Conceptos Clave de la Estructura Atómica y Molecular

Sustancias Puras, Elementos y Compuestos

Sustancia pura: Estructura fija e invariable que no se puede descomponer en otras materias de distinta clase por métodos físicos.

Elementos: No se pueden descomponer en otras sustancias más sencillas por procedimientos químicos sencillos.

Compuestos: Formados por dos o más elementos, que se pueden descomponer en estos mismos.

Partículas Subatómicas y Números Atómicos

Protón: Partícula positiva de los núcleos atómicos. El número de protones de un elemento es su número atómico (Z).

Electrón: Partícula negativa de la corteza de los átomos. En el átomo neutro, el número de electrones coincide con el número de protones.

Neutrón: Partícula sin carga de los núcleos atómicos que da estabilidad al átomo. Su número, junto con el de protones, determina el número másico.

Número atómico (Z): Número de protones que hay en el núcleo de un átomo. Coincide con el número de electrones si el átomo es neutro.

Número Másico (A): Número de protones y neutrones que hay en el núcleo atómico. Representa la práctica totalidad de la masa de un átomo dado.

Isótopos: Átomos del mismo elemento que presentan diferente contenido en neutrones y, por ello, distinto A.

Teoría Atómica de Dalton

• Los elementos están constituidos por átomos, que son partículas independientes, inalterables e indivisibles.
• Los átomos de un mismo elemento son iguales.
• Los átomos de distintos elementos tienen diferentes masas y propiedades.
• Los compuestos se forman por la unión de átomos.
• En las reacciones químicas, los átomos ni se crean ni se destruyen, solo se redistribuyen.

Descubrimiento de las Partículas Subatómicas

Michel Faraday estudió el paso de la corriente eléctrica a través de disoluciones de iones (electrólisis). H. Geissler fabricó un tubo de vidrio con dos electrodos metálicos conectados a un generador de corriente de alto voltaje. W. Crookes mejoró este diseño con descargas eléctricas, reduciendo la presión interior casi al vacío y conectándolo a un voltaje muy elevado.

Rayos Catódicos y Canales

Rayos catódicos: Rayos que se proyectan en la pared opuesta al cátodo, donde aparece una tenue coloración verdosa provocada por el choque contra el vidrio de una radiación emitida por el cátodo. Están formados por partículas negativas (electrones), se propagan en línea recta hacia el electrodo positivo (ánodo) y tienen masa apreciable. G. Stoney bautizó al electrón en 1891.

E. Goldstein utilizó un tubo de descargas similar al de Crookes, pero perforó el cátodo. Observó los rayos canales: rayos con luminiscencia característica al chocar con las paredes del tubo, formados por partículas positivas. Ernest Rutherford descubrió el protón en 1914.

Modelos Atómicos

Átomo de Thomson (1898): Esfera de electricidad positiva que incluye encajados tantos electrones como sean necesarios para neutralizarla.

Átomo de Rutherford: Propuso un experimento que consistía en bombardear con partículas alfa una lámina de oro. Observó que la mayoría de las partículas atravesaban la lámina, pero algunas se desviaban e incluso rebotaban. Esto le llevó a proponer un modelo con un núcleo central positivo y los electrones orbitando alrededor.

Ondas Electromagnéticas y Espectros Atómicos

La luz es la energía emitida por cargas eléctricas vibrantes en el interior de los átomos. Se propaga en forma de onda electromagnética (parcialmente eléctrica y magnética). El espectro electromagnético es una gama continua de ondas que va desde las ondas de radio hasta los rayos gamma. Todas tienen la misma rapidez: la velocidad de la luz.

• La luz de menor frecuencia es la roja.
• Las ondas electromagnéticas con frecuencia menor que la de la luz visible roja son las infrarrojas.
• Las ondas electromagnéticas con frecuencia mayor que la del violeta son las ultravioleta.

Espectro atómico: Cuando la luz solar pasa a través del prisma de un espectroscopio, se descompone y aparecen una serie de colores diferentes.

• Espectro continuo: La luz solar presenta un espectro con todos los colores.
• Espectro de emisión: Se obtiene al estimular sustancias en estado gaseoso mediante calentamiento o descargas eléctricas. La sustancia emite radiación electromagnética, que se descompone y se recoge.
• Espectro de absorción: Se obtiene al hacer pasar radiación electromagnética a través de un gas. El gas capta parte de la luz, y se analiza la radiación no captada.
• Espectro discontinuo: Cada átomo solo emite o absorbe radiación de determinada frecuencia, lo que se visualiza como una serie de líneas en un diagrama.

Enlaces Químicos y Fuerzas Intermoleculares

Enlace químico: Se debe a la existencia de fuerzas atractivas que mantienen unidos los átomos en un compuesto. Puede ser iónico, covalente o metálico. La energía de disociación es la energía necesaria para romper un enlace formado. Lewis propuso la regla del octeto: la capa electrónica más externa de un átomo tiende a contener ocho electrones, lo que representa una disposición electrónica estable, similar a la de un gas noble.

Fuerzas intermoleculares: Son fuerzas electromagnéticas que actúan entre moléculas con enlace covalente.

• Puente de hidrógeno: Se produce entre moléculas que contienen hidrógeno y un átomo muy electronegativo y pequeño. El elemento unido al hidrógeno atrae gran parte del enlace que los mantiene unidos, creando un enlace polar que permite a las moléculas unirse por atracción electrostática.
• Fuerzas de Van der Waals: Son fuerzas de tipo electrostático que unen a aquellas moléculas con enlaces polares que no están unidas por puentes de hidrógeno. Provocan pequeñas alteraciones en las propiedades físicas de estas sustancias.