1Capt ulo

TOMO3DEMCRITO DE ABDERA

Naci en Abdera en el ao 460 antes de Cristo. Se le atribuyen nmerosos viajes a Egipto y a laIndia, entre otros, habiendo adquirido en el curso de ellos conocimientos de Teologa, Astrolo-ga, Geometra, etctera. Tambin se le sita en Atenas escuchando las lecciones de Scrates ode Anaxgoras, segn recoge Digenes Laercio: "Parece, dice Demetrio, que tambin pas aAtenas, y que por desestima de su propia gloria no se cuid de ser conocido; y aunque lconoci a Scrates, ste no lo conoci. "Fui -dice- a Atenas, y nadie me conoci". Se dicetambin que fue discpulo de Leucipo, a quien se atribuye la creacin del atomismo, doctrinadefendida por Demcrito. (Sobre la existencia misma de Leucipo hay quienes han llegado aponerla en duda apoyndose en el desconocimiento prcticamente total que tenemos de l y enafirmaciones como las de Epicuro, quien negaba su existencia.)

ESTRUCTURA ATMICA

Sonra! Toda la materia en el Universo

est hecha de partculas Fundamentales.

HISTORIA DEL TOMODurante los siglos VI a IV antes de Cristo, en las ciudades griegas surgi una nueva mentalidad, una nueva forma de ver elmundo no como algo controlado por los Dioses y manejado a su capricho, sino como una inmensa mquina gobernadapor unas leyes fijas e inmutables que el hombre poda llegar a comprender. Fue esta corriente de pensamiento la que pusolas bases de la matemtica y las ciencias experimentales.

Demcrito, uno de estos pensadores griegos, en el siglo IV antes de Cristo, se interrog sobre la divisibilidad de la materia.A simple vista, las sustancias son continuas. Es posible dividir una sustancia indefinidamente? Demcrito pensaba que no,que llegaba un momento en que se obtenan unas partculas que no podan ser divididas ms; a esas partculas lasdenomin tomos, que en griego significa indivisible. Cada elemento tena un tomo con propiedades y forma especfica,distintas a las de otros elementos.Las ideas de Demcrito, sin estar olvidadas completamente, cayeron en desuso durante ms de dos mil aos.

TOMO [ A = sin, tomo = divisin]

El tomo es la mnima porcin de materia que conserva las propiedades de un elemento qumico. Hoy da, sabemos quelos tomos no son, como crea Demcrito, indivisibles. De hecho estn formados por partculas subatmicas fundamenta-les. Estas partculas son:

ElectrnDescubierto en 1897 por el fsico ingls J. J. Thomson (1856 - 1940). Los electrones son partculas con carga elctricanegativa que dan origen a la electricidad cuando fluyen en un conductor. El electrn pertenece a la familia de los leptones.

NeutrnSe encuentra normalmente, como el protn, en los ncleos atmicos. El neutrn no tiene carga elctrica, est hecho de tresquarks y no es una partcula estable en general. Cuando se encuentra libre, fuera del ncleo, sta decae en un protn, unapartcula beta y un neutrino. Fue descubierto por el fsico ingls James Chadwick en 1932. La masa del neutrn esligeramente mayor que la del protn.

2ProtnEs una partcula de carga elctrica igual a la del electrn pero positiva y con una masa 1836 veces mayor a la del electrn. Unprotn est formado por tres quarks y se encuentra normalmente dentro de los ncleos atmicos. En ambientes de muy altaenerga como en el Sol, los protones se encuentran libres.

Partcula Protn (p+) Neutrn (n) Electrn (e-)

ZONA NCLEO NUBE ELECTRNICA

Masa (g) 1,672 6.10-24 1,674 9.10-24 9,109 4.10-28

Masa de uma 1,0073 1,0087 0,000 548 6

Carga absoluta (C) +1,602.10-19 0 -1,602.10-19

Carga relativa +1 0 -1

Observaciones:* Respecto a las masas: mn

> mp+ >> me-

mn ~mp+* A los protones, neutrones y electrones se les denominan partculas subatmicas fundamentales, debido a que en

cualquier tipo de materia son los mismos e indistinguibles unos de otros.

NCLIDOEl trmino nclido se usa para referirse a las diferentes formas atmicas de un elemento qumico formado por un sloncleo. Esta representacin brinda informacin de la composicin de un istopo especfico.

EAZE : Smbolo del elemento qumicoZ : Nmero atmicoA : Nmero de masa

NMERO ATMICO (Z). Denota la carga nuclear de los nclidos. Es decir, el nmero de protones contenidos en elncleo atmico. Este nmero determina la identidad qumica de un elemento y permite ubicar a los elementos en la tablaperidica .

Z = # p+Si el tomo es elctricamente neutro:

# p+= # e-

NMERO DE MASA (A). Determina el nmero de nucleones. Es decir, la suma del nmero de protones y el nmero deneutrones contenidos en el ncleo de un tomo.

A = Z + #n#n = A - Z

IN: Es toda especie qumica con carga elctrica. Un catin monoatmico es un tomo cargado positivamente. Estacondicin se da cuando un tomo neutro pierde electrones (se oxida).

1Na2311 : Catin monovalente

# p+ = 11

# e- = 11-1 = 10

# n= 23-11 = 12

3Un anin monoatmico es un tomo cargado negativamente. Esta condicin se da cuando un tomo neutro gana electro-nes (se reduce).

135

17Cl : Anin monovalente

# p+ = 17

#e- = 17 + 1 = 18

#n = 35 - 17 = 18

INTERRELACIN DE TOMOS

ISTOPOS O HLIDOSLos tomos del mismo elemento pueden tener diferente nmero de neutrones; los diferentes tomos de cada elemento sonllamadas istopos. Por ejemplo, el istopo ms comn del hidrgeno, el protio, no tiene ningn neutrn; tambin hay unistopo del hidrgeno llamado deuterio, con un neutrn, y otro, tritio, con dos neutrones.

+ + +

Protio Deuterio Tritio

Puede un tomo tener cualquier cantidad de neutrones?

No; hay combinaciones preferidas de neutrones y protones, en las cuales las fuerzas que mantienen la cohesin delncleo parecen balancearse mejor. Los elementos ligeros tienden a tener tantos neutrones como protones; los elementospesados aparentemente necesitan ms neutrones que protones para mantener la cohesin. Los tomos con algunosneutrones en exceso o no los suficientes, pueden existir durante algn tiempo; pero son inestables.Los istopos ms comunes son los istopos del hidrgeno:

Nombre Protio Deuterio Tritio

HH11 DH21 TH

31

Z 1 1 1

#e- 1 1 1

#n 0 1 2

A 1 2 3

Masa (en uma) 1,007825 2,0140 3,01605

Abundancia 99,985% 0,015% radiactivo

ISBAROSSon tomos de elementos diferentes con el mismo nmero de masa. Sus propiedades fsicas y qumicas son diferentes.

Ar4018 K4019 Ca

4020

Z 18 19 20

#n 22 21 20

A 40 40 40

4ISTONOSSon tomos de elementos diferentes con el mismo nmero de neutrones. Sus propiedades fsicas y qumicas son diferentes.

Z 25 26

#n 30 30

A 55 56

Mn5525 Fe5626

ESPECIES ISOELECTRNICASSon especies con la misma configuracin electrnica y por consiguiente, con el mismo nmero de electrones.

171-Cl : #e = 17 + 1 -

202+Ca : #e = 20 - 2 -

18Ar: #e = 18 -

ACERCA DE LAS PARTCULAS ELEMENTALES

LAS IDEAS BASICAS SON:Partculas portadoras de fuerza: Cada tipo de fuerza fundamental es transportada por una partcula portadora defuerza (el fotn es un ejemplo).

Partculas materiales: El Modelo Standard establece que la mayora de las partculas de las cuales tenemos conocimientoestn compuestas en realidad de partculas ms fundamentales llamadas quarks. Hay otra clase de partculas fundamentalesllamadas leptones (el electrn es un ejemplo).Lo que hace que el Modelo Standard sea tan amplio es el hecho que todas las partculas observadas pueden ser explicadascon:

* 6 tipos de leptones* 6 tipos de quarks, y...* 4 partculas portadoras de fuerza

QUARKS LEPTONESU (Up) ElectrnD (Down) Neutrino - electrnS (Strange) MunC (Charm) Neutrino - munB (Bottom) TauT (Top/Bottom) Neutrino - tau

FUERZA PARTCULA PORTADORAElectromagntica FotnNuclear Fuerte GlunNuclear Dbil Bozones: W, ZGravedad Gravitn

Los leptones pueden existir sin necesidad de la compaa de otras partculas. Los quarks, en cambio, slo se encuentran engrupos. Hasta este momento; no hay evidencias de que los leptones tengan alguna estructura interna o tamao.Las prximas partculas materiales que vamos a discutir son los llamados quarks.

5PROBLEMAS PROPUESTOS

A. VERDADERO - FALSO. Califique cada uno de los siguientes enunciados como falso (F) o verdadero (V), segncorresponda:

01. El electrn fue descubierto por J.J. Thomson. ( )

02. El protn fue descubierto por James Chadwick en 1932. ( )

03. Un tomo de 108Ag(Z=47) contiene 47 protones, 47 electrones y 108 neutrones. ( )

04. El electrn est formado por quarks. ( )

05. El protn est formado por quarks. ( )

06. Todos los istopos de un elemento tienen el mismo nmero de neutrones. ( )

07. El istopo ms comn del hidrgeno es el protio. ( )

08. El tritio es el istopo ms pesado y radiactivo del helio. ( )

09. El neutrn fue descubierto en 1932 por:

a) Dalton. b) Thomson.c) Rutherford. d) Chadwick.e) Bohr.

10. El nombre del istopo que contiene un protn, unneutrn y electrn es:

a) Protio. b) Deuterio. c) tritio.d) Alfa. e) Positrn.

11. Un ncleo de 63Cu2+ ( Z = 29 ) contiene:

a) 29 protones, 27 electrones y 34 neutrones.b) 29 protones, 29 electrones y 34 neutrones.c) 29 protones y 34 neutrones.d) 27 protones y 34 neutrones.e) 27 electrones y 34 neutrones.

12. Cul de las siguientes partculas no tiene carga elctricaneta?

a) Un electrn. b) Un protn.c) Un tomo. d) Un ncleo.e) Un nuclen.

13. Si un elemento est formado por varios istopos, todosellos tienen:

a) La misma masa.b) La misma carga nuclear.c) El mismo nmero de nucleones.d) El mismo nmero de neutrones.e) El mismo nmero de positrones.

14. Las especies: F - , Ne , Na+ y Mg2+ todos tienen elmismo nmero de:Dato: Z(F= 9, Ne = 10, Mg =12, Na =11)

a) Protones. b) Istopos.c) Neutrones. d) Electrones.e) Positrones.

15. Los istopos del hidrgeno se diferencian en:

a) Masa atmica promedio.b) Carga nuclear.c) Neutrones.d) Electrones.e) Protones.

16. Un tomo de yodo tiene 54 electrones, 74 neutrones y53 protones. Cul es la notacin qumica?

a) I12753 b) 1127

54 I c) I12754

d) 112753 I e) 1127

53I

17. Cul de las notaciones proporciona ms informacinacerca del tomo de sodio?

a) Na b) 11Na c) 23Na

d) 24Na e) Todos igual.

18. Los nmeros de electrones de 3 isbaroselctricamente neutros suman 242. Adems, losnmeros de neutrones suman 262. Hallar el nmerode masa.

a) 124 b) 168 c) 86d) 87 e) 81

19. En cierto tomo, el nmero de neutrones es el dobledel nmero de protones. Si la suma del nmero demasa y de neutrones es 120. Calcular el nmero deneutrones que posee.

a) 10 b) 20 c) 30d) 48 e) 40

620. El smbolo 31 P+ (Z=15) se refiere a una especie quees un istopo. De cul de las siguientes alternativas?

protones neutrones electronesa) 28 13 28b) 27 15 26c) 15 13 13d) 14 13 13e) 13 13 13

21. La diferencia de los nmeros de masa de dos istonoses 3 y la suma de sus nmeros atmicos es 21. Cuntosprotones tiene el tomo ms liviano?

a) 9 b) 10 c) 8d) 12 e) 7

22. La suma de los nmeros de masa de dos istopos es146 y la suma de sus neutrones es 74. Cuntoselectrones tiene el elemento en su estado fundamental?

a) 36 b) 45 c) 72d) 54 e) 18

23. El elemento cloro est formado por dos istoposnaturales: 35Cl y 37Cl, cuyas abundancias estn en unarelacin de 3 a 1 respectivamente. Hallar la masa atmicapromedio del elemento cloro.

a) 10 b) 36 c) 35,5d) 36 e) 36,5

24. La diferencia de nmeros de neutrones de dos istoposde un elemento es 2 y la suma de los nmeros de masaes 72. Cuntos neutrones tiene el istopo ms pesado,si el tomo neutro de dicho elemento contiene 17electrones?

a) 16 b) 19 c) 20d) 11 e) 17

25. Indique correctamente la relacin: partcula-caracterstica.A. neutrn. I. carga elctrica positiva.B. protn. II. carga elctrica negativa.C. electrn. III. sin carga elctrica.D. neutrino.

a) AI, BII, CIII, DI b) AII, BIII, CI, DIc) AIII, BI, CII, DIII d) AIII, BI, CIII, DIIIe) AII, BI, CIII, DIII

26. Seale verdadero (V) o falso (F) segn corresponda:* El nmero atmico define la identidad qumica de

un elemento qumico.* El neutrn es la partcula subatmica ms pesada.* La nube electrnica es la zona de mayor densidad

del tomo.

a) VVV b) VFV c) VFFd) VVF e) FVF

27. Seale verdadero (V) o falso (F) segn corresponda:* El ncleo atmico es elctricamente neutro.* El protn del hidrgeno es ms pequeo que el

protn del oxgeno.* La masa del protn es aproximadamente 1836 ve-

ces la masa del electrn.

a) VVV b) VFV c) FFVd) VVF e) FVF

28. El nmero de masa y el nmero de protones en untomo estn en la relacin de 16 a 7. Si el nmero deneutrones de su catin pentavalente es 15 unidadesmayor que su nmero de electrones. Determine la carganuclear de dicho tomo.

a) 30 b) 35 c) 40d) 45 e) 50

29. El elemento X est formado por dos istopos cuyadiferencia en el nmero de neutrones es 2. Sabiendoque la masa atmica promedio X del es 63,3; el nclidoms liviano tienen una abundancia de 85 % y esistono con el 62Ni(Z=28). Determinar que relacinpresenta el nclido ms pesado con 65Zn (Z= 30).

a) Istopos. b) Isbaros.c) Isoelectrnicos. d) Istonos.e) Ismeros.

30. Los iones E 2- y J 3+ tienen un total de 41 electrones. Sisus nucleones neutros suman 46. Determine elpromedio aritmtico de sus nmeros msicos.

a) 88 b) 82 c) 44d) 92 e) 48

31. La suma de los nmeros de masa de los 5 istopos deun elemento es 360. Si el promedio aritmtico de susneutrones es 39. Determine la carga nuclear de uno deellos.

a) 33 b) 34 c) 35d) 36 e) 37

32. La diferencia de los nmeros de masas de dos istonoses 12 y la suma de sus nmeros atmicos es 72.Determine el menor nmero atmico.

a) 23 b) 30 c) 37d) 42 e) 85

33. La suma de los electrones de los iones J 5- y L 4+ es51. Determine la suma de los electrones de los ionesJ1+ y L2+.

a) 17 b) 35 c) 47d) 48 e) 51

734. Con respecto a las proposiciones:I. Los protones y neutrones son denominados

nucleones.II. Los protones, neutrones y electrones se denomi-

nan partculas subatmicas fundamentales.III. El neutrn es la partcula subatmica fundamental

mas pesada.Es correcto afirmar:

a) I y II b) I y III c) II y IIId) Slo II e) I , II y III

35. Los nmeros msicos de dos istonos se encuentranen la relacin numrica de 7 a 9. Si la diferencia entresus cargas nucleares es 28. Determine el nmero demasa del tomo ms pesado.

a) 120 b) 122 c) 126d) 160 e) 204

36. La suma de los nmeros de masa de 3 istopos es 120y sus nucleones neutros suman 63. Determine elnmero de electrones de un in de este tomo que aloxidarse se transforma en una especie monovalente.

a) 18 b) 19 c) 20d) 21 e) 22

37. Con respecto a los tomos: 8X(A=17) y 8Y(A=18), sepuede afirmar que:

I. El neutrn de X es ms pesado que el neutrn deY.

II. X e Y son istopos.III. La relacin de los protones de X a Y es 10 a 9.IV. Poseen igual nmero de electrones.

a) I y II b) III y IV c) II y IIId) II y IV e) I y III

38. Con respecto a las siguientes especies: 119

9327

13 FAlI. El Al3+ posee 10 electrones y es isoelectrnico con

el F1-.II. El catin posee 14 neutrones.III. El anin posee 29 partculas subatmicas funda-

mentales.Es correcto afirmar:

a) Slo I y II b) Slo I y III c) Solo II y IIId) Slo II e) I , II y III

39. La suma de los nmeros de masa de dos istopos es72. Si en total poseen 38 neutrones, determine la carganuclear de uno de los istopos.

a) 17 b) 18 c) 35d) 37 e) 20

40. Un anin monovalente con 118 partculas subatmicasfundamentales, posee 45 neutrones. Determine sunmero atmico.

a) 16 b) 18 c) 32d) 34 e) 36

41. La relacin entre el nmero de masa y el nmeroatmico de un tomo neutro es de 16 a 7. Si posee 45neutrones, cuntos electrones posee su catindivalente?

a) 43 b) 45 c) 35d) 37 e) 33

42. En un tomo neutro el nmero de protones es alnmero de neutrones como 3 es a 7. Si su nmero demasa es 80, determine su nmero atmico.

a) 24 b) 56 c) 32d) 48 e) 104

43. La diferencia de los nmeros atmicos de dos isbaroses 2 y la suma de sus neutrones es 42. Determine elnmero de neutrones del isbaro con mayor carganuclear.

a) 18 b) 20 c) 22d) 24 e) 26

44. La diferencia de los nmeros de masa de dos istonoses 1 y la suma de sus nmeros atmicos es 69.Determine el nmero atmico del tomo ms ligero.

a) 35 b) 34 c) 33d) 32 e) 31

45. La suma de los electrones de las siguientes especiesisoelectrnicas: S2- y Ca2+ es 36. Si el de mayor carganuclear posee 22 neutrones, determine su nmero demasa.

a) 16 b) 18 c) 20d) 38 e) 42

46. La suma de los nmeros de masa de dos istopos es42 y su diferencia es 2. Si, adems, el nmero atmicoes la mitad del menor nmero de masa. Determinecuntos neutrones posee el istopo ms pesado.

a) 10 b) 12 c) 15d) 18 e) 30

47. Determine el nmero de electrones de un catindivalente, cuyo nmero de masa es 200 y en el cual lacantidad de protones es a la cantidad de neutronescomo 2 es a 3.

a) 78 b) 80 c) 82d) 118 e) 122

848. Con respecto a las proposiciones, seale verdadero(V) o falso (F) segn corresponda:* Los nclidos C-12 y C-14 poseen propiedades

qumicas similares.* Para dos isbaros: el de mayor carga nuclear presen-

ta menor cantidad de neutrones.* Para dos istonos: la diferencia de sus nmeros

msicos es igual a la diferencia de sus nmerosatmicos.

a) VVV b) VFV c) VFFd) VVF e) FVF

49. En un tomo, la diferencia de cuadrados del nmeromsico y el nmero atmico es 60 veces el nmero deneutrones. Si, adems, el nmero de protones es alnmero de neutrones como 3 es a 4. Determine cuntosnucleones posee el tomo.

a) 37 b) 40 c) 42d) 43 e) 45

50. Se tiene tres istopos con nmeros de masaconsecutivos. Si el promedio de dichos nmerosmsicos es 16 y el istopo ms pesado posee 10neutrones. Determine la suma de los neutrones de losotros dos.

a) 14 b) 15 c) 16d) 17 e) 19

51. Completar el siguiente cuadro para las especiesisoelectrnicas: K 1+ S 2-

ESPECIE Z e- A n

K1+

S2- 34 18

21

Qu relacin existe entre el catin K+1 y el Ca-40(Z=20)?

a) Istopos. b) Isbaros. c) Istonos.d) Hlidos. e) Isoelectrnicos.

52. La diferencia de cuadrados entre l nmero de masa yl nmero atmico de un tomo neutro es 2580. Siposee 30 neutrones, determine su carga nuclear.

a) 28 b) 58 c) 86d) 114 e) 144

53. Seale la proposicin incorrecta:a) Todos los tomos tienen protones.b) La especie qumica monoatmica 35626E tiene 30

neutrones.c) El in 33115P tiene 18 electrones.d) En toda especie qumica monoatmica neutra, el

nmero de protones es igual al nmero de electro-nes.

e) Todos los tomos siempre tienen protones yneutrones en su ncleo atmico.

54. Responda verdadero (V) o falso (F) segn corresponda:

I. Histricamente, el neutrn fue la primera partculasubatmica en descubrirse.

II. Dado que un ncleo puede emitir electrones, elncleo de un tomo est conformado por protones,neutrones y electrones.

III. El nmero de neutrones de un tomo puede calcu-larse restando el nmero atmico del nmero demasa.

a) VVV b) VFF c) FVVd) FVF e) FFV

55. El elemento boro (m.A. = 10,8) est formado por dosistopos naturales que se diferencian en 1 neutrn.Sabiendo que las abundancias estn en una relacinde 1 a 4 y el nclido ms pesado, es ms abundante.Determine el nmero de masa del istopo ms liviano.

a) 10 b) 11 c) 12d) 13 e) 9

56. Para la especie qumica: Ag10847 , indique laproposicin incorrecta:

a) El nmero atmico de la plata es 47.b) En 10 tomos de plata, existen 610 neutrones.c) El catin plata contiene 48 electrones.d) El nmero de nucleones de la plata es 108.e) En 10 tomos de plata, existen 470 protones.

57. Seale como verdadero (V) o falso (F) las proposicionessiguientes:I. El protn y el neutrn tienen la misma masa.

II. El 12311Na y 216

8O el tienen el mismo nmero de

electrones.

III. El Ca4020 y Ar4018 tienen igual nmero de

neutrones.

a) FFF b) FVF c) FVVd) VFV e) VVV

58. Cules de las siguientes proposiciones son correctas?I. En el ncleo, se generan una diversidad de partcu-

las subatmicas.II. Los electrones estn formados por quarks.III. Los electrones pertenecen a la familia de los

hadrones.

a) Slo I b) Slo II c) Slo IIId) I y III e) II y III

959. Un catin divalente y un anin trivalente poseen igualnmero de electrones y 71 protones totales. Si el catinposee 50 neutrones. Cul es el nmero de masa delcatin?

a) 49 b) 76 c) 88d) 91 e) 33

60. Si un elemento tiene dos istopos, qu proposicionesson correctas:I. La masa atmica relativa promedio siempre es ma-

yor que la masa atmica relativa del istopo msliviano y menor que la masa atmica relativa delistopo ms pesado.

II. Si la masa atmica relativa promedio de un ele-mento es aproximadamente el promedio de lasmasas atmicas relativas de sus istopos; entonces,la abundancia relativa de cada istopo es aproxi-madamente 50%.

III. En una determinada cantidad de tomos se encon-trar que la mayor parte de estos tienen una masaigual a su masa atmica relativa promedio expre-sada en uma.

a) II y III b) II c) I y IIId) I y II e) I,II y III

10

Claves Claves

V

F

F

F

V

F

V

F

d

b

c

c

b

d

c

d

b

b

d

c

a

a

c

b

c

d

c

b

b

c

a

b

c

e

c

a

d

e

a

e

e

a

b

b

e

b

a

a

c

d

b

a

e

e

a

c

b

a

c

d

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