócoli.
ELEMENTOS PELIGROSOS
1. ALUMINIO (Al):
Interviene en procesos degenerativos del cerebro como el Alzheimer.
2. MERCURIO (Hg):
Produce trastornos gástricos, vómitos, déficit neurológico.
3. PLOMO (Pb):
Provoca saturnismo y daños renales.
FIGURA Nº 1
DIETA BALANCEADA
Pirámide de alimentos más saludables
La pirámide de alimentos más saludables es una guía visual útil para seguir una dieta equilibrada. En el ápice están los alimentos que deben consumirse en menos cantidad.
CUADRO Nº 1
Minerales
Tabla periódica del Dr. Gil Chaverri (1952)
Construye una tabla basada en la estructura electrónica y en orden ascendente del número atómico de los elementos. Se organiza en grupos, famlias y períodos.
ACTIVIDAD 2.
Pinte de color verde los no metales, de color amarillo los metales y de color rojo los metaloides en la tabla anterior.
Elementos químicos
Símbolo, número atómico y masa atómica de los elementos químicos.
*Se sugieren aprender nombre y símbolo
METALES PESADOS Y SEMIMETALES
Algunos ejemplos son: Talio, Bario, Cadmio, Plomo, Mercurio, Cromo, Cinc, Níquel, Cobre, Arsénico (entre otros).
Las fuentes de estos sustancias pueden ser natural o artificial.
Yacimientos de minerales (o anomalías geoquimicas como zonas de alteración hidrotermal) pueden mostrar contenidos elevados de metales pesadas y otros oligoelementos en el suelo y el agua. Por procesos naturales (meteorizacion) los elementos químicos nocivos pueden ser liberados al suelo y al agua – alcanzando a veces valores que sobrepasan todas las normas permisibles.
Aparte de esto, los metales pesadas tienen gran distribución y un amplio espectro de aplicaciones en industria y técnica. Los relaves que produce la minería contienen muchas veces (o sea, siempre) metales pesadas como plomo o mercurio.
TRABAJO DIRIGIDO 3
INDICACIONES: En grupos de 4 estudiantes responda en su cuaderno lo siguiente:
1. Establezca el concepto de elemento químico.
2. Describa tres criterios que se utilizan para dar nombre y simbolizar a los elementos químicos y justifique por que es importante hacerlo.
3. Construya un cuadro comparativo describiendo las características de los metales, no metales y metaloides. De 10 ejemplos de cada uno.
4. Elabore tres cuadros comparativos, uno sobre los macro elementos, otro sobre los micros elementos y uno sobre los oligoelementos destacando en cada uno; los principales elementos presentes, la importancia para el organismo y los alimentos donde se obtienen de la dieta.
5. Realice la practica A y B
PRACTICA TEMA III. ELEMENTOS QUIMICOS
PARTE A. COMPLETAR.
Seguidamente se presenta una práctica que le ayudará a memorizar los símbolos químicos de algunos elementos importantes. Escriba en el espacio el blanco el nombre ó el símbolo del elemento correspondiente.
1. Si el símbolo del elemento es una letra, se anota siempre mayúscula. El símbolo del hidrógeno es H y el símbolo del oxígeno es _________.
2. El símbolo del bromo está formado con las dos primeras letras de la palabra, por lo que el símbolo del bromo es__________
3. El nitrógeno _______ y el neón ________, son gases a temperatura ambiente.
4. El tercer elemento de la triada es el níquel, el ________, N y el ____________ Ne, son gases, el níquel ______ en cambio es un metal sólido.
5. Las dos primeras letras del nombre de los elementos magnesio y manganeso son iguales, por lo que sus símbolos se forman con la primera y tercera letra de su nombre, el símbolo del magnesio es _____ y el del manganeso _________.
6. El _______, H es más común que el ____________ He.
7. Dos metales importantes son el calcio y el cobalto. El símbolo del calcio es_______ y el del cobalto _______.
8. la fórmula de la piedra caliza es CaCO3 . La fórmula indica que está formada por tres elementos llamados: _____________, _______________ y ________________.
9. El _______, Cl es un gas y un no metal, el _____________, Cr es un sólido y un metal.
10. Como el símbolo Ca se había otorgado al _____, para el cadmio se eligió el símbolo __________.
11. El hierro _____ se puede proteger de la oxidación recubriéndolo con _________, Cd o con ___________, Cr
12. Algunas personas envuelven sus alimentos en papel de _____________, Al.
13. El Si ___________ es importante porque se utiliza en la fabricación de transistores.
14. El arsénico, _____ Silicio, ______ y azufre, _____ son no- metales.
15. Hay otros elementos no- metálicos cuyo símbolo es una sola mayúscula. El s símbolo del boro es ______, el del fósforo ____________, el del flúor es ______________, el del yodo __________ y el del oxígeno _________.
16. El latón es una aleación de ____________, Cu y _______________, Zn mientras que el bronce es una aleación entre el cobre, _____ y el estaño, ______.
17. Debe distinguirse entre Ag que es el s símbolo de la ________ y el mercurio con símbolo _______.
18. Las obturaciones dentales pueden tener entre otros metales, _________ Au, o ____________, Ag.
19. Los compuestos del ______________, Ba se utilizan para hacer visible el tracto digestivo a los rayos x.
20. Los cubiertos pueden hacerse de Ag, _______ casi pura o buen con un baño de plata, _______.
21. El mercurio es un metal líquido, su nombre deriva de la palabra “hydragyrum”, el símbolo es ________.
22. Hay elementos importantes que comienzan con B, como por ejemplo. El bromo, ______ el bismuto ______ y el bario ______.
23. La mayoría de los fertilizantes contienen fósforo _____ elemento indispensable para la vida de las plantas.
PARTE B. SELECCIÓN.
1. Lea la siguiente información.
¿Cuáles son los nombres de los oligoelementos que completan los espacios en blanco, en orden respectivo?
A) Zinc y cobre.
B) Cobre y hierro.
C) Cobalto y yodo.
D) Selenio y magnesio.
- Los oligoelementos cuya ausencia produce, respectivamente, bocio y anemia, son en el orden correspondiente
A) yodo y hierro.
B) potasio y cobre.
C) selenio y potasio.
D) yodo y magnesio.
3. Lea las siguientes proposiciones:
¿Cuáles proposiciones corresponden al yodo y al zinc?
A) Yodo: 1 y 2; zinc: 3 y 4
B) Yodo: 1 y 4; zinc: 2 y 3
C) Yodo: 2 y 3; zinc: 1 y 4
D) Yodo: 3 y 4; zinc: 1 y 2
- Lea la siguiente información relacionada con un oligoelemento.
Ø Componente de muchas enzimas, por ejemplo: la enzima necesaria para la síntesis de la melanina y la que contribuye a la formación de los vasos sanguíneos, tendones y huesos. |
La información corresponde al oligoelemento denominado
A) zinc.
B) yodo.
C) cobre.
D) cobalto.
- Analice el siguiente esquema.
¿Cuál es el nombre del elemento que completa correctamente el esquema anterior?
A) Hierro.
B) Calcio.
C) Níquel.
D) Fósforo.
- Lea la información que se presenta en la siguiente tabla, en dos columnas, relacionada con los elementos esenciales para la vida.
1 Componente esencial de los huesos. |
|
a. hierro b. potasio c. calcio d. fósforo |
2 Su balance es indispensable para el funcionamiento de las células nerviosas y musculares. | ||
3. Constituye la molécula de hemoglobina. | ||
4. Forma parte de los ácidos nucleicos, ATP y de los huesos; participa en el trasiego de la bioenergía. |
¿Cuál es la forma correcta de relacionar la información de las columnas?
A) | 1 c, | 2 b, | 3 a, | 4 d |
B) | 1 a, | 2 c, | 3 d, | 4 b |
C) | 1 b, | 2 d, | 3 c, | 4 a |
D) | 1 d, | 2 a, | 3 b, | 4 c |
- Lea el siguiente texto.
Los elementos citados en el texto se clasifican, en orden respectivo como
A) metales.
B) no metales.
C) metal y no metal.
D) no metal y metal.
- Analice la siguiente información.
La forma correcta de asociar las especies químicas, con las características citadas, se ubica en la opción
A) 1- b y d; 2- a y c
B) 1- a y c; 2- b y d
C) 1- a y b; 2- c y d
D) 1- c y d; 2- a y b
- Un estudiante de Química determina características de dos elementos cuyos nombres desconoce,
de acuerdo con las características determinadas por el estudiante ¿cómo clasifica usted estos elementos?
A) Metales.
B) No metales.
C) 1- Metal y 2-no metal.
D) 1- No metal y 2-metal.
10. Lea el siguiente texto.
En la descripción se hace referencia a nueve elementos químicos; los nombres que se encuentran subrayados, en orden respectivo, corresponden a los símbolos que se localizan en la opción
A) C, Mn,Cu y S
B) Ca,Mn,Co y S
C) C, Mg,Co y Se
D) Ca, Mn, Cu y S
11. Lea los siguientes textos que describen características de elementos químicos.
De ellos se puede afirmar que
A) 1 y 2 corresponden a elementos metálicos.
B) 1 y 2 corresponden a elementos no metálicos.
C) 1 corresponde a un elemento metálico y 2 a un no metálico.
D) 1 corresponde a un elemento no metálico y 2 a un metálico.
12. Lea el siguiente texto.
En el texto se hace referencia a nueve elementos químicos; los símbolos de los que se encuentran subrayados, en orden respectivo, se localizan en la opción
A) F, Mg, K y P C) P, Mn, K y F
B) F, Mn, P y K D) P, Mg, Po y F
13. De las siguientes características identificadas con números,
¿Cuáles corresponden a los elementos metálicos?
A) 2 y 3 C) 3 y 4
B) Solamente 3 D) Solamente 2
15. Observe la siguiente información.
Símbolo |
Nombre del elemento |
1 - Rb 2 - Sr 3 - Sn 4 - F | a) Flúor. b) Estaño. c) Rubidio. d) Estroncio. |
¿Cuál es la forma correcta de asociar los símbolos de los elementos con sus respectivos nombres?
A) 1 – c, 2 – b, 3 – d, 4 – a
B) 1 – c, 2 – d, 3 – b, 4 – a
C) 1 – c, 2 – b, 3 – a, 4 – d
D) 1 – c, 2 – d, 3 – a, 4 – b
16. De las siguientes propiedades, identificadas con números:
¿Cuáles caracterizan a los elementos, oxígeno y aluminio, en orden respectivo?
A) I – II y III – IV.
B) I – III y II – IV.
C) I – IV y II – III.
D) II -III y I – IV.
17. Analice el siguiente esquema.
La forma correcta de asociar las especies químicas numeradas, con las características identificadas con letras, se ubica en la opción
A) 1- b y d; 2- a y c.
B) 1- a y c; 2- b y d.
C) 1- a y b, 2- c y d.
D) 1- c y d, 2- a y b.
18. Lea la siguiente descripción.
¿Cuál opción contiene el nombre de dos elementos que se localizan en el mismo grupo que el calcio?
A) Carbono y cobre.
B) Azufre y carbono.
C) Azufre y aluminio.
D) Berilio y magnesio.
19. De las siguientes características identificadas con números,
1. Buenos conductores de electricidad. |
| |
2. Son malos conductores térmicos. |
| |
| 3. Poseen una electronegatividad relativamente alta. | |
4. Se presentan en los tres estados de la materia, a temperatura ambiente. |
| |
¿cuáles corresponden a los elementos no metálicos?
A) 1, 2 y 3
B) 1, 2 y 4
C) 2, 3 y 4
D) 1, 3 y 4
20. Observe la información presente en el siguiente cuadro.
Elemento | Característica |
1. Bromo. | a. Fácilmente se transforma en hilos. |
2. Cobre. | b. Gas incoloro a temperatura ambiente. |
3. Nitrógeno. | c. Se encuentra en estado líquido a 25ºC. |
La forma correcta de asociar los nombres de los elementos con las características identificadas con letras, se ubican en la opción.
A) 1 a, 2 c, 3 b.
B) 1 c, 2 a, 3 b.
C) 1 b, 2 c, 3 a.
D) 1 c, 2 b, 3 a.
21. Lea con atención la información siguiente.
¿A cuál elemento corresponde la información anterior?
A) Flúor.
B) Hierro.
C) Fósforo.
D) Potasio.
22. La siguiente descripción hace referencia a problemas ocasionados en el organismo humano por carencia de un oligoelemento.
Su deficiencia produce en el feto malformaciones en el cuerpo y retraso en el crecimiento, y después del nacimiento puede ocasionar cirrosis y estados depresivos, entre otros. |
¿Cuál es el nombre del oligoelemento cuya carencia ocasiona el problema descrito anteriormente?
A) Potasio.
B) Cobalto.
C) Calcio.
D) Zinc.
23. Lea la siguiente información.
La información anterior se refiere a propiedades que caracterizan a las sustancias denominadas
A) metales.
B) cationes.
C) no metales.
D) gases nobles.
24. Lea el siguiente texto.
Los símbolos correctos de los cuatro elementos químicos anotados en el texto, en orden respectivo son
A) Au, Ag, Co, y P
B) Pt, Au, Co y P
C) Au, Ag, Cu y Pt
D) Or, Pt, Co y Pt
25. Lea el siguiente texto.
Los nombres de los elementos subrayados en el texto anterior se representan, respectivamente, con los símbolos
A) N, O, Ag
B) Ni, O, Ar
C) N, O, Ar
D) Ni, O, Ag
26. De los siguientes elementos químicos representados por el símbolo.
Seleccione el más electronegativo y el menos electronegativo de ellos, respectivamente
A) O y Si
B) C y S
C) N y P
D) O y S
27.Dentro del recuadro aparecen los símbolos de cuatro elementos químicos.
El nombre correcto de los elementos cuyos símbolos están ubicados dentro del recuadro son
A) 1- hierro, 2-plomo, 3-flúor, 4-azufre
B) 1- francio, 2-potasio, 3-flúor, 4-sodio
C) 1- hierro, 2-platino, 3-francio, 4-sodio
D) 1- hierro, 2-potasio, 3-francio, 4-azufre
27. Lea el siguiente texto.
En relación con las especies químicas subrayadas en el texto anterior se puede afirmar que
A) 1 ejemplifica un elemento y 2 un compuesto.
B) 1 ejemplifica un compuesto y 2 una mezcla.
C) ambas son mezclas homogéneas.
D) ambas son elementos químicos.
28. Lea las siguientes propiedades.
Poseen brillo, son maleables y tienen altos puntos de fusión
Las anteriores son propiedades de las sustancias llamadas
A) metales.
B) halógenos.
C) no metales.
D) calcógenos.
29. Lea la siguiente lista de elementos.
1. Oro 2. Azufre 3. Sodio 4. Carbono 5. Cobalto 6. Nitrógeno |
Los números que identifican el nombre de tres ejemplos de elementos no metálicos son
A) 1, 2 y 3
B) 2, 4 y 6
C) 6, 4 y 5
D) 1, 3 y 5
30. ¿Cuáles son los símbolos de los elementos químicos aluminio y berilio?
A) Au y B
B) Al y Be
C) As y Br
D) Ag y Ba
31. Los símbolos químicos Cu y Ni corresponden a los elementos químicos denominados
A) cobre y níquel.
B) cobalto y níquel.
C) cobre y nitrógeno.
D) cobalto y nitrógeno.
32. Lea las siguientes características de un elemento químico metálico.
¿Cuál es el nombre del elemento químico al que se hace referencia?
A) Hidrógeno.
B) Magnesio.
C) Mercurio.
D) Helio.
33. Considere la información dentro del recuadro.
La información anterior describe a los elementos clasificados como
A) metálicos.
B) anfóteros.
C) no-metales.
D) trans-uránicos.
34. El no metal, que se presenta en estado líquido a temperatura ambiente se llama
A) carbono.
B) bromo.
C) cromo.
D) boro.
35. El símbolo con el que se representa al elemento químico magnesio es
A) Mo
B) Hg
C) Mn
D) Mg
36. El símbolo con el que se representa al elemento químico estaño es
A) Sb
B) At
C) Sn
D) Se
37. ¿Cuál es el símbolo de un elemento químico que se caracteriza por ser dúctil, maleable, buen conductor de la electricidad y el calor?
A) I
B) C
C) He
D) Ag
38. Lea la información contenida en el recuadro.
¿Cuál es el símbolo del elemento químico que produjo el envenenamiento?
A) Pu.
B) Pb.
C) Pd.
D) Pt.
TEMA IV
El átomo
OBJETIVO:
- Describir las principales partículas que constituyen el átomo y su relación con el numero atómico, numero másico, isotopos y masa atómica promedio.
El átomo, es la unidad más pequeña posible de un elemento químico que no puede dividirse por procesos químicos. En la filosofía de la antigua Grecia, la palabra “átomo” se empleaba para referirse a la parte de materia más pequeña que podía concebirse.
FIGURA Nº 1
ESTRUCTURA DEL ÁTOMO
CUADRO Nº 1
PARTÍCULAS FUNDAMENTALES
NOMBRE | CARGA (C) | MASA (g) | CARGA | UBICACIÓN | MASA RELATIVA (uma) |
PROTÓN(p+) | 1,6exp-19 | 1,67exp-24 | +1 | NÚCLEO | 1 |
ELECTRÓN(e-) | -1,6exp-19 | 9,11exp-28 | -1 | NUBE ELECTRONICA | 1/ 1840 |
NEUTRÓN(no) | 0 | 1,67exp-24 | 0 | NÚCLEO | 1 |
El tamaño del átomo
La curiosidad acerca del tamaño y masa del átomo atrajo a cientos de científicos durante un largo período en el que la falta de instrumentos y técnicas apropiadas impidió lograr respuestas satisfactorias.
Posteriormente se diseñaron numerosos experimentos ingeniosos para determinar el tamaño y peso de los diferentes átomos.
Los átomos son muy pequeños; su diámetro es del orden de una diezmillonésima de milímetro, y todos ellos tienen aproximadamente el mismo tamaño – el mayor no llega a superar en tres veces al más pequeño. Para poder darnos una idea de lo que significa una diezmillonésima de milímetro, basta la consideración de que en el punto que ponemos al final de uno de estos párrafos hay suficiente espacio para unos tres mil millones de átomos.
Por ejemplo: El átomo más ligero, el de hidrógeno, tiene un diámetro de aproximadamente 10,10 m. (0,0000000001 m) y una masa alrededor de 1,7 x l0,27 Kg (la fracción de un kilogramo representada por 17 precedido de 26 ceros y una coma decimal). Un átomo es tan pequeño que una sola gota de agua contiene más de mil trillones de átomos.
PARTES DEL ATOMO
El átomo consta de dos partes fundamentales: la nube elctrónica y el núcleo.
A. Nube electrónica:
Espacio en el cual se encuentran los electrones, en forma difusa y deslocalizada.
B. Núcleo atómico:
Estructura central del átomo. Posee carga eléctrica positiva, masa central de un átomo cargada positivamente, alrededor de la cual se encuentran los electrones orbitales. El núcleo está compuesto por los llamados nucleones (protones y neutrones) y contiene casi toda la masa del átomo
El átomo está formado por un pequeño núcleo, cargado positivamente, rodeado de electrones. El núcleo, que contiene la mayor parte de la masa del átomo, está compuesto a su vez de neutrones y protones, unidos por fuerzas nucleares muy intensas, mucho mayores que las fuerzas eléctricas que ligan los electrones al núcleo
EL ELECTRÓN (e-)
Es un corpúsculo de carga eléctrica negativa, que forma parte del átomo y constituye la electricidad.
El descubrimiento del electrón
En la segunda mitad del siglo XIX, diversos investigadores se dedicaron a estudiar los efectos que producía una descarga eléctrica en gases encerrados en un tubo de vidrio a muy baja presión.
Emplearon un tubo de vidrio cuyo interior contaba con dos placas metálicas (Electrodos) conectadas una al polo positivo y otra al polo negativo de una fuente de alta tensión, actuando como ánodo y cátodo respectivamente. Además el tubo presentaba una conexión lateral que permitía conectarlo a una bomba para hacer el vacío al aplicar la alta tensión desde el cátodo salían haces de luz blanca débil que se denominaron rayos catódicos.
FIGURA Nº 2
Tubo de Crookes
El químico y físico británico William Crookes construyó en la década de 1870 el llamado tubo de Crookes, antecesor del tubo de imágenes de la moderna televisión para investigar las propiedades de los rayos catódicos. Al hacer el vacío en el tubo y aplicarle una alta tensión, uno de los extremos del tubo se pone incandescente debido a los rayos catódicos que golpean contra el cristal.
Estos rayos viajan hasta incidir en la superficie interna del extremo opuesto del tubo. La superficie está recubierta con un material fluorescente, de manera que se observa una intensa fluorescencia de luz cuando la superficie es bombardeada por los electrones. El análisis de estos rayos permitió comprobar que estaban formadas por partículas de electricidad negativa, dándoles el nombre de electrones.
En algunos experimentos al tubo de rayos catódicos se agregaron dos placas cargadas eléctricamente y un electroimán.
La teoría electromagnética establece que un cuerpo cargado en movimiento se comporta como un imán y puede interactuar con los campos eléctrico y magnético a través de los cuales pasa. Dado que el rayo catódico es atraído por la placa con cargas positivas y repelido por la placa con cargas negativas, es claro que debe estar formado por partículas negativas.
En las postrimetrías del siglo XIX J.J. Thompson, utilizó un tubo de rayos catódicos y su conocimiento acerca de los efectos de las fuerzas eléctrica y magnética en una partícula cargada negativamente para obtener la relación entre la carga eléctrica y la masa de un electrón. Thompson encontró que la relación es de -1.76 X 10.8 C/g, donde “C” significa coulomb, que es la unidad de carga eléctrica. Después, en experimentos efectuados entre 1908 y 1917, R.A Millikan encontró que la carga del electrón es de 1.60 X 10.19 C. A partir de estos datos es posible calcular la masa del electrón:
Masa del electrón = Carga / carga/masa
= -1.60 X 10.19 C / -1.76 X 10.8 C/g
= 9.09 X 10 28 g.
EL PROTON (p+)
Continuando con las investigaciones sobre los efectos causados por el paso de una descarga eléctrica en gases a muy baja presión, pero utilizando un cátodo perforado, se observó detrás del mismo un fino haz de luz al cuál denominaron rayos canales.
El estudio de estos rayos permitió verificar que estaban compuestos por partículas cargadas positivamente y con una masa 1.840 veces mayor que la de los electrones. A estas partículas se las denominó protones.
A principios de la década de 1900, dos hechos relativos a los átomos habían quedado claros: contienen electrones y son eléctricamente neutros. Dado que son neutros, cada átomo deberá tener igual número de cargas positivas y negativas, para mantener la neutralidad eléctrica. A principios del siglo XX el modelo aceptado para los átomos era el propuesto por J. J. Tompson. Según su descripción, un átomo podría considerarse una esfera de materia positiva en la cual se encuentran embebidos los electrones.
En 1910 Ernest Rutherford decidió usar partículas alfa para probar la estructura de los átomos. Rutherford efectuó una serie de experimentos en los cuales se utilizaron hojas delgadas de oro y metales como blancos de partículas alfa emitidas por una fuente radiactiva. Ellos observaron que la mayoría de las partículas penetraban la hoja sin desviarse o con una ligera desviación. También observaron que de vez en cuando una partícula alfa se desviaba sorprendentemente. En algunas ocasiones, la partícula alfa podía incluso regresar por la misma trayectoria hacia la fuente emisora. Este fue el descubrimiento más sorprendente, dado que en el modelo de Thompson la carga positiva del átomo era tan difusa que se esperaría que las partículas alfa pasaran con muy poca desviación.
Posteriormente Rutherford, fue capaz de explicar el resultado del experimento de dispersión de partículas alfa, pero tuvo que dejar a un lado el modelo de Thompson y proponer un nuevo modelo para el átomo. Según Rutherford, la mayor parte de un átomo debe ser espacio vacío. Esto explica porqué la mayoría de las partículas alfa pasaron a través de la hoja de oro con poca o ninguna desviación. Las cargas positivas del átomo, están todas concentradas en un conglomerado central dentro del átomo, al que llamó núcleo. Cuando una partícula alfa se acerca al núcleo en el experimento de dispersión, actúa sobre ella una fuerza de repulsión muy grande y en consecuencia sufre una gran desviación. Si una partícula alfa viaja directamente hacia el núcleo, experimenta una repulsión que podía invertir por completo el sentido de su movimiento.
FIGURA Nº 3
EXPERIMENTO DE RUTHERFORD
El físico Ernest Rutherford bombardeo con partículas alfa (con carga positiva) una lámina muy fina de oro y observaron que, aunque la mayor parte de las partículas la atravesaban sin desviarse, unas pocas sufrían una desviación bastante acusada e incluso algunas rebotaban al llegar a la lámina. Para explicar estos resultados, Rutherford propuso el modelo nuclear del átomo, según el cual la carga positiva de un átomo y la mayoría de su masa están concentradas en una pequeña región central llamada núcleo. En este modelo, los electrones, con carga negativa, giraban en órbitas alrededor del núcleo.
Las partículas cargadas positivamente presentes en el núcleo se llaman protones y cada uno tiene masa de 1.67152 X 10-24 g. En distintos experimentos se encontró que cada protón tiene la misma cantidad de carga que un electrón y es además 1840 veces más pesado que la partícula cargada negativamente.
En este punto de la investigación, los científicos percibían el átomo de la siguiente manera: en el núcleo esta concentrada la mayor parte de la masa total del átomo, pero aquél ocupa solo 1/1013 del volumen total del átomo. En el caso de átomos y moléculas, las longitudes se expresarán aquí en términos de la unidad SI llamada psicómetro (pm) donde
1 pm = 1 X 10-12m
Un radio atómico típico es de unos 100 pm, mientras que el radio del núcleo atómico es de apenas 5X10-3 pm. Es posible apreciar los tamaños relativos de un átomo y su núcleo imaginando que si un átomo fuera del tamaño del Astro domó de Houston, el volumen del núcleo sería comparable con el de una pequeña canica. Mientras que los protones están encerrados en el núcleo del átomo, los electrones se consideran esparcidos alrededor del núcleo y a cierta distancia de él.
NOTA:
Una unidad muy utilizada para expresar longitudes atómicas y que no pertenece al SI es el ángstrom (A: l A=100 pm).
NEUTRON (nº)
Son partículas de masa igual a la del protón, pero sin carga eléctrica.
Los investigadores estaban convencidos de que en el átomo también existen partículas eléctricamente neutras, aunque les resultaba difícil poder demostrarlo. En 1932, James Chadwick descubrió unas partículas sin carga eléctrica y con una masa aproximadamente igual a la del protón, a las cuales denominó neutrones.
Se sabía que el hidrógeno, el átomo más simple, tiene solo un protón, y que el de helio tiene dos. En consecuencia, la relación entre la masa del átomo de helio y la del átomo de hidrógeno debía ser de 2:1. (Dado que los electrones son mucho más ligeros que los protones, su contribución puede ignorarse). Sin embargo, en realidad la relación es 4:1. Anteriormente, Rutherford y otros habían propuesto que debía haber otro tipo de partículas subatómicas en el núcleo: la prueba fue proporcionada por James Chadwick en 1932. Cuando Chadwick bombardeó con partículas alfa una delgada hoja de berilio, el metal emitió una radiación de muy alta energía, un tanto similar a los rayos gamma. En experimentos posteriores se demostró que los rayos en realidad constan de partículas eléctricamente neutras con masa ligeramente mayor que la de los protones. Chadwick llamó a estas partículas neutrones.
El misterio de la relación de masas podía ahora explicarse. En el núcleo de helio hay dos protones y dos neutrones, y en el núcleo de hidrógeno hay solo un protón y ningún neutrón; en consecuencia, la relación es 4.1.
ÁTOMO NEUTRO
Existen en la naturaleza dos tipos de cargas eléctricas que por convenio se miden unas con números positivos y las otras con números negativos. Todas las partículas eléctricamente cargadas llevan una carga igual en valor absoluto a una cantidad llamada carga elemental, e. El protón posee una carga +e y el electrón lleva una carga –e. Esta carga elemental equivale a 1,6 · 10-19 C.
Un átomo eléctricamente neutro tiene el mismo número de protones que de electrones. Todo cuerpo material contiene gran número de átomos y su carga global es nula salvo si ha perdido o captado electrones, en cuyo caso posee carga neta positiva o negativa, respectivamente. Sin embargo, un cuerpo, aunque eléctricamente neutro, puede tener cargas eléctricas positivas en ciertas zonas y cargas positivas en otras.
En todo proceso, físico o químico, la carga total de un sistema de partículas se conserva. Es lo que se conoce como principio de conservación de la carga.
NÚMERO ATÓMICO (Z)
El número atómico, es un número entero positivo que equivale al número total de protones existentes en el núcleo atómico. Es característico de cada elemento químico y representa una propiedad fundamental del átomo: su carga nuclear.
El número atómico es el número Z que acompaña al símbolo X de un elemento, ZX. Un átomo neutro posee el mismo número de protones que de electrones, de manera que Z indica también el número de electrones de un átomo neutro.
NÚMERO MASICO (A)
El número másico A de un núcleo expresa el número de nucleones (neutrones y protones) que contiene.
Los núcleos se designan como ZAX; por ejemplo, la expresión 92 235U representa el uranio donde Z= 92 y A=235.
Un átomo neutro de uranio posee:
ISÓTOPOS
Un isótopo, es una de las dos o más variedades de un átomo que tienen el mismo número atómico (Z), constituyendo por tanto el mismo elemento, pero que difieren en su número másico(A). Puesto que el número atómico es equivalente al número de protones en el núcleo, y el número másico es la suma total de protones y neutrones en el núcleo, los isótopos del mismo elemento sólo difieren entre ellos en el número de neutrones que contienen.
FIGURA Nº 2
ISOTOPOS DE CARBONO
El carbono tiene tres isótopos naturales: el carbono 12 constituye el 98,89% del carbono natural y sirve de patrón para la escala de masas atómicas; el carbono 13 es el único isótopo magnético del carbono, y se usa en estudios estructurales de compuestos que contienen este elemento; el carbono 14, producido por el bombardeo de nitrógeno con rayos cósmicos, es radiactivo (con una vida media de 5.760 años) y se emplea para datar objetos arqueológicos.
CUADRO Nº 2
ISOTOPOS DE CARBONO
ISÓTOPO | Z | A | p+ | e- | no |
Carbono 12 | 6 | 12 | 6 | 6 | 6 |
Carbono 13 | 6 | 13 | 6 | 6 | 7 |
Carbono 14 | 6 | 14 | 6 | 6 | 8 |
FIGURA Nº 3
ISOTOPOS DE HIDRÓGENO
El hidrógeno siempre tiene un protón en su núcleo, cuya carga está equilibrada por un electrón. Los isótopos del hidrógeno son el protio (sin neutrones), el deuterio (un neutrón) y el tritio (dos neutrones). Las imágenes que se muestran son representaciones esquemáticas del átomo: en realidad el núcleo es 100.000 veces menor que el átomo, y el electrón es un millón de veces menor que el núcleo. El tamaño del átomo está determinado por el movimiento del electrón en regiones del espacio llamadas orbitales.
CUADRO Nº 3
ISOTOPOS DE HIDRÓGENO
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