Átomo y Molécula: Los Componentes Fundamentales
Átomo: Es la parte más pequeña de cada elemento o sustancia pura simple que participa en una combinación química.
Molécula: Es la parte más pequeña de cada sustancia pura simple o sustancia pura compuesta que conserva sus propiedades.
Evolución de los Modelos Atómicos
1. Modelo de Thomson
(Recibió el Premio Nobel de Química en 1904 por su modelo atómico). «Los electrones se encuentran incrustados en una nube con carga positiva. La carga positiva de la nube compensa exactamente la negativa de los electrones, siendo el átomo eléctricamente neutro».
2. Modelo de Rutherford
Estableció su modelo planetario del átomo considerando:
- Un núcleo muy pequeño donde se concentra la masa del átomo y donde están los protones de carga positiva.
- Una corteza en la que giran los electrones a grandes distancias alrededor del núcleo.
- Entre el núcleo y la corteza habría mucho espacio vacío.
Este modelo fue perfeccionado por el físico inglés J. Chadwick, al descubrir en 1932 unas partículas neutras que formaban parte del núcleo. Tenían una masa semejante a la del protón, y por carecer de carga eléctrica, las llamó neutrones.
3. Modelo de Bohr
Basándose en el modelo de Rutherford, postuló que no todas las órbitas alrededor del núcleo eran posibles, sino solamente aquellas que cumplen una serie de condiciones. Las órbitas son las trayectorias que describe el electrón alrededor del núcleo.
- Hay un núcleo de carga positiva donde se concentra la masa del átomo y donde están los protones. Alrededor del núcleo giran los electrones en algunas órbitas circulares (no todas como en el modelo anterior) y pueden saltar de unas órbitas a otras ganando o perdiendo energía.
- Cada capa o nivel de energía tiene un número diferente de electrones. El número de electrones es 2n2, donde n es el número del nivel de energía (para n=1 caben 2 electrones como máximo; para n=2 caben como máximo 8 electrones; para n=3, 18 electrones y así sucesivamente).
4. Modelo de Schrödinger
(Recibió el Premio Nobel de Química en 1933 por sus contribuciones a la Teoría Atómica). Postula que:
- Los electrones se mueven continuamente y no tienen una posición fija o definida dentro del átomo.
- Los electrones forman una «nube de carga negativa» moviéndose alrededor del núcleo en diferentes capas o niveles de energía, en zonas denominadas orbitales. Los orbitales son zonas del espacio exteriores al núcleo en las que existe mucha probabilidad de encontrar al electrón girando. Sólo representamos sus bordes exteriores.
Órbita NO ES LO MISMO QUE Orbital
Los orbitales atómicos tienen diferentes NIVELES Y SUBNIVELES DE ENERGÍA.
5. Modelo Atómico Actual
Este modelo atómico se desarrolló en la década de 1930, como resultado del aporte de conocimientos de muchos científicos, entre ellos Broglie, Einstein, Bohr, Schrödinger, Heisenberg…
- En los átomos, los electrones están distribuidos en niveles de energía estacionaria o fija. Hay 7 niveles de energía.
- Los electrones se mueven alrededor del núcleo en los ORBITALES, sin perder ni ganar energía; sólo lo hacen cuando pasan de un nivel a otro.
- Cada nivel de energía tiene subniveles. Un subnivel de energía consta de uno o más orbitales.
- Un orbital se caracteriza por contener, como máximo 2 electrones (e–), y por tanto puede estar lleno u ocupado (2 e–), semilleno (1e–) o vacío (0 e–).
ORBITAL (O NUBE ELECTRÓNICA): es la región del espacio alrededor del núcleo donde la probabilidad de encontrar a los electrones es máxima.
Isótopo: átomos de un mismo elemento (=Z) que se diferencian en el número de neutrones (N). Tienen por tanto el mismo número atómico (Z) pero diferente número másico (A).
ISÓTOPOS RADIACTIVOS. APLICACIONES
GESTIÓN DE LOS RESIDUOS
PROCESOS NUCLEARESLos procesos nucleares son diferentes a los procesos químicos y físicos: ahora son los propios átomos los que cambian y se originan otros nuevos. Se modifican las magnitudes nucleares, Z (número atómico) y A (número másico).
La radiactividad es un fenómeno en el cual, los núcleos de átomos que no son estables (suelen ser aquellos que tienen un número de neutrones muy superior al de protones), emiten partículas y radiaciones de forma espontánea hasta que consiguen estabilizarse. Esto hace que los núcleos de un elemento se transformen en núcleos de otro elemento diferente. Estos núcleos de isótopos radiactivos se denominan radioisótopos.
Los procesos nucleares más importantes son:
- La radiactividad natural o radiación natural: emisión espontánea (sin intervención externa de nadie y de nada) de partículas y radiación procedentes del núcleo de los átomos. Las partículas y radiaciones que pueden ser emitidas son:
- Partículas alfa (α): Formadas por 2 protones y 2 neutrones (núcleos de helio). Su carga es positiva y son emitidas a gran velocidad. Tienen poco poder de penetración.
- Partículas beta (β): Son electrones que se desplazan a gran velocidad. Tienen mayor poder de penetración que las partículas alfa.
- Rayos gamma (γ): Son radiaciones de alta energía que se propagan a la velocidad de la luz. Son muy penetrantes, sólo son detenidos por gruesas capas de plomo u hormigón.
- Fisión nuclear: Ruptura de un núcleo para transformarse en núcleos más ligeros.
- Fusión nuclear: Unión de dos o más núcleos para dar lugar a un núcleo más pesado.
La radiactividad beta se puede detener con una capa de 1 o 2 cm de agua o una lámina de aluminio. Las partículas alfa tienen un poder de penetración aún menor y nuestra piel (epidermis) es capaz de detenerlas. Sin embargo, los rayos gamma pueden penetrar en un bloque de agua o de hormigón de metro de grosor. Para la salud humana los más peligrosos son los rayos gamma.
Para esterilizar y conservar: La radiación de ciertos isótopos se usa en medicina para esterilizar instrumental. Otra aplicación es la conservación de alimentos: la emisión gamma del 60Co elimina insectos y bacterias, lo que permite almacenar alimentos durante meses sin que se descompongan y convertirlos, por ello, en radiactivos, aunque la radiación puede destruir nutrientes y tener consecuencias aún desconocidas. En industria: El oro-198 es útil en la industria del petróleo para buscar pozos y mejorar la productividad. Para investigación: El 14C se utiliza para analizar procesos químicos, como la fotosíntesis, y para determinar la antigüedad de restos arqueológicos o ciertas pinturas antiguas. RESIDUOS RADIACTIVOSSon todos aquellos materiales que contienen núcleos radiactivos. Se pueden clasificar en función de su estado físico (gases, líquidos o sólidos); según el tipo de radiación que emiten (alfa, beta o gamma) o según su actividad (baja, media o alta). Su almacenamiento plantea problemas graves ya que pueden mantener la actividad radiactiva durante miles de años. Actualmente se está investigando cómo eliminar estos residuos. De momento, las alternativas con más posibilidades pasan por la formación de vidrios, cerámicas o rocas sintéticas, las cuales se colocan en recipientes muy resistentes y se entierran a gran profundidad, en los denominados cementerios nucleares. En España, la gestión de los residuos radiactivos, tanto los provenientes de las centrales nucleares como los generados por otras instalaciones radiactivas como hospitales y centros de investigación, está encomendada a la Empresa Nacional de Residuos Radiactivos (ENRESA) y definida en el Plan General de Residuos aprobado por el Parlamento. La forma de tratar estos residuos es diferente según sea su nivel de actividad radiactiva. |
APLICACIONES DE LOS ISÓTOPOS RADIACTIVOS
- Terapia del cáncer: rayos gamma (sirve para el tratamiento del cáncer)
- Trazadores radiactivos: isótopos radiactivos
- Esterilización: Radiación de cientos de isótopos: se usa en medicina para esterilizar instrumentos
- Conservación de alimentos: emisión gamma 60CO
- Industria: oro -198: se utiliza en la industria del petróleo
- Investigación: 14C
- analiza procesos químicos (fotosíntesis)
- determina la antigüedad de restos arqueológicos y pinturas antiguas