ESTRUCTURA Atómica

El estudio del átomo y su estructura se realizó intensamente en las primeras décadas del Siglo XXX y la mayor concreción para sus teorías fue la explosión de la bomba atómica lanzada durante la segunda Guerra Mundial sobre la ciudad de Hiroshima(Japón) en el año 1945 . Ella dio su total respaldo a la equivalencia E = m*c2 planteada en 1905 por A. Einstein.
La existencia del Neutrón en el interior del núcleo atómico fue descubierta sólo en el año 1933.
Los nuevos modelos actuales del átomo han permitido un estudio más profundo de las propiedades de los materiales y del potencial de sus aplicaciones.

Modelo de la Mecánica Cuántica

La energía de cada nivel de orbitas electrónica está formada por pequeñas cantidades llamados “Cuántos” de energía con valores “discretos y específicos” para cada órbita. Si un electrón cambia de órbita (salto cuántico) requiere o libera energía en forma de “cuántos” según que suba a una órbita mayor o baje a una de menor nivel energético.

Modelo de la mecánica Ondulatoria

En ella se considera que la conducta del electrón es dual, a veces como una partícula corpuscular (con masa) y en otras como una onda de energía, por ello la determinación de su posición dentro del átomo es compleja y sólo es posible determinar la probabilidad de estar en una zona determinada alrededor del núcleo atómico.
Los átomos son eléctricamente neutros.
Las cargas negativas(-) de sus electrones(-e) en órbitas se equilibran por la misma cantidad de cargas positivas (+) de los protones que hay al interior de su núcleo.
En el núcleo, además de los protones (+) están los neutrones que no tienen cargas eléctricas. Los protones y los neutrones tienen el mismo peso y la suma de ellos forman el peso del átomo
El peso de un protón es igual a la unidad de peso atómico. EL átomo más liviano y pequeño es del Hidrógeno= 1 porque tiene un electrón en orbita y un protón en su núcleo (no tiene neutrones).
Los electrones orbitales definen las propiedades Químicas (combinaciones) de los átomos mientras que su núcleo define las carácterísticas Físicas(peso, masa, conductividad, etc) de ellos.
Los actuales estudios sobre la estructura del átomo indican que, además de los tres elementos básicos, electrón, protón y neutrón existen otros componentes de él denominados partículas sub atómicas que explican el complejo comportamiento real del átomo. Algunas de ellas, que se estudian en la Física actual, son:

Fermiones, Quarks y antiquarks, Hadrones, Leptones, Mesones, Neutrinos, Gluones, Piones, Fotones, etc

Ionización

Cuando un átomo pierde un electrón(-) de sus capas exteriores entonces pierde su equilibrio eléctrico y queda cargado positivamente. Se dice que se ha formado un IÖN positivo o Catión.
En otros casos cuando el átomo captura o gana un electrón se forma un ION negativo o Anión .
En la naturaleza existen en forma natural 94 tipos de átomos diferentes, llamados también 94 “elementos naturales” los cuales constituyen la base de formación de toda la materia existente
Los átomos de los 94 elementos naturales se diferencian entre sí, por la cantidad de protones(+) que tienen en sus núcleos y que es igual a la cantidad de electrones (-) que hay en sus respetivos orbítales. Dos átomos pueden tener las mismas cantidades de electrones orbitales y las mismas cantidades de protones en sus núcleos pero diferentes cantidades de neutrónes nucleares. Se dice entonces que ellos son ISOTOPOS entre sí.
Los Isótopos de un mismo elemento tienen igual comportamiento químico(hacen las mismas combinaciones) pero diferentes propiedades físicas ( peso masa, etc).

Ej: El Hidrógeno normal (H) no tiene neutrones en su núcleo sólo un protón (+) y su peso atómico es = 1 Con el Oxígeno(O) forma químicamente la molécula de agua normal ( H2O). El Deuterio (D) es también un átomo que tiene un electrón(-), más un protón(+) y además un neutrón en su núcleo, por ello el Deuterio es un Isótopo del Hidrógeno pero es más pesado que este. Forma con el oxígeno una molécula de agua (D2O) más pesada que la normal. EL deuterio es abundante en el agua del mar(más pesada que la dulce) y el AGUA PESADA se utiliza en las pilas atómicas de los reactores nucleares de potencia.
El Tritio es también un isótopo del hidrógeno pero que tiene dos neutrones en su núcleo. Es un material básico para la obtención de la energía nuclear por Fusión NUCLEAR.

TABLA Periódica DE LOS ELEMENTOS

Ella ordena a los 94 elementos naturales (y los nuevos creados artificialmente) en orden creciente de su cantidad de electrones orbitales que son iguales a la cantidad de protones en sus núcleos. Este orden define al N° Atómico del elemento que va desde el N° 1 para el Hidrógeno(el más liviano) al 94para el Plutonio (el más pesado) para los elementos naturales y el 103 o más para los creados artificialmente.
Por sus carácterísticas Físicas y Químicas los 94 elementos naturales se agrupan en METALES, METALOIDES y NO METALES los cuales pueden combinarse, mezclarse o alearse entre ellos para formar las moléculas de todas las sustancias compuestas.

ESTADOS DE LA MATERIA

Los diferentes tipos de átomos se combinan entre sí formando las moléculas de las distintas sustancias específicas que conforman a la materia. EL límite de división de las SUSTANCIAS es la Molécula, mas allá están los elementos o átomos. Las moléculas se agrupan entre sí formando conjuntos moleculares que se encuentran en la naturaleza, en las condiciones normales de temperatura y presión( 16-20°C y nivel del mar) en tres estados distintos :

SÓLIDO, LIQUIDO Y GASEOSO

 Un SÓLIDO se define como un conjunto de moléculas unidas por una gran fuerza Cohesiva de la cual dependen varias propiedades de él(tenacidad, elasticidad, alargamiento, etc). Ellos mantienen su forma inalterable permanentemente y tienen dureza (resistencia a la penetración)
Los Líquidos corresponden a conjuntos cuyas moléculas se encuentran libres entre ellas, sin fuerzas de uníón. No tienen forma propia o estable(adoptan la forma del vaso que los contiene), no tienen dureza. En estados libres los líquidos fluyen hacia el centro de la tierra (hacia abajo)
Los GASES son conjuntos cuyas moléculas tienen entre sí una gran fuerza expansiva que tiende a separarlas permanentemente y ellas se encuentran en constante movimiento.
Ejercen presión sobre las paredes del depósito que los contienen, son muy elásticos y en estado libre fluyen en todas direcciones.

 Una misma sustancia o materia puede estar en cualquiera de los tres estados, dependiendo de la temperatura y la presión en que se encuentre. Ej¸ el agua es hielo sólido a menos de O°C de temperatura; es agua líquida entre O° y 100°C; y es gás o vapor sbre 100°C.

CAMBIOS DE ESTADOS DE LA MATERIA

Pueden realizarse con ayuda del CALOR el cual con el aporte de su energía hace posible realizar el trabajo de cambio de estado e la materia.
La energía calórica entregada a un sólido le hace subir su temperatura hasta la llamada temperatura de fusión punto en el cual se inicia el cambio del estado sólido al líquido, sin embargo, para completarla es necesario aportar una cantidad más de calor llamada calor de fusión.
Si se entrega más calor al nuevo estado líquido, su temperatura sube nuevamente hasta llegar a la temperatura de ebullición donde comienza el cambio de líquido a gas (vapor).
Este proceso de cambios es reversible, es decir, si se quita el calor enfriando la temperatura baja y se recuperan los estados líquidos y sólidos iniciales.

Teoría cinética del calor

. Ella dice que en todo momento, las partículas internas de un cuerpo se encuentran en un estado de vibraciones constantes.
La Temperatura corresponde y mide el nivel externo de las vibraciones internas del cuerpo. Si se aporta calor a un cuerpo la energía calórica hace subir la actividad vibratoria de sus partículas interna a un nivel mayor y la temperatura del cuerpo sube
. El calor es un estado cinético de la energía.
La temperatura absoluta de cero °Kelvin (-273°C) corresponde al nivel cero de vibraciones internas de la materia.

UNIONES ENTRE Átomos Y Moléculas

Las uniones entre ÁTOMOS llamadas primarias son las más fuertes y se realizan de tres formas diferentes:
Uniones IÓNICAS que se forman por la atracción eléctricas entre iones positivos y iones negativos (CATIONES y ANIONES). Son las uniones más intensas.
Uniones COVALENTES que resultan cuando dos o más átomos comparten un mismo electrón orbital.
Uniones Metálicas, en estos materiales las cargas positivas tienden a agruparse entre sí dejando a las cargas negativas como una nube de electrones libres en torno a ellas.

Estos electrones libres pueden desplazarse con gran facilidad formando un flujo que constituye una corriente eléctrica.

Esta uníón propia de los metales es causa de la gran conductividad eléctrica y térmica de estos materiales.
Las uniones entre Moléculas llamadas secundarias son menos fuertes que las primarias y sus tipos son:
Uniones de VAN DER WAALS que resultan por las atracciones de los Dipolos que se forman entre el conjunto de los átomos de las moléculas,
Uniones por PUENTE DE Hidrógeno que caracterizan a las uniones de moléculas que contiene átomos de Hidrógeno.( Hidro-carburos)