Los Atomos y sus electrones

EXPlORANDO lA QUIMICA

                 El mundo de la química…

En su sentido más amplio, la química, estudia las diversas sustancias que existen en nuestro plan .Por otra parte, la química, estudia la estructura de las sustancias, a su nivel molecular.

Eta. Asimismo, las reacciones, que las transforman, en otras sustancias.

          ¿PARA QUE SIRVE LA QUIMICA?

Es gracias a la química, lo que nos ha permitido explicar los procesos químicos que tienen lugar en la naturaleza, con la ayuda inseparable de las leyes físicas por las que se rige toda la materia, adema de las matemáticas como herramienta que permite calcular con exactitud.

¿Qué es la Química para que sirve y cuáles son sus ramas?

-Química general: estudia los fenómenos comunes de toda la materia, sus propiedades y leyes.

-Química inorgánica: estudia las substancias constituyentes de la materia sin vida igual se encarga a los elementos químicos aceptó al carbono.

-Química orgánica: estudia las sustancias de la materia viva así como todos los compuestos conformados por el carbono.

-Bioquímica: estudia los procesos químicos que ocurren con los seres vivos.

-Quimiurgia: estudia la aplicación de la química en la agricultura.

-Geoquímica: es la rama de la química que se encarga de estudiar todos los componentes de la tierra.

Química, estudio de la composición, estructura y propiedades de las sustancias materiales, de sus interacciones y de los efectos producidos sobre ellas al añadir o extraer energía en cualquiera de sus formas.

HISTORIA DE LA QUÍMICA

El origen de la química se remonta a nuestros primeros ancestros cuando observaban fenómenos naturales como la transformación de la madera en cenizas por la acción del fuego o la fermentación del mosto en vino, por otro lado desarrollaron técnicas metalúrgicas para la fabricación de objetos de cobre, hierro o bronce así como transformaban otros materiales para la obtención de vidrios, cerámicas o tintes, la química ha estado presente desde el origen de la humanidad.

Durante siglos la química fue un arte más que una ciencia hasta que los antiguos filósofos griegos profundizaron sobre la composición y transformación de la materia sentando las bases de esta disciplina, Empédocles promulgó la teoría de los 4 elementos por medio del cual se suponía que toda la materia estaba compuesta por fuego, aire, agua y tierra, por otro lado Demócrito propone la composición de la materia por partículas indivisibles a las que llamó átomos.

La alquimia fue la verdadera base de la química moderna, los hombres y mujeres que practicaban esta disciplina no solo buscaban la fórmula maestra para obtener oro a partir de metales o la búsqueda del elixir de la vida eterna, una gran número de alquimistas escribían las experiencias y reacciones químicas que se producían en sus experimentos las cuales trataban de explicar desde un punto de vista filosófico.

Durante el renacimiento se utilizó las experiencias y sabiduría escritas por los antiguos alquimista para darle una explicación científica y apoyada en experimentos naciendo la ciencia de la Química, podemos considerar a Robert Boyle como el padre de esta ciencia gracias a la publicación en 1661 de su libro "el químico escéptico" en donde apostaba por la experimentación científica como medio para validar las teorías químicas.

Posteriormente en el Siglo XXVIII Antonie Lavoisier consolidó esta ciencia mediante la experimentación cuantitativa, así promulgo la ley de la conservación de masas, estudió la composición del agua como una parte de hidrógeno y otra de oxígeno, demostró la necesidad de presencia de oxígeno para que exista un proceso de combustión y participó en el desarrollo de la nomenclatura química por medio de la cual se estableció las reglas para nombrar los diferentes elementos y compuestos químicos.

En el siglo XIX Jhon Dalton desarrolla la teoría atómica recuperando las ideas de Demócrito y siendo la base para explicar los procesos químicos y las proporciones en las que reaccionaban la materia, Dimitri Mendeleyev presenta la primera tabla periódica moderna organizada con los 66 elementos conocidos en aquella época y J. J. Thompson descubre el electrón.

En el futuro gracias a la química computacional podremos diseñar complejas estructuras moleculares empleadas con un fin específico, sintetizaremos nuevos materiales ligeros, resistentes, flexibles y autoreparables, dispondremos de nuevos fármacos que eliminaran gran parte de las enfermedades actuales, podremos fabricar alimentos en el laboratorio a un bajo coste eliminado el hambre... sin duda la química mejorará nuestra calidad de vida.

¿QUE ES UN ATOMO?

Actualmente se define un átomo como la unidad más pequeña que compone un elemento químico el cual está constituido por un núcleo y por un número finito de electrones que lo rodean.

Desde el concepto del átomo desarrollado por primera vez en la antigua Grecia hasta los últimos descubrimientos desarrollados en los aceleradores de partículas de última tecnología, el concepto y definición de átomo ha cambiado de manera extraordinaria.

Los antiguos filósofos griegos Leucipo y Demócrito fueron los primeros en describir el átomo como la unidad mínima e indivisible de la que está compuesta toda la materia, esta definición fue toda una revolución en la época puesto que se afirmaba que todo lo que nos rodea estaba formado por una única partícula llamada átomo.

La tabla periódica recoge y clasifica todos los elementos conocidos en base a su número atómico o lo que es lo mismo la cantidad de protones que contiene un átomo, por lo que se convierte en la unidad básica de la tabla periódica. Los átomos se unen entre si mediante los enlaces químicos con el objeto de crear elementos más complejos como moléculas, células, tejidos, órganos... así que en parte los antiguos griegos tienen razón describiendo al átomo como una unidad por la cual está compuesto toda la materia que nos rodea.

 ¿QUE ES UN ELECTRÓN?

Un electrón es considerado como una partícula diminuta y fundamental que forma parte de la estructura del átomo con una carga eléctrica negativa y que órbita alrededor del núcleo atómico, el electrón aporta la mayoría de las propiedades físico-químicas de los elementos y materiales del universo, el electrón es representado con el símbolo e^-

Según los modelos clásicos, la estructura interna del átomo está compuesta por un núcleo con carga positiva al cual orbitan una serie de pequeñas partículas con carga negativa llamadas electrones, la suma de cargas positivas es igual al número de cargas negativas o electrones, haciendo neutro y estable el átomo.

Con el transcurso del tiempo se descubrió que el núcleo de los átomos está formado por neutrones y protones, estos últimos son lo que aportan las cargas positivas al átomo, durante el último siglo y con la ayuda de los aceleradores de partículas se descubrió que los neutrones y protones a su vez están formados por partículas subatómicas denominadas quarks, mientras que los electrones parecen que no están formados por otro tipo de partículas subatómicas, por ello se considera al electrón como una partícula fundamental.

 ¿QUE ES LA MATERIA?

La materia se define como cualquier tipo de entidad que podemos encontrar en el universo que tiene masa y ocupa un espacio. Esta clásica definición de materia ha evolucionado conforme el paso del tiempo y los avances científicos desarrollados en el área de la física cuántica y en la teoría de la relatividad, así pues podemos definir desde un punto de vista de la física moderna a la materia como cualquier tipo de entidad másica que a nivel microscópico ocupa y curva una región del tejido espacio-tiempo y a que a nivel microscópico puede comportarse como una onda, más adelante explicaremos a detalle cada uno de estos conceptos implicados en la definición.

Podemos afirmar que estamos rodeados de materia, nosotros mismos somos materia, la pantalla con la que estás viendo este artículo, el agua que bebemos, el aire que respiramos, el sol que nos ilumina... nuestro mundo está lleno de ella pero si nos adentramos en su estructura fundamental a escala microscópica nos daremos cuenta que el mundo material está prácticamente vacío en su interior y si miramos la inmensidad del universo entenderemos que la materia que podemos identificar solo ocupa un 4% de su volumen.

Hoy en día sabemos que la materia está compuesta por átomos, que a su vez está compuestos por electrones que se mueven alrededor de un núcleo diminuto, para que nos hagamos una idea el volumen que ocupa los electrones y el núcleo en un átomo corresponde al 0,00001%, es decir el átomo está casi vacío, ¿entonces qué es lo que hace que el acero sea duro y compacto? la respuesta reside en los uniones que se originan en el interior de los átomos así como los enlaces con otros átomos.

¿QUE ES UN ENLACE QUIMICO?

El enlace químico es el fenómeno fisicoquímico mediante el cual átomos, iones y moléculas iguales o distintas se unen unos con otros para dar lugar a otras moléculas o compuestos estables con unas características y propiedades diferentes a las elementos iniciales. Los enlaces químicos son los responsables directos tanto de las propiedades químicas y físicas de todas las sustancias del universo.

Podemos asemejar al enlace químico como el "pegamento" universal que mantiene unido a los átomos y moléculas que dan forma a toda la materia que nos rodea como los árboles, el agua, la tierra, la Luna, el Sol… El universo entero existe gracias a los enlaces químicos sin estos todo sería átomos dispersos vagando en el espacio. Por otro lado gracias a los enlaces químicos los 118 elementos descubiertos actualmente ubicados en la tabla periódica se unen unos con otros dando lugar a miles de millones de compuestos químicos diferentes.

Los enlaces químicos son los pilares básicos de la química, su concepción data de la época de los antiguos filósofos griegos como Leucipo o Demócrito los cuales defendían la teoría atómica mediante la cual exponían que toda la naturaleza material estaba formada por pequeñas e indivisibles partículas llamadas átomos las cuales se conectaban unos con otros mediante ganchos que disponían los propios átomos o por medio de un pegamento misterioso.

¿QUE ES EL MAGNETISMO?

El magnetismo se define como el fenómeno físico por medio del cual ciertos materiales tienen la capacidad de atraer o repeler a otros materiales, basándose su origen en el movimiento de partículas cargadas el magnetismo forma parte de la fuerza electromagnética siendo una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza.

Muchos de nosotros hemos experimentado con el magnetismo mediante el uso de imanes, un imán es un material que dispone de una alta capacidad magnética para atraer a materiales ferro magnéticos como el hierro, acero, níquel... así como de repeler o atraer a otros imanes, el origen de dichas fuerzas de atracción o repulsión magnética reside en la distribución a nivel atómico de los electrones que componen el imán.

Tal y como hemos descrito en la definición de magnetismo su origen físico reside en la existencia de partículas cargadas eléctricamente y en movimiento, por ello los electrones son considerados como pequeños imanes dado a que son partículas cargadas las cuales se mueven u orbitan alrededor del núcleo atómico así como giran sobre su propio eje de simetría (espín). Todos estos movimientos de los electrones crean pequeñas fuerzas magnéticas las cuales son responsables de la capacidad magnética de un material u otro.

                       ¿QUE ES LA TABLA PERIÓDICA?

La tabla periódica es el recetario de la química donde todos los posibles ingredientes de cualquier sustancia o compuesto químico está relacionado según sus propiedades físicas y químicas.

Cuando cocinamos un plato disponemos en nuestra cocina de los ingredientes básicos como tomate, lechuga, cebolla, aceitunas, aceite, vinagre y sal, cada uno de estos ingredientes tienen un sabor y características propios pero si lo juntamos con la proporción adecuada obtenemos un mezcla sabrosa a la que llamamos ensalada. La química es igual que la cocina, disponemos de una serie de ingredientes a los cuales llamamos elementos químicos que pueden unirse a otros elementos químicos formando moléculas y estructuras químicas complejas, la tabla periódica es el recetario de estos ingredientes químicos en donde se nos explica sus características físicas y químicas, permitiéndonos realizar predicciones sobre el comportamiento de la mezcla de varios elementos químicos.

Nombres como Dobereiner con sus triadas, Newlands y su ley de las octavas, y Meyer junto con Mendelevev fueron los padres creadores de las primeras tablas periódicas, gracias a sus estudios y esfuerzos disponemos de la tabla periódica actual desarrollada por Werner.

La tabla periódica ordena los elementos químicos según su número atómico, el número atómico equivale a número de protones o número de cargas positivas que tiene el átomo en el interior de su núcleo, dicha ordenación clasifica los elementos por filas y columnas, las filas son llamados periodos y las columnas familias o grupos.

Todos los elementos de un mismo periodo tienen masas parecidas pero propiedades físico-químicas diferentes.

Todos los elementos de un misma familia o grupo comparten propiedades físico-químicas, de tal forma que podemos predecir si un elemento es reactivo o no.

A su vez la tabla periódica clasifica todos los elementos químicos en 3 grandes especies:

·         Metales – son aquellos elementos que se caracterizan por ser buenos conductores de la electricidad y el calor, en la tabla periódica nos encontramos con 88 elementos metálicas.

• No Metales – son aquellos elementos que se caracterizan por ser malos conductores de la electricidad y el calor, en la tabla periódica nos encontramos con 17 elementos no metales.
• Metaloides – son aquellos elementos que presentan propiedades intermedias entre metales y no metales, en la tabla periódica actual nos encontramos con 9 metaloides.      

Dentro de la tabla periódica cada elemento viene identificado por los siguientes campos:

·         Número atómico – indica el número de portones que tiene el núcleo del elemento o átomo.

• Símbolo – Identificación simbólica del elemento o átomo utilizada en la redacción de las reacciones químicas.

·         Nombre – Denominación con la que se conoce al elemento químico

• Peso atómico – Valor numérico que identifica la masa promedio del átomo o elemento.