UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS,

PETRÓLEOS Y AMBIENTAL

ESCUELA DE INGENIERÍA EN MINAS

ELECTROTECNIA

Aguirre Gordón Viviana Cecilia

Quito – 2012-09-18

ESTRUCTURA DE LA MATERÍA

La materia está compuesta por moléculas y estas a su vez por átomos, mediante uniones simples, que determinan las características físicas, químicas y eléctricas.

LA MOLÉCULACuando dos o más átomos se unen entre sí se forman las moléculas. La molécula es la parte más pequeña de un compuesto químico que conserva sus propiedades.La teoría básica de la electricidad está íntimamente relacionada con la teoría molecular y consecuentemente con la teoría atómica.

FUERZAS INTERMOLECULARES.

Tienen estrecha relación con las fuerzas interatómicas que son la base en la determinación de los tres estados básicos de la materia:

SÓLIDO LÍQUIDO GASEOSO

La alteración de las condiciones externas: Temperatura, presión, tensión, posibilitan cambiar el estado de la materia. La estructura de la materia siempre permanecerá igual independientemente del estado en el que se encuentre.

Se conocen dos tipos principales de fuerzas intermoleculares:

Fuerzas de atracción o de cohesión. En los sólidos las moléculas se encuentran muy unidas entre sí por

esta fuerza, además es posible tener un volumen constante determinado por la rigidez y resistencia mecánica dada por las mismas.

Los líquidos presentan menor magnitud que en los sólidos. Son fluidos que tienen volumen constante pero no forma propia, sino que toman la del recipiente que los contiene.

En estado gaseoso encontramos moléculas que se encuentran separadas entre sí. No tienen volumen definido ni forma propia, ya que las moléculas que los forman se desplazan en varias direcciones y a gran velocidad. En este estado las fuerzas de atracción son insignificantes.

Fuerza de repulsión. En los sólidos se consideran solo cuando la distancia intermolecular

tiende a reducirse. En líquidos la fuerza de repulsión es mayor que en los sólidos. En estado gaseoso las fuerzas de repulsión son muy significativas.

ESTRUCTURA ATOMICA

EL ÁTOMO

Es la unidad fundamental de la materia y es la menor cantidad de un elemento que entra en la combinación química y que no puede reducirse a partículas más simples.

Presenta propiedades físicas, químicas y eléctricas que determinan el comportamiento de la materia.

TEORÍA ATÓMICA. RESEÑA HISTÓRICA

Los filósofos de la antigua Grecia no utilizaban ni la medición ni la experimentación para llegar a conclusiones. De esta forma, se establecieron dos teorías:Atomista y continuista, que se basaban en la existencia de partes indivisibles o en que siempre se podía seguir dividiendo.

En el siglo V a.C., Leucipo pensaba que sólo había un tipo de materia. Sostenía, además, que si dividíamos la materia en partes cada vez más pequeñas, acabaríamos encontrando una porción que no se podría seguir dividiendo.

Demócrito, un discípulo suyo, bautizó a estas partes indivisibles de la materia con el nombre de átomos (“que no se puede dividir”.)

Los atomistas pensaban que:- Todo está hecho de átomos. Si dividimos una sustancia muchas veces, llegaremos a ellos.- Las propiedades de la materia varían según como se agrupen los átomos.- Los átomos no pueden verse porque son muy pequeños

Aristóteles rechazó la teoría atomista y estableció que la materia estaba formada por cuatro elementos: tierra, agua, aire y fuego, esta teoría se llamó continuista.

En 1808, John Dalton publicó su teoría atómica, en la que retomaba las antiguas ideas de Leucipo y Demócrito pero basándose en una serie de experiencias, formulando varios enunciados.

MODELOS ATOMICOS

Para llegar al modelo actual del átomo se han tomado en cuenta varios modelos:

MODELO DE DALTON.Presenta su modelo atómico con los siguientes postulados:

1.- La materia está formada por minúsculas partículas indivisibles llamadas átomos.

2.- Los átomos de un mismo elemento químico son todos iguales entre sí y diferentes a los átomos de los demás elementos.

3.- Los compuestos se forman al unirse los átomos de dos o más elementos en proporciones constantes y sencillas.

4.- En las reacciones químicas los átomos se intercambian; pero, ninguno de ellos desaparece ni se transforma.

MODELO DE THOMSON

En 1898, ya habla de cargas positivas y negativas interatómicas. Representa al átomo como una esfera de carga positiva con incrustaciones de carga negativa, que neutralizan las cargas positivas y dan la condición neutra al átomo.

MODELO DE RUTHERFORD

Todos los átomos del elemento Hidrógeno son iguales entre sí en todas las propiedades: masa, forma, tamaño, etc., y diferentes a los átomos de los demás elementos

En 1911 considera que en la parte central del átomo tiene un núcleo en el cual se concentra la carga positiva y casi toda la masa del átomo, y alrededor de el giran los electrones.Bombardeando una fina lámina de oro con partículas alfa (positivas), procedentes de un material radiactivo, a gran velocidad. Observó el siguiente comportamiento en las partículas lanzadas:La mayor parte de ellas atravesaron la lámina sin cambiar de dirección, como era de esperar. Algunas se desviaron considerablemente. Unas pocas partículas rebotaron hacia la fuente de emisión.

Así obtuvo que el núcleo es 100 000 veces más pequeño que el átomo pero 1800 veces más pesado.

MODELO DE BOHR

En 1913 considera que los electrones están ubicados en ciertas orbitas cada una de ellas con su nivel energético.

MODELO DE SOMERFIELD

En 1916 descubre la existencia de neutrones e indica que los electrones no solo giran en orbitas circulares sino también en elípticas.

Gracias al descubrimiento del neutrón se pudo tener una idea más clara de la estructura atómica.

TEORÍA CUÁNTICA1. Los electrones en los átomos se ubican en capas, órbitas o niveles de

energía alrededor del núcleo.2. Los electrones que se encuentran en órbitas más cercanas al núcleo tienen

menor energía cuando se comparan con los electrones localizados en capas más alejadas al núcleo.

3. Cualquier electrón en un átomo puede tener solo ciertos valores de energía permitidos. Pues, esta energía determina qué órbita ocupa un electrón.

4. Los electrones pueden moverse de una órbita a otra. Para esto un electrón debe ganar o perder una cantidad exacta de energía que se conoce con el nombre de cuanto o partícula de luz.

ESTRUCTURA NUCLEAR

Se refiere a la parte central del átomo, y en el cual se encuentran los protones y neutrones, en conjunto son llamados nucleones.

Además en el núcleo se concentra el 99.9% de la masa atómica Se cree que el protón es 1800 veces más pesado que el átomo

o PROTON

Es la partícula eléctrica más pequeña con carga positiva con un valor de 6 * 10 -19 Culombios y una más de 1.67*10-24g.

o NEUTRON

Es una partícula con masa similar a la del protón en reposo, pero carece de carga eléctrica.

Tanto el protón como el neutrón determinan características importantes del átomo, como el número atómico, masa atómica, isótopos, isobaros.

CONFIGURACION ELECTRONICA

En el modelo atómico de Bohr, y en los posteriores, se considera que los electrones de la corteza se sitúan en niveles de distinta energía. Estos niveles de energía se numeran del 1 al 7 por orden creciente de la energía que tienen los electrones en el orbital.

Cada uno de estos niveles puede contener a su vez subniveles energéticos que se designan con las letras s, p, d y f.La distribución de los electrones de un átomo en estos niveles y subniveles es lo que se conoce como configuración electrónica.Para escribir la configuración electrónica de un elemento conocido el número de electrones que posee sólo es necesario tener en cuenta unas reglas básicas: Los subniveles que contiene cada nivel energético: el primer nivel consta

únicamente de un subnivel s, el segundo un s y otro p, el tercero s, p , d y a partir del cuarto se puede considerar que contiene cuatro (s, p d y f).

El número máximo de electrones de cada subnivel, que es el siguiente: en el subnivel s puede haber un máximo de 2 electrones, 6 en el p, 10 en el d y 14 en el f. Esto se debe a que en cada orbital cabe un máximo de dos electrones y los subniveles s, p, d y f contienen 1, 3, 5 y 7 orbitales respectivamente.

El orden de llenado de los subniveles (de menor a mayor energía), puede determinarse mediante el siguiente diagrama:

SUBPARTICULAS ATOMICAS

En el núcleo atómico existen otras partículas como mesones, neutrino, hiperones, etc

Los átomos tienen carga neutra, por lo que el número de electrones es igual al número de protones.

o NEUTRINO Y ANTINEUTRINO

El neutrino es una partícula postulada por Pauli para explicar el espectro continuo de rayos beta en las desintegraciones radiactivas. Esta partícula tendría que ser bastante ligera e interaccionar muy débilmente. De hecho, sus interacciones son tan débiles que tuvieron que pasar veinticinco años hasta que su existencia fuera confirmada experimentalmente.Una de las propiedades más enigmáticas de los neutrinos es su masa. Dado que es muy difícil detectar los neutrinos, hasta hace unos años la única manera de medir su masa era indirectamente, y lo que resulta más interesante es que todas ellas apuntaban a que la masa de los neutrinos era diminuta. Se sabía que el neutrino más ligero tenía una masa al menos cien mil veces menor que la masa del electrón.Se considera que los antineutrinos son antipartículas de los neutrinos.

o POSITRON

También conocida como antielectrón es una partícula elemental. Posee la misma cantidad de masa y carga eléctrica del electrón; sin embargo, esta es positiva. No forma parte de la materia ordinaria, sino de la antimateria, aunque se producen en numerosos procesos radio químicos como parte de transformaciones nucleares.

Esta partícula fue predicha por Paul Dirac en el año de 1928, para luego ser descubierta en el año 1932 por el físico norteamericano Anderson al fotografiar las huellas de los rayos cósmicos en una cámara de niebla.

o TEORIA DEL QUARK

Los Quark son las porciones más pequeñas de la materia y son los que conforman algunas partículas subatómicas. A los quarks se les llama hadrones.

En la física de las partículas los quarks son los constituyentes fundamentales de la materia junto con los leptones. Varias especies de quarks se combinan de manera específica para formar partículas tales como protones y neutrones. Los quarks son

las únicas partículas fundamentales que interactúan con las cuatro fuerzas fundamentales.Los quarks son partículas de espín 1/2, por lo que son fermiones. Forman la materia visible junto a los leptones.Hay seis tipos de quarks, se dividen en tres generaciones y la masa de cada uno de los seis quarks va aumentando según la generación.El color también varía pero de forma continua y independiente.

NUMERO ATOMICO (Z)

Todos los átomos de un mismo elemento tienen el mismo número de protones , por lo tanto , tienen el mismo número atómico.

MASA ATOMICA (A)

Es la suma de los protones y los neutrones que tiene un átomo.

ISOTOPOS

Son átomos de elementos que tienen igual número atómico pero diferente masa atómica. Igual número de protones pero no de neutrones.

Ejemplo:

3517Cl 37

17Cl

ISÓBAROS

Z= # DE PROTONES= # ELECTRONES

A= # DE PROTONES+ # NEUTRONES

Son átomos de elementos que tienen la misma masa atómica pero diferente número atómico.

Ejemplo:

23490U 234

91U 23492U

ARQUITECTURA ELECTRONICA

La parte externa del núcleo en la que giran los electrones es conocida como elemento extra nuclear; además se tiene que la carga del electrón es igual a la del protón pero negativa y con una masa de 9.1*10-28g.

La teoría cuántica no describe al electrón como una partícula que gira alrededor del núcleo, sino más bien describe a los electrones como una nube alrededor del núcleo (densidad electrónica).

o NUMEROS CUANTICOS

El modelo atómico tiene cuatro números cuánticos:

Número cuántico principal. (n)

Representa la distancia entre el núcleo y el último electrón, es decir el nivel en el que se encuentra el electrón Puede tomar valores del 1-7

Número cuántico secundario.(l)

Representa la forma del orbital en el cual se mueve el electrón.

1 s2 s, p3 s, p, d4 s, p, d, f5 s, p, d, f

Número cuántico magnético. (m)

s Sharp (2 e)p Principal (6 e)d Difuso (10 e)f Fundamental (14 e)

Indica el número de orientaciones de cada subnivel.

Número cuántico del espín.

Describe el giro del electrón sobre su propio eje. Este giro puede darse en dos sentidos: horario o anti horario.Sus valores son +1/2 y –1/2 y se simbolizan por una flecha hacia arriba o hacia abajo, según el caso.

o NIVELES DE ENERGIA

Estos niveles se han cuantificado en números del 1 al 7y esta denominado con las letras K, L, M, N, O, P. Cada nivel energético tiene a su vez subniveles.

o SUBNIVELES DE ENERGIA

La representación del subnivel es 1s2. Donde

1: Nivel

s:Subnivel

2:# de electrones

o NUMERO MAXIMO DE ELECTRONES POR NIVELES Y

SUBNIVELES

s 1orientación 1#magnéticop 3 orientaciones 3#magnéticod 5 orientaciones 5#magnéticof 7 orientaciones 7#magnético

Cada nivel y subnivel tienen un número determinado de electrones dado por la fórmula 2 n2.

1= 2 (1)2=22= 2 (2)2=83= 2 (3)2=184= 2 (4)2=325= 2 (5)2=506= 2 (6)2=727= 2 (7)2=98

REGLA DE PAULING

Según este principio, un átomo no puede tener dos electrones con cuatro números cuánticos iguales.Es decir que cada electrón tiene una combinación especial, que de algún modo es diferente en la representación de electrones de otros átomos.

LEY DEL OCTETE

En las reacciones químicas para la formación de compuestos, los átomos tienden a intercambiar electrones con otros átomos hasta completar ocho electrones en su última capa.

Los metales consiguen sus ocho electrones perdiendo los pocos electrones de su última capa.

Los no metales consiguen sus ocho electrones ganado los pocos electrones que faltan en su última capa.

DIAGRAMA DE PAULING

Es un diagrama realizado por el químico estadounidense Linus Carl Pauling para ayudar en la distribución de los electrones en los subniveles.

es un diagrama realizado por el químico estadounidense Linus Carl Pauling para ayudar en la distribución de los electrones en los subniveles.

BIBLIOGRAFÍA

AZIMO,I. “Breve historia de la química”. Alianza Editorial. Madrid 2008

BABOR, J. Ibarz. “Química General Moderna”.Editorial Marión.

Barcelona. 2009

http://fisitic.wikispaces.com/file/view/modelos+atomicos-Elena+Armas-

4%C2%BAA.pdf

http://repositorio.sistemauno.com.co/secundaria/quimica_c/Ampliaciones/

Ampliacion/Quimica%2010/N%FAmeros%20cu%E1nticos.pdf

http://www.cosmofisica.org/DOCUMENTOS%20EN%20CATEGORIAS/

F.P.ATOMO/modelos%20atomicos.pdf

http://www.bioygeo.info/pdf/06_Atomos_y_moleculas.pdf

http://quimica1x.blogspot.com/2012/05/modelo-atomico-actual-

ejercicios.html