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De qu est hecha la materia?

Esta cuestin ha preocupado a los sereshumanos desde los tiempos ms remotos.Algunas de las ideas propuestas a lo largode la historia, ms o menos acertadas, hanservido para construir la ciencia qumica.

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Demcrito, filsofo griego que vivi enel siglo IV A.C. propuso que, si se divida lamateria en trozos cada vez ms pequeos,debera llegarse a una porcin que ya nopodra dividirse ms.

A esta porcinmnima eindivisible, base

de toda la materia,la llam tomo.

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Las ideas de Demcrito no fueron admitidas; lainfluencia de Aristteles, otro gran pensador

griego, hizo que se impusiese la teora de loscuatro elementos.

Segn Aristteles, la materia estaba formada

por cantidades variables deTierra

Agua

Aire

Fuego

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En el mundo cristiano, lateora de Aristteles fueadoptada por losalquimistas, precursores

de los cientficos, quedesarrollaron su actividaddurante toda la EdadMedia

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Losalquimistas de laEdad Media crean

que para lograr latransformacin demetales como elplomo, sin gran

valor, en oro oplata, haba queagregar y combinaruna cantidad justade mercurio, a fin

de lograr latransmutacin.

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Tambin pensaban que paraque esta reaccin seprodujera tendra que ocurrir

en presencia de uncatalizador (sustancia queprovoca la modificacin deciertos cuerpos sinmodificarse ella misma) al

que se llam piedra filosofal.

La historia de laalquimia es bsicamente lahistoria de la bsqueda deeste catalizador.

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Tuvieron que pasar veinte siglos para que un qumico ingls llamado

John Daltonretomara las ideas de Demcrito y publicase, en1808, su famosa teora atmica:

La materia no es continua, sinoque est formada por partculasindivisibles, llamadas tomos,

entre las cuales no hay nada (estel vaco). Los tomos se puedenunir para crear combinaciones detomos que forman los

compuestos qumicos.

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Las ideas de Dalton fueron

perfeccionadas por otroscientficos.En 1897, el britnico Joseph JohnThomson descubri unas partculas

con propiedades sorprendentes:prcticamente no tenan masa ytenan carga elctrica negativa; lasllam electrones.

Joseph John Thomson

(1856

1940)

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1-.La materia est formada por partculas muy pequeasllamadas tomos, que son indivisibles y no se puedendestruir.

2-.Los tomos de un mismo elemento son iguales entre s,tienen su propio peso y cualidades propias. Los tomos delos diferentes elementos tienen pesos diferentes.

3.-Los tomos permanecen sin divisin, an cuando secombinen en las reacciones qumicas. 4.-Los tomos, al combinarse para formar compuestos

guardan relaciones simples. 5.- Los tomos de elementos diferentes se pueden

combinar en proporciones distintas y formar mas de uncompuesto.

6.-Los compuestos qumicos se forman al unirse tomosde dos o ms elementos distintos.

10UNIVERSIDAD TCNICA FEDERICO

SANTA MARA 08-04-2016

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En 1911, el fsico britnico ErnestRutherford descubri que el interiorde los tomos estaba prcticamentehueco, a excepcin de la zonacentral ocupada por un pequeo

ncleo, en el que se concentrabatoda la masa del tomo y que,adems, tena carga elctricapositiva.

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Hoy sabemos que el tomo es divisible, puesto queest formado por partculas ms pequeas, llamadas

partculas subatmicas.Estas pueden ser de tres tipos:

Los protones y los neutrones estn en el ncleo y loselectrones estn en continuo movimiento formandouna corteza alrededor del ncleo.

ProtonesNeutronesElectrones

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El modelo que ms se utiliza para representarel tomo es el del Sistema Solar.

Ncleo: Se ubica en el centro del tomo es

extremadamente pequeo su radio es

100000 veces ms pequeo que el radio del

tomo- y esta formado por los protones y

los neutrones.

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Protones: son partculas cargadaselctricamente, tienen carga positiva y serepresentan por +.

Neutrones: Son partculas neutras que notiene carga, su funcin primaria es aportarmasa y se representa por 0. Los neutronesadems de aportar masa, son el cementoatmico que permite que los protones no serepelan.

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Los electrones no se encuentran estticos, pues si estoocurriera ellos seran atrados por el ncleo. Al girar agran velocidad se genera una fuerza de atraccin quelos protones ejercen sobre cada electrn.

Desde el punto de vista elctrico nos encontramos, con el ncleo

positivo y la corteza negativa. Desde este punto de vista el tomo

es elctricamente neutro, es decir, el nmero de protones es

igual al nmero de electrones.

Desde el punto de vista msico, en elncleo reside prcticamente la totalidad dela masa del tomo.

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Nmero atmico (Z).- Se define como el nmero de protonesque tiene un tomo.

Como un tomo es elctricamente, el nmero atmico define

indirectamente el nmero de electrones con algunas

excepciones (iones).

Masa Atmica (A).- Es aproximadamente igual a lasuma del nmero de protones y de neutrones. Por elloel nmero entero que da esta suma se llamanmeromsico.

A = Z+ 0

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Istopos.- Son tomos de un mismo elemento quetienen el mismo nmero atmico (Z) pero diferentenmero msico (A).

La existencia de istopos , en prcticamente todos

los elementos, explica que los pesos atmicos dealgunos difieran bastante de ser nmeros enteros.

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Peso Atmico.- Se define como la media ponderada de lasmasas de los distintos istopos que tiene un elemento

expresada en unidades de masa atmica (uma).

umaAtmicoPeso 45,35100

94,365,2497,345,75

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Istopos Masa Atmica Abundancia Peso Atmico

8O16 16 uma 99,757 %

8O18 18 uma 0,204 % 16,00 uma

8O17 17 uma 0,039 %

umaAtmicoPeso 00,16100

17039,018204,016757,99

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Los electrones son pequeas partculas subatmicas con carga negativaque orbitan en capas alrededor del ncleo de un tomo.

Cada capa puede ser considerada como un nivel de energa, y cada nivel deenerga debe estar lleno de electrones antes de que un electrn se mueva auna capa de energa ms alta.

La cantidad de electrones en cada capa vara, los orbitales y la disposicinde los electrones no son como los modelos perfectamente circulares que seven comnmente.

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Los niveles de energa corresponden a cada una de las rbitas y van

de 1 a 7. El nivel 1 es el menor nivel de energa y el 7 es el mayor

nivel.

La capacidad electrnica de cada nivelenergtico est dada por la expresin:2n2, siendo n el nivel energticocorrespondiente.

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La energa esta cuantizada, es decir,no hay niveles energticosintermedios.

El estudio de los espectros atmicos

puso de manifiesto que el tomo nopuede ceder energa en cantidadescualquiera (pues de ser as, emitira unespectro continuo), esto indica que eltomo slo puede poseer unas pocos ydeterminados valores de energa, los

dems le estn prohibidos.Este comportamiento se describe diciendo que eltomo est cuantizado.

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La imagen del electrn girando en rbitas circulares o elpticas entorno al ncleo es demasiado simple para explicar los complejosaconteceres atmicos. En realidad estos electrones circulan a travsde

orbit les

ysuborbit les

.

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Podemos decir que un orbital atmico es unazona del espacio donde existe una altaprobabilidad (superior al 90%) de encontrar alelectrn.

Esto supone considerar al electrn como una nubedifusa de carga alrededor del ncleo con mayordensidad en las zonas donde la probabilidad de

que se encuentre dicho electrn es mayor.

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El orbital s tiene simetra esfrica alrededor del ncleo atmico. En

la figura siguiente se muestran dos formas alternativas pararepresentar la nube electrnica de un orbital s: en la primera, la

probabilidad de encontrar al electrn (representada por la densidad

de puntos) disminuye a medida que nos alejamos del centro; en la

segunda, se representa el volumen esfrico en que el electrn pasa

la mayor parte del tiempo.

Capacidad del orbital s =2 e

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La forma geomtrica de los orbitales p es la de dos esferasachatadas hacia el punto de contacto (el ncleo atmico) yorientadas segn los ejes de coordenadas, obtenindose lostres orbitales p simtricos respecto a los ejes x, ze y.

Capacidad del orbital p =6 e

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Los orbitales d tienen formas ms diversas. Cuatro de ellos

tienen forma de 4 lbulos de signos alternados (dos planosnodales, en diferentes orientaciones del espacio), y el ltimoes un doble lbulo rodeado por un anillo (un doble cononodal).

Capacidad del orbital d =10 e

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Los orbitales f tambin tienen un aspecto multilobular.Existen siete tipos de orbitales

Capacidad del orbital f =14 e

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1s22s22p63s23p64s23d10 4px24py24pz

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33/43QUARKS

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Los cuarks, o quarks, junto conlos leptones, son losconstituyentes fundamentales

de la materia. Varias especiesde quarks se combinan demanera especfica para formarpartculas tales como protonesy neutrones

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Hay seis tipos distintos de quarksque los fsicos de partculas dividenen tres generaciones. En la primeratenemos los quarks arriba (u) yabajo (d). En la segunda, los quarksencantado (c) y extrao (s). Y en latercera, los quarksfondo (b) y cima

(t).

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Las Antipartculas de los quarks sonlos antiquarks, y son denotados poruna barra sobre el smbolo delcorrespondiente quark. As como conla antimateria en general, losantiquarkstienen la misma masa, vidamedia, y espn que sus respectivosquarks, pero con carga opuesta.

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Un quarkes una partcula elemental de laque se componen, ente otros, los protonesy los neutrones.

Un protn tiene dos quarks up y uno down.

el neutrn tiene dos quarks down y uno up.

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Los dos quarks ms lijeros y msfrecuentes son los up y down.

Los quarks up tienen carga positiva ycorresponde a dos tercios de la cargaelemental (la del electrn).

Los quarks down tienen carga negativa ycorresponde a un tercio de la cargaelemental.

Por eso, en un protn: 2/3 + 2/3 - 1/3 = +1 Y en un neutrn: 2/3 - 1/3 - 1/3 = 0

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Se encuentran en el ncleo

Tienen carga elctrica positiva

Poseen una masa semejante a la del tomo de

hidrgeno

PROTONES

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NEUTRONES

Se encuentran en losncleos de los tomos

junto con los protones.

No tienen carga elctrica(son neutros)

Poseen una masa

prcticamente igual a la delprotn

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ELECTRONES

Poseen una masa 1.840veces menor que la del tomoms pequeo (el de hidrgeno)

Tienen carga elctricanegativa

Se estn moviendoconstantemente alrededor delncleo siguiendo unasrbitas

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NEUTRON

El neutrn es una partcula subatmica, un nuclen, sincarga neta, presente en el ncleo atmico de prcticamentetodos los tomos, excepto el protio.

Aunque se dice que el neutrn no tiene carga, en realidadest compuesto por tres partculas fundamentales cargadasllamadas quarks, cuyas cargas sumadas son cero. Por tanto,

el neutrn es un barin neutro compuesto por dos quarks detipo abajo (down), y un quark de tipo arriba (up).