Teoría Atómica y Estructura de la Materia

Teoría Atómica de Dalton

1. La materia está formada por átomos indivisibles.
2. Los átomos son invariables.
3. Los átomos de los elementos están formados por átomos iguales.
4. Los átomos de diferentes elementos tienen masas y propiedades químicas diferentes.
5. Los compuestos químicos están formados por la combinación de átomos de dos o más elementos distintos.
6. Cuando dos o más átomos de elementos distintos se combinan para formar un mismo compuesto, lo hacen en una relación de números enteros sencillos.
7. En las reacciones químicas, los átomos no se crean ni se destruyen; solo cambian su distribución en las sustancias.

Partículas Atómicas

• Electrón: carga negativa, más pequeño, 1,6 · 10^-19 C, 9,1 · 10^-31 kg.
• Protón: carga positiva, mayor, 1,6 · 10^-19 C, 1,67 · 10^-27 kg.
• Neutrón: no tiene carga eléctrica, 1,67 · 10^-27 kg.

1. El átomo es divisible porque contiene partículas materiales subatómicas.
2. Algunas de estas partículas (electrones) tienen carga eléctrica negativa.
3. El resto del átomo constituye la mayor parte de su masa y tiene carácter positivo.
4. El número de cargas negativas es igual al número de cargas positivas.

Modelo de Rutherford

1. La electrización de la materia: El átomo es eléctricamente neutro; la materia se electriza con la ganancia o la pérdida de electrones.
2. El mecanismo de formación de iones: Un catión es un átomo que ha perdido uno o más electrones. Un anión es un átomo que ha ganado uno o más electrones.
3. Experiencia de Rutherford: El átomo constituye un espacio fundamentalmente vacío. Las partículas positivas que chocan contra el núcleo rebotan. Las partículas positivas que pasan cerca del núcleo se desvían. Las partículas positivas que pasan lejos del núcleo atraviesan la lámina de oro sin desviarse.

Error del modelo: El electrón gira y cualquier carga en movimiento emite energía en forma de radiación y, por tanto, el electrón perdería energía continuamente y se acercaría cada vez más al núcleo hasta caer sobre él, pero eso no pasa.

El Espectro Atómico

El espectro atómico de emisión es el conjunto de radiaciones electromagnéticas emitidas por el átomo de un elemento químico previamente excitado con calor o corriente eléctrica. Surgen como consecuencia de la absorción y emisión de energía por la materia.

Modelo Atómico de Bohr

1. Hay un número determinado de órbitas circulares estables a lo largo de las cuales el electrón se desplaza a gran velocidad sin emitir energía.
2. El electrón tiene en cada órbita una energía determinada, que crecerá a medida que la órbita se aleje del núcleo.
3. El electrón no radia energía mientras permanece en una órbita estable; solo radia energía cuando cae de un nivel superior a uno inferior.

Identificación de los Átomos

1. El número atómico es el número de protones de un átomo; se representa con la letra Z.
2. El número másico es la suma del número de protones y de neutrones contenidos en el núcleo, letra A.
3. Los isótopos son átomos de un mismo elemento que tienen el mismo número atómico, pero un número másico distinto.

Masa atómica relativa (M_r) = (m₁ · %) / 100 + …

La radiactividad es el fenómeno mediante el que los núcleos de los átomos de determinados elementos son capaces de emitir, de forma espontánea, radiaciones que los hacen transformarse en otros elementos.

• Partículas α: Tienen 2 protones y 2 neutrones.
• Partículas β: Son electrones muy rápidos.
• Radiaciones gamma (γ): Radiación de alta energía que forma parte del espectro electromagnético.

Clasificación de los Elementos

• Metálicos: Tienen un brillo característico, son opacos, son buenos conductores del calor y la corriente eléctrica, son dúctiles y maleables, son sólidos a temperatura ambiente, salvo el mercurio.
• No metálicos: No tienen brillo, no son buenos conductores del calor y la electricidad, a temperatura ambiente pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos, suelen tener puntos de fusión y ebullición bajos.

El Movimiento Ondulatorio

El movimiento ondulatorio es una forma de transmisión de energía que no va acompañada de transporte de materia. Es la propagación de un movimiento periódico en torno a la posición de equilibrio de un cuerpo. Una onda es la posición que adopta en cada instante la perturbación que se ha producido.

Tipos de Ondas

• Ondas mecánicas: Son aquellas que se originan cuando se produce una perturbación en un medio elástico, sin el cual no existiría la propagación.
• Ondas electromagnéticas: No precisan de un medio elástico, ya que se propagan en el vacío.
• Ondas longitudinales: Se producen por compresiones y dilataciones entre las partículas que vibran.
• Ondas transversales: Las vibraciones de las partículas alrededor de su punto de equilibrio se producen en dirección perpendicular a aquella de la propagación de las ondas.

• Solo una vez – pulso.
• Perturbaciones repetidas – tren de ondas.
• Foco – punto donde se origina la perturbación.
• Frente de onda – línea o superficie formada por puntos hasta los que ha llegado la perturbación en un mismo instante.
• Rayo – línea imaginaria perpendicular al frente de onda.

Características de las Ondas

• Velocidad de propagación (v): Distancia que la onda recorre en cada unidad de tiempo.
• Longitud de onda (λ): Distancia que separa dos puntos consecutivos de dicha onda que vibran de idéntica manera.
• Periodo (T): Tiempo que tarda la perturbación en recorrer una longitud de onda.
• Frecuencia (f): Número de vibraciones que realiza un punto en la unidad de tiempo. Se mide en hercios (Hz).
• Amplitud: Separación máxima a la que llega cada uno de los puntos del medio que oscilan.
• Intensidad: Cantidad de energía que fluye por el medio a través de la unidad de superficie perpendicular a la dirección de propagación en la unidad de tiempo.

Fórmulas:

• v = λ / T
• f = 1 / T
• I = E / (S · t) (W/m²)
• I = P / S
• P = E / t

El Sonido

El sonido es una onda mecánica, ya que necesita un medio material para poder propagarse, y longitudinal, porque las partículas del medio oscilan en la misma dirección en la que se propaga la onda, emitiendo energía sonora. No se transmite en el vacío, sino por los sólidos mejor que por los líquidos y mejor que por el aire. Se propaga en un mismo medio homogéneo a velocidad constante.

Reflexión del Sonido

Cuando las ondas se encuentran con un obstáculo, cambian de dirección y se reflejan.

• Eco: El oído humano es capaz de distinguir dos sonidos si se perciben con una diferencia de una décima de segundo. Por eso, para que exista eco, la superficie reflectante debe estar a 17 metros como mínimo.
• Reverberación: Se produce cuando la distancia es menor de 17 m. El sonido reflejado y el directo se superponen, y se produce un único sonido prolongado.

Refracción del Sonido

El sonido se refracta al pasar de unas capas de aire a otras con distintas temperaturas. Esto origina una diferencia de densidades y varía la velocidad de propagación.

Intensidad Física

Energía que pasa en un segundo a través de la unidad de superficie. Depende de la amplitud de la onda y permite distinguir entre sonidos fuertes y sonidos débiles. Esta sensación en el oído humano se denomina sonoridad. Se mide en decibelios. Mínimo humano: 10 dB. Máximo: 120 dB.

Tono

Permite distinguir entre sonidos agudos y graves. Se mide en hercios. Los graves tienen frecuencias pequeñas y los agudos, grandes. Percibimos entre 20 Hz (infrasonidos) y 20 000 Hz (ultrasonidos). Los ultrasonidos de baja energía se utilizan para obtener ecografías, aliviar dolores, etc. Los de alta energía se utilizan para destruir piedras de la vesícula y del riñón, estudiar el relieve oceánico, localizar bancos de peces, etc.

Timbre

Permite distinguir una fuente sonora de otra.

La Luz

Se propaga en línea recta, en el vacío, con una velocidad de 300 000 km/s. A mayor densidad, menor velocidad. La reflexión de la luz es el cambio de dirección que experimenta un rayo luminoso al chocar contra la superficie de los cuerpos. La luz reflejada sigue propagándose por el mismo medio. Si la superficie reflectante es lisa, salen reflejados los rayos en paralelo (especular). Si hay rugosidades, los rayos salen en todas las direcciones (difusa).

Fórmulas de la refracción de la luz:

• n = c (3 · 10⁸ m/s) / v
• n = sen î / sen r
• n_agua = 1,3