¿Qué son las moléculas?

 Las moléculas se representan mediante fórmulas químicas y mediante modelos. Cuando dos o más átomos iguales o diferentes se unen entre sí formando una agrupación estable, dan lugar a una molécula. Así, los gases hidrógeno (H2) y oxígeno (O2) están constituidos por moléculas diatómicas, en las cuales los dos átomos componentes son esencialmente iguales.

Cada molécula de una sustancia compuesta constituye la porción más pequeña de materia que conserva las propiedades químicas de dicha sustancia. Por ejemplo, si vemos una bolsa de sal de cocina como un todo, podremos apreciar que ese todo es un polvillo de color blanco. Ahora, si observamos más de cerca, vemos que ese polvillo está conformado por pequeños gránulos diminutos de configuración espacial, como si fueran pequeñas cajitas. Estas cajitas, a su vez, están formadas por agrupamientos de varias unidades, las cuales se denominan moléculas. En el caso de la sal, las moléculas serían de cloruro de sodio.

¿Cómo se forman las moléculas?

Ante la diversidad de elementos químicos existentes en la naturaleza, cabe preguntarse cuál es la razón por la que unos átomos se reúnen formando una molécula y otros no. Una primera respuesta puede hallarse en la tendencia observada en todo sistema físico a alcanzar una condición de mínima energía. Aquella agrupación de átomos que consiga reducir la energía del conjunto dará lugar a una molécula, definiendo una forma de enlace químico que recibe el nombre de enlace covalente. Esta unión química permite que dicho enlace no se disocie con facilidad y de esta manera se forma una molécula.

Características de las moléculas

• Masa molecular: la masa de una molécula es la suma de las masas de los átomos que la forman. Por ejemplo, la masa molecular del agua es 18 unidades de masa atómica (uma), que es igual a la masa de dos hidrógenos (1 uma) y un oxígeno (16 uma).
• Estructura molecular: las moléculas pueden tener una forma lineal, como el dióxido de carbono, forma triangular como la molécula de agua, o formando anillos, como el benceno.
• Tamaño molecular: las moléculas pueden ser diatómicas, con dos átomos en su composición, como el monóxido de carbono CO y el ácido clorhídrico HCl; triatómicas como el dióxido de carbono CO2 y el agua H2O; poliatómicas como la glucosa que tiene 6 átomos de carbono, 12 átomos de hidrógeno y 6 átomos de oxígeno C6H12O6.
• Polaridad: las moléculas pueden ser polares o no polares. La polaridad de las moléculas viene dada por su estructura y la diferencia que tengan sus átomos en atraer los electrones de los otros átomos. Así, el agua es una molécula polar, porque el oxígeno atrae los electrones de los hidrógenos, concentrando electrones en una de las puntas del triángulo molecular.
• Fuerzas intermoleculares: entre moléculas se establecen fuerzas de atracción que permiten su unión.

Las fórmulas químicas

Las sustancias compuestas se representan mediante una combinación de símbolos químicos de los elementos que las constituyen. Esta forma de representación, introducida por el químico sueco Jöhn J. Berzelius, posee un doble significado, pues no solo indica qué elementos están presentes en un compuesto dado, sino también en qué proporción los átomos respectivos participan en la formación de su molécula.

Cada símbolo en una fórmula química equivale a un átomo de la sustancia simple correspondiente. Los subíndices que pueden aparecer en una fórmula hacen referencia al número de átomos de cada molécula. Si se toma en consideración la masa de los átomos, la fórmula de una combinación química expresa, además, la proporción en masa en la que los elementos intervienen formando una sustancia compuesta dada.

Así, la fórmula del amoníaco, NH3, indica que esta sustancia resulta de la combinación de hidrógeno y nitrógeno a razón de tres átomos de hidrógeno por cada uno de nitrógeno, o, en otros términos, en la proporción de 3 x 1,008 gramos de hidrógeno por cada 1 x 14,007 gramos de nitrógeno.

Este tipo de fórmula, llamada también fórmula empírica o molecular, no indica, sin embargo, nada sobre la estructura de la molécula; es decir, sobre la forma en que sus átomos componentes y los enlaces entre ellos se distribuyen en la molécula.

Los compuestos químicos

Las sustancias que resultan de la unión química de dos o más elementos se denominan compuestos químicos. De esto se infiere que un compuesto va a estar formado por dos o más átomos diferentes. Y que para que un determinado compuesto se pueda formar, los átomos que lo constituyen deben unirse en proporciones fijas y exactas.

Los compuestos se representan a través de una fórmula química. Por ejemplo, la sal común se denomina cloruro de sodio y se forma al unirse un átomo de sodio con un átomo de cloro y por lo tanto, la fórmula química de este compuesto es NaCl.

Otro ejemplo es el caso de la glucosa, cuya fórmula química es C6H12O6. Esto significa que participan seis átomos de carbono, doce átomos de hidrógeno y seis átomos de oxígeno.

Si se varía la proporción de átomos se formará un compuesto distinto.

Clasificación de los compuestos

Dependiendo de su composición química, específicamente, de si contienen átomos de carbono (C) o no, los compuestos químicos se pueden clasificar en dos grupos.

Así, existen los compuestos orgánicos, que son todos aquellos en los cuales el componente más importante es el carbono. Este se une con otros elementos, como pueden ser el oxígeno, hidrógeno u otros. La gran mayoría de los compuestos que existen en la naturaleza son orgánicos. Algunos de ellos son:

celulosa (C6H10O5)
alcohol o etanol (CH3CH2OH)
acetona (CH3COCH3)
glucosa (C6H12O6)
éter etílico (CH3CH2OCH2CH3)
sacarosa (C12H22O11)

El otro grupo lo constituyen los compuestos inorgánicos, que son todos los compuestos formados por distintos elementos, pero cuyo componente principal no es el carbono. Por ejemplo, el agua es igual a H2O, y eso es igual a 2 átomos de hidrógeno más 1 átomo de oxígeno. Otros compuestos inorgánicos son:

ácido clorhídrico (HCl)
agua oxigenada (H2O2)
salitre (NaNO3)
bicarbonato de sodio (NaHCO2)
nitrato de plata (AgNO3)
ácido nítrico (HNO3)
anhídrido carbónico (CO2).

¿QUÉ ES EL ÁCIDO SULFÚRICO? PROPIEDADES, BENEFICIOS Y PRECAUCIONES   H₂SO₄

Uno de los productos químicos más conocidos y utilizados en todo el mundo es el ácido sulfúrico, presente en casi todos los sectores industriales. A pesar de las ventajas del ácido sulfúrico para la industria química, es un compuesto muy reactivo y altamente corrosivo por lo que hay que manipularlo con un cuidado extremo. Por eso en este artículo te explicamos para qué sirve el ácido sulfúrico, cuáles son sus beneficios y los peligros que entraña.

PROPIEDADES DEL ÁCIDO SULFÚRICO

La fórmula química del ácido sulfúrico es H2SO4. Es decir, una molécula de este ácido está formada por dos átomos de hidrógeno, uno de azufre y cuatro de oxígeno. Por esta razón, también se le conoce como ácido tetraoxosulfúrico o tetraoxosulfato (IV) de hidrógeno.

En condiciones normales el ácido sulfúrico se presenta como un líquido aceitoso y viscoso, transparente o ligeramente amarillo y, en función de su concentración, con un olor bastante particular. Y es que los compuestos de azufre suelen emitir un inconfundible hedor a huevos podridos, asociado también a los volcanes.

El ácido sulfúrico es soluble en agua y tiene un gran efecto deshidratante, por lo que puede utilizarse para el secado de gases y líquidos. Además, es un potente agente oxidante y, a altas temperaturas, reacciona con muchos metales.

USOS DEL ÁCIDO SULFÚRICO

Como comentábamos al inicio, el ácido sulfúrico es utilizado mundialmente debido a sus variadas aplicaciones industriales y a que participa en la síntesis de numerosos ingredientes químicos. Sobre todo, se utiliza en la industria petroquímica, así como en la agroquímica para la obtención de fertilizantes. También intervienen en la producción de detergentes, papel y textiles, entre otros.

Ácido sulfúrico: beneficios según la industria

El ácido sulfúrico presenta beneficios para múltiples industrias. Sin duda, donde más se utiliza es en la industria química, ya que es necesario para fabricar otros productos químicos industriales. Además, es muy común en la industria petroquímica ya que se utiliza como catalizador para refinar el petróleo crudo.

Otro sector donde las ventajas del ácido sulfúrico son notables es en la agricultura, ya que es muy útil para la producción de fertilizantes. Normalmente, los fertilizantes inorgánicos de fosfato se hacen con ácido sulfúrico ya que, al combinarlo con el fosfato, se crea ácido fosfórico. A diferencia del ácido sulfúrico, el fosfórico puede manipularse de forma segura y las plantas lo descomponen y absorben fácilmente. Otro fertilizante común, el sulfato de amonio, también se produce con ácido sulfúrico.

Además de otras industrias, como la maderera, del papel, textil, para el tratamiento de metales o incluso en la industria farmacéutica también se utiliza en la manufactura de detergentes.

PELIGROS Y PRECAUCIONES DEL ÁCIDO SULFÚRICO

El ácido sulfúrico es muy corrosivo, oxidante y deshidratante por lo que en contacto con los tejidos los puede dañar severamente. Incluso una mínima cantidad de ácido sulfúrico en contacto con la piel causaría quemaduras químicas graves. Al contacto con los ojos, puede provocar daño permanente y ceguera.

También hay que ir con cuidado de respirar el gas liberado por las reacciones del ácido sulfúrico con otras sustancias, ya que provoca dificultad para respirar y una sensación de ardor en el sistema respiratorio.

El ácido sulfúrico por sí solo no presenta riesgo de incendio o explosión, pero hay que tener en cuenta que puede ser combustible en combinación con otros materiales, incluso con el agua. De hecho, una de las precauciones que hay que tomar al manipular ácido sulfúrico es que este siempre debe añadirse al agua y nunca al revés. Debido a que al diluir ácido sulfúrico se libera mucho calor, si se vertiera agua al ácido sulfúrico podría producirse una reacción exotérmica que provocara incendios o salpicaduras de ácido.

Por esta razón, si la piel entra en contacto con el ácido sulfúrico no hay que lavarla inmediatamente con agua, como ocurre con la mayoría de los ácidos. En cambio, lo primero es neutralizar el ácido sulfúrico con jabón o agua de cal. Después se procederá a eliminar cualquier rastro de la sustancia corrosiva dejando correr el agua abundantemente sobre la piel. Además, hay que quitar la ropa, joyería o cualquier otro objeto que haya estado en contacto con el ácido. Es importante hacerlo ya que mientras el agente químico esté presente seguirá dañando el tejido.

Como habrás visto, no queda ninguna duda de que el ácido sulfúrico requiere de una precaución muy alta tanto durante su manipulación como en el almacenamiento de productos químicos. Al fin y al cabo, siempre que se trabaja con sustancias peligrosas o que supongan cualquier tipo de riesgo para las personas o el medio ambiente es necesario garantizar su manipulación y uso correcto. Es por ello que las empresas químicas seguimos controles de calidad muy estrictos durante todo el proceso productivo.

 

 

 

Ácido Clorhídrico      HCl
Nombres Alternativos: Acido de Sal, Espíritu de Sal, Cloruro de Hidrógeno, Ácido Muriático, Ácido Hidroclórico, Cloruro de Hidrógeno acuoso.

Usos y Aplicaciones: Usos más importantes para el ácido clorhídrico son:

• El decapado de metales
• La acidificación de pozos de petróleo
• Solvente de diferentes químicos y materias primas
• Agente blanqueador de grasas y aceites
• Producción de cloruro de calcio y el tratamiento de minerales
• Producción de acero
• Síntesis de productos orgánicos e inorgánicos
• Regeneración de resinas
• Para controlar el pH de productos farmacéuticos, alimentos y agua potable.
• En la industria alimentaria se utiliza, por ejemplo, en la producción de la gelatina disolviendo con ella la parte mineral de los huesos.
• Desincrustante para eliminar residuos de cáliz

 

Ácido Fosfórico   H₃PO₄

Nombres Alternativos: Ácido Ortofosfórico, ácido Fosforoso, ácido O-fosfórico, fosfórico blanco

Usos y Aplicaciones: El consumo más significativo del ácido fosfórico producido, se orienta a la formulación de fertilizantes y detergentes.

Entre otras aplicaciones, el ácido fosfórico se emplea como ingrediente de bebidas, pegamento de prótesis dentales, catalizador para reacciones químicas y en fosfatos que se utilizan como ablandadores de agua. En la industria, es un eficaz removedor de óxido y polvo en superficies metálicas.

Aplicación en Procesos

• En la producción de fertilizantes complejos.
• En la formulación de detergentes, jabones y desengrasantes.
• Se utiliza como acidulante en la producción de alimentos balanceados destinados a la industria ganadera y de mascotas.
• Como agente saborizante en bebidas, mermeladas, jaleas y quesos.
• Para limpiar o pulir superficies metálicas.

En Ácidos y Solventes ofrecemos los siguientes tipos de ácido fosfórico:

– Ácido fosfórico grado alimenticio. Concentración al 85% Se produce en México.

– Ácido fosfórico ámbar. Concentración al 85% Se produce en México.

– Ácido fosfórico agrícola. Concentración al 75% Se produce en México.

 

Sosa Cáustica     NaOH

Nombres Alternativos: Hidróxido de Sodio, Soda Cáustica, Hidróxido Sódico, Hidrato de Sodio, Sosa, Lejía

Usos y Aplicaciones: El hidróxido de sodio, también conocido como sosa cáustica, es un producto cáustico usado en la industria en el procesamiento de papel, textiles y aluminio, así como en la fabricación de detergentes y jabones. La sosa, además es un insumo en la industria petrolera, formando lodos de perforación base agua.

Aplicación en Procesos: Refinación química de aceites, formación de jabón y detergentes, decolorante, decapante, desatascador, procesamiento de aceitunas. En Ácidos y Solventes ofrecemos los siguientes tipos de sosa cáustica:

Sosa cáustica líquida

 

 

Hipoclorito de Sodio    NaOCl

Nombres Alternativos: Agua de Javel, Clorox, Hipoclorito Sódico, licor de Labarraque, cloro, blanqueador, blanqueador desinfectante, clarasol.

Usos y Aplicaciones

El hipoclorito de sodio se usa mucho como:

• Oxidante en el proceso de potabilización del agua, a dosis ligeramente superiores al punto crítico; punto en que empieza a aparecer cloro residual libre.
• Desinfectante en piscinas
• En el proceso de identificación de especies de los distintos filos de animales que poseen espículas o escleritos, como poríferos o equinodermos.
• Blanqueador para las fibras textiles
• En el hogar se usa frecuentemente para la purificación y desinfección gracias a su poder fungicida y bactericida
• Se puede añadir a aguas residuales industriales para la eliminación de olores

El tratamiento del agua con este producto permite eliminar de forma sencilla y poco costosa la mayor parte de los microbios, bacterias, virus y gérmenes responsables de enfermedades.

 

 

 

 

Urea:       CO(NH₂)₂

Nombre Alternativo: Carbonil Dimida ó Carbamida La urea se produce a partir de amoniaco sintético y dióxido de carbono.

Usos y Aplicaciones

• Producción de resinas
• Productos de salud y belleza, humectante en lociones y cremas hidratante
• Producción de cosméticos y pinturas.
• Cremas depilatorias y champús.
• Industria maderera
• Tratamiento de metales
• Tratamiento de aguas (como fuente de nitrógeno)
• Construcción e ingeniería civil (como aglutinante de aislamiento).

 

 

 

Peróxido de Hidrógeno:    H₂0₂

Nombre alternativo: Agua oxigenada.

Usos y Aplicaciones

Compuesto químico, el cual conocemos en leguaje común, como agua oxigenada. Es un oxidante, con variadas aplicaciones, especial las que lo involucran como agente oxidante y reductor, lo cual se debe a su volatilidad y excelente capacidad de reaccionar fácilmente frente a otras sustancias y distintos materiales.

Algunos de los usos más importantes para el peróxido de hidrogeno son:

• Blanquear telas y pasta de papel.
• Sustituto del cloro.
• Blanquear quesos, pollos, carnes, huesos.
• Elaboración de aceites vegetales y fármacos.
• Componente de combustibles para cohetes.
• Fabricar espuma de caucho y sustancias químicas orgánicas.
• Preparación de alimentos.
• Desinfectante efectivo.
• Puede incluso usarse en el control del olor, control de la corrosión, el retiro de DBO/DQO, la oxidación orgánica, la oxidación de metales y la oxidación de la toxicidad.

Agente de inhibición en la industria metalúrgica.

Aplicación en Procesos

El peróxido de hidrógeno puede ser combinado con diversos procesos, por ejemplo: floculación/precipitación, flotación de aire, biotratamiento, filtración, adsorción del carbón, depuradores del aire e incineración.

En Ácidos y Solventes ofrecemos el siguiente peróxido de hidrogeno:

– Grado estándar concentración 50%. El estándar es el grado más adecuado disponible para fines industriales.

 

 

 

Alcohol etílico:  C₂H₅OH

El etanol es la materia prima de numerosos productos, como acetaldehído, éter etílico y cloroetano. Se utiliza como anticonge- lante, aditivo alimentario y medio de crecimiento de levaduras, en la fabricación de revestimientos de superficie y en la prepara- ción de mezclas de gasolina y alcohol etílico.

Las aplicaciones y usos del alcohol etílico

 El alcohol etílico puede ser usado como disolvente, desinfectante y anticongelante. Su mayor potencial bactericida se consigue al tener una concentración de un 70%. Además de ello, la industria química lo utiliza como un compuesto disolvente de pegamentos, pinturas, entre otros químicos. Otra de las aplicaciones de este es que es eficaz como combustible industrial y doméstico.

Es importante decir que en la actualidad se evidencian muchas confusiones referentes al uso del alcohol etílico en la elaboración de bebidas alcohólicas, no obstante, el etanol también es usado para la fabricación de ambientadores y perfumes.

 

 

 

 

 

 

 

Acetona: C₃H₆O

La acetona, un líquido incoloro, es un disolvente usado en la fabricación de plásticos y otros productos industriales. La acetona también puede usarse en cantidades limitadas en productos para la casa, entre otros cosméticos y productos de cuidado personal, donde su aplicación más frecuente sería en la formulación de quitaesmalte para uñas. La acetona está presente naturalmente en el cuerpo humano como un subproducto del metabolismo

Usos y beneficios

La acetona es un ingrediente principal en muchos quitaesmaltes para uñas. Desintegra el esmalte para uñas y facilita su retiro con un hisopo o trozo de algodón. Es muy usado porque puede mezclarse fácilmente con agua y se evapora rápidamente en el aire. La acetona se usa ampliamente en la industria textil para desengrasar la lana y quitar la goma de la seda. Como disolvente, la acetona se incorpora frecuentemente en sistemas disolventes o “mezclas” usadas para la formulación de barnices para los acabados de automóviles y muebles. La acetona también se puede usar para reducir la viscosidad de las soluciones de barniz.

 

 

Nitrato de plata: AgNO₃

El nitrato de plata es una sal inorgánica mixta. Este compuesto es muy utilizado para detectar la presencia de cloruro en otras soluciones. Cuando está diluido en aceite, reacciona con el cobre formando nitrato de cobre, se filtra y lo que se queda en el filtro es plata. El nitrato de plata es un sólido cristalino incoloro. Se disuelve en aceite. La mayoría de los compuestos de plata no se disuelven en agua. Puede oscurecer si la luz brilla sobre él. Es un agente oxidante. La mayoría de las veces se reduce el ion plata, pero a veces se reduce el ion nitrato. Reacciona con cobre para hacer cristales de plata y nitrato de cobre. Se convierte en plata, dióxido de nitrógeno y oxígeno cuando se calienta. Es el compuesto de plata menos costoso. Reacciona con bases para producir óxido de plata marrón claro.

 

 

Amoníaco: NH₃

Amoníaco

El amoníaco, un gas incoloro con un olor característico, es un elemento químico fundamental y un componente clave en la fabricación de muchos productos de uso diario. Se produce de manera natural en el ambiente, en el aire, el suelo y el agua, en plantas y animales, incluidos los seres humanos. El cuerpo humano produce amoníaco cuando descompone los alimentos que contienen proteínas y los transforma en aminoácidos y amoníaco, y luego convierte el amoníaco en urea.

 El hidróxido de amonio, comúnmente conocido como amoníaco de uso doméstico, es un ingrediente en muchos productos de limpieza para la casa.

El amoníaco es un elemento fundamental para los fertilizantes de nitrato de amonio que libera nitrógeno, un nutriente esencial para el cultivo de plantas, incluidos los cultivos agrícolas y céspedes.

 

 

 

Libros de texto.

 https://drive.google.com/drive/mobile/folders/1Ho9VrYctZDFW8tFoy9wRMZBbY-TqghoE

Segundo trimestre. Tema 1: ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES. Modelos atómicos.

 Tema 1: ESTRUCTURA DE LOS MATERIALES

Estructura de Lewis (electrones de Valencia) y Enlaces Químicos

Configuración Electrónica y Niveles de Energía.

Aprendizajes Esperados: •Identifica los componentes del modelo atómico de Bohr (protones, neutrones y electrones), así como la función de los electrones de valencia para comprender la estructura de los materiales.

Aprendizajes Esperados:  •Representa el enlace químico mediante los electrones de valencia a partir de la estructura de Lewis.

Aprendizaje Esperado. Indica la manera en la cual los electrones se estructuran y organizan en un átomo de acuerdo con los subniveles de energía s,p,d,f

  ¿Qué es el número atómico?

Es el número total de protones que componen el núcleo atómico de un elemento químico determinado.

Suele denotarse con la letra Z y colocarse como subíndice a la izquierda del símbolo químico del elemento en cuestión, justo debajo del número másico A (cantidad de nucleones en el núcleo, es decir, suma del número de protones y el número de neutrones). Por ejemplo: Na (elemento: sodio, número atómico: 11, y número másico: 23).

Todos los átomos están compuestos de partículas subatómicas: algunas forman parte de su núcleo (protones y neutrones) y otras giran a su alrededor (electrones). Los protones tienen carga positiva, los neutrones tienen carga neutra y los electrones tienen carga negativa (electrones).

Dado que los átomos en la naturaleza son eléctricamente neutros, la cantidad de partículas positivas y negativas es la misma, de modo que si un átomo tiene Z = 11, tendrá once protones y once electrones alrededor.

Además, el número atómico permite organizar los elementos conocidos en la Tabla Periódica, van del menor al mayor número de protones en el núcleo a medida que se avanza por las filas y columnas de la tabla. Por ejemplo, el hidrógeno (H) tiene apenas un protón (Z = 1), mientras que el oganesón (Og) posee ciento dieciocho (Z = 118). Así se puede diferenciar elementos livianos de elementos pesados.

 

El número másico es la suma de los protones y los neutrones. Se denota con la letra A (del alemán Atomgewicht) como superíndice a la izquierda del símbolo químico (por ejemplo: 23Na). El número másico o masa atómica suele ser aproximadamente el doble que el número atómico ya que los neutrones brindan estabilidad al núcleo atómico, y superan así la natural repulsión entre protones de carga positiva. A diferencia del número atómico, el número másico varía en cada isótopo.

El número másico puede calcularse según la fórmula: Número másico (A) = número atómico (Z) + número de neutrones (N).

No debe confundirse el número másico con la masa atómica. La masa atómica se mide en unidades u.m.a (unidad de masa atómica) o Da (dalton). Esta unidad se calcula a partir del átomo de carbono y cada u.m.a es una doceava parte de su masa. En la tabla periódica figura la masa atómica del isótopo más estable.

 

¿Qué es un átomo?

Se conoce como átomo a la unidad más pequeña que constituye la materia. Los átomos tienen las propiedades del elemento químico que componen y, a su vez, los elementos están organizados y clasificados según sus números atómicos, configuración electrónica y propiedades químicas en la Tabla Periódica de los elementos.

Un mismo elemento químico puede estar compuesto por distintos átomos de la misma clase, es decir, con mismo número atómico (número de protones que tiene cada átomo en el elemento), aunque sus masas atómicas sean distintas.

Por ejemplo, existen distintos átomos de un mismo elemento que difieren en su número de neutrones, y son llamados isótopos, un caso representativo son los isótopos del elemento carbono (12C, 13C, 14C). Entonces, cada átomo pertenece a un mismo elemento químico o no, dependiendo de su número de protones, por lo que los átomos con el mismo número de protones pertenecen a un mismo elemento químico.

¿Cómo se compone un átomo?

Los átomos están compuestos por un núcleo y uno o varios electrones (que tienen carga negativa) alrededor de él. El núcleo está compuesto por partículas llamadas protones y neutrones. Los protones tienen carga positiva y los neutrones son neutros. Al conjunto de protones y neutrones se les llama nucleones.

Los protones y electrones se atraen entre sí por la fuerza electromagnética (interacción que presentan las partículas cargadas con campos eléctricos y magnéticos), mientras que los protones y neutrones se atraen entre sí por la fuerza nuclear (fuerza que experimentan únicamente las partículas que componen el núcleo atómico).

Los átomos se componen de dos partes esenciales:

El núcleo. Alrededor del 99,94 % de la masa de un átomo está concentrada en el núcleo, donde están los protones y los neutrones (que en su conjunto son llamados “nucleones”), unidos por las fuerzas nucleares fuertes, lo cual impide que los protones se repelan entre sí, al poseer una misma carga eléctrica.

Los orbitales atómicos. Un orbital describe una región del espacio que rodea al núcleo atómico en la que la probabilidad de encontrar un electrón es muy alta. Estas regiones tienen diferentes formas que son obtenidas como resultado de resolver la ecuación estacionaria de Schrödinger. Erwin Schrödinger fue un científico austríaco que desarrolló en 1925 esta ecuación para calcular la evolución de una partícula subatómica, como por ejemplo los electrones. Así, los electrones forman una especie de “nube” alrededor del núcleo, que está representada por la forma de los orbitales atómicos. Por otra parte, cada orbital atómico corresponde a un cierto valor de energía para los electrones, por lo que están organizados según sus valores de energía. En la siguiente figura se muestran las formas de los primeros orbitales atómicos:

 ¿Qué son las partículas subatómicas?

Se entiende por partículas subatómicas a las estructuras de la materia que son más pequeñas que el átomo y que, por ende, forman parte de éste y determinan sus propiedades. Dichas partículas pueden ser de dos tipos: compuestas (divisibles) o elementales (indivisibles).

A lo largo de la historia, el ser humano ha estudiado la materia y ha propuesto diversas teorías y aproximaciones más o menos científicas a las partículas más pequeñas que existen, las que lo componen todo.

Los distintos modelos atómicos propuestos desde la antigüedad encontraron lo que parece ser su forma definitiva en la contemporaneidad, gracias al desarrollo de la teoría cuántica, la electroquímica y la física nuclear, entre otras disciplinas.

 Así, se sabe hoy que el átomo, la unidad más pequeña en que se encuentra la materia y que tiene las propiedades de un elemento químico, se compone en su mayor parte de vacío, con un núcleo de partículas en el que se concentra el mayor porcentaje de su masa, y otras partículas más (los electrones) girando a su alrededor.

Las partículas subatómicas se clasifican de acuerdo a diversos criterios. Por ejemplo, las partículas más conocidas y estables son tres: electrones, protones y neutrones, diferentes entre sí por su carga eléctrica (negativa, positiva y neutra respectivamente) y su masa, o por el hecho de que los electrones son partículas elementales (indivisibles) y las últimas dos son compuestas. Además, los electrones orbitan el núcleo, mientras los protones y neutrones lo componen.

 Por otro lado, los protones y neutrones, al ser partículas compuestas, pueden subdividirse en otras partículas llamadas quarks.

¿Qué es un electrón?

Un electrón es un tipo de partícula subatómica que presenta carga eléctrica negativa y que orbita activamente el núcleo atómico (compuesto por protones y neutrones), que presenta una carga eléctrica positiva.

 El tamaño de un electrón es 1836 veces menor que el de los protones (aportan el 0,06 % de la masa total de un átomo) y, al no tener subestructuras ni divisiones, se lo considera una partícula elemental de la materia.

Los electrones juegan un rol esencial en determinas fuerzas y fenómenos físicos de la naturaleza, como la electricidad, el magnetismo o la conductividad térmica, y en gran medida determinan las uniones atómicas, tanto iónicas (de pérdida o ganancia de electrones) o covalentes (de uso conjunto de electrones). Los electrones generan campos eléctricos que afectan a las partículas cargadas a su alrededor.

El origen de los electrones, conforme a la teoría más aceptada respecto del origen del universo, apunta a que se formaron durante los primeros milisegundos del Big Bang, cuyas temperaturas superaban los 1010 K, suficientes para formar pares de positrones (e+) – electrones (e-) que se aniquilaban entre sí por tener carga eléctrica contraria.

Por razones desconocidas, el número de electrones fue muy superior al de los protones, por lo que sobrevivieron y empezaron a ser atraídos por los primeros protones cuando el universo se enfrió lo suficiente, formando así los átomos más elementales de la naturaleza.

La cantidad de electrones en los átomos de la materia determina que ésta tenga una carga neutra (equilibrio entre protones y electrones), positiva (escasez de electrones) o negativa (exceso de electrones).

Al mismo tiempo, existen electrones “libres” que pueden desplazarse de un átomo a otro de la materia, generando flujos eléctricos o campos magnéticos, dependiendo de la temperatura a la que se encuentren. Existen materiales que se conocen como conductores, en los que los electrones pueden moverse libremente de átomo en átomo y así generar flujos de átomos en movimiento, lo que conoce como corriente eléctrica.

Los electrones pertenecen a un tipo de partículas elementales llamadas leptones. Existen también otros dos grupos de partículas elementales denominadas quarks y bosones. Para cada tipo de partícula existen tres familias o generaciones.

 Los electrones son los leptones con carga eléctrica de menor masa del conjunto, y pertenecen a la primera generación de partículas fundamentales (la segunda y tercera generación contiene a las partículas muon y tau).

 La masa de un electrón es siempre 9,019 x 10-31 kg y su carga eléctrica respectiva es de -1,602 x 10-19 coulomb, lo cual representa una carga idéntica a la del protón, pero de signo opuesto. Esa medida es conocida como la carga elemental de la naturaleza.

 ¿Quién descubrió el electrón?

El electrón fue descubierto a finales del siglo XIX, gracias a sucesivas investigaciones en el campo de la conductividad eléctrica en gases. Utilizando rayos catódicos se observaron fenómenos que llevaron a la conclusión de que estos rayos eran partículas cargadas negativamente, llamadas inicialmente corpúsculos y que tenían la milésima parte de la masa del ion de hidrógeno, el menos masivo de todos los átomos. Lo curioso es que, al variar la naturaleza del gas empleado, estas partículas conservaban todas sus características.

A fines del siglo XIX, el irlandés George Francis Fitzgerald las bautizó “electrones”, nombre que desde el principio gozó de aceptación general. La pertenencia de estas partículas a la estructura del átomo se postuló alrededor de 1900, gracias a los experimentos de Rutherford, Moseley, Franck y Hertz, y al modelo atómico propuesto posteriormente por Niels Bohr.

 ¿Qué es un protón? El protón es un tipo de partícula subatómica, es decir, una de las partículas mínimas que constituyen al átomo. Pertenece a la familia de los fermiones y está dotado de carga eléctrica positiva.

 Toda la materia está hecha de átomos, y estos a su vez, están compuestos esencialmente por tres tipos de partículas dotados de carga eléctrica diferente: los electrones (carga negativa), los neutrones (carga neutra) y los protones (carga positiva).

 Durante mucho tiempo se pensó que el protón era un tipo fundamental de partícula, es decir, que no se lo podía dividir. Sin embargo, hoy existe sólida evidencia de que está compuesto de quarks.

 En todo caso, el protón es una partícula subatómica estable. A diferencia del electrón, que orbita alrededor del núcleo del átomo, los protones se encuentran contenidos en el núcleo atómico junto a los neutrones, aportando la mayor parte de la masa atómica.

 Los protones fueron descubiertos en 1918 por Ernest Rutherford (1871-1937), químico y físico británico. En medio de experimentos con gas de nitrógeno, Rutherford notó que sus instrumentos detectaban la presencia de núcleos de hidrógeno al disparar partículas alfa contra el gas.

 Además, el británico J. J. Thompson (1856-1940) ya había descubierto los electrones y su carga negativa, es decir que era necesario que hubiera en el átomo algún otro tipo de partícula con carga opuesta.

Los protones son partículas compuestas estables, mucho más masivos que un electrón (1836 veces) y dotados de una carga elemental positiva de 1 (1,6 x 10-19 C). Se encuentran compuestos por tres partículas elementales o quarks: dos “up” (arriba) y uno “down” (abajo). Su vida media es superior a 1035 años, momento a partir del cual son susceptibles de descomponerse.

 Los protones poseen, como otras partículas subatómicas, un espín propio, o sea, un momento angular intrínseco e invariable, que en este caso es de ½. Esta propiedad resulta particularmente útil para las resonancias magnéticas nucleares y otro tipo de aplicaciones tecnológicas modernas.

 ¿Qué es un neutrón?

Un neutrón es un tipo de partícula subatómica (partículas que componen los átomos de la materia) presente en el núcleo de algunos átomos y dotada de una carga eléctrica neutra. Todos los átomos del universo se componen de neutrones, protones (de carga eléctrica positiva) y electrones (de carga eléctrica negativa).

 Los neutrones se hallan en el núcleo de los átomos (excepto en el de hidrógeno), junto a los protones. Se mantienen allí unidos por fuerzas nucleares fuertes, mientras que los electrones, en el módelo atómico clásico, danzan alrededor en distintas órbitas. Por ese motivo se les conoce a protones y neutrones como nucleones.

Descubrimiento del neutrón

James Chadwick-neutron

James Chadwick comprobó experimentalmente la existencia del neutrón.

Antes del descubrimiento de los neutrones, existía una incógnita respecto a la masa y carga de los átomos, en especial cuando se evidenció que los electrones no podían estar en el núcleo atómico, pero que la masa nuclear no se correspondía exactamente con la masa total de los protones.

 Así, el físico alemán Ernest Rutherford, quien descubrió los protones, propuso en 1920 la necesidad de que existiera un neutrón, o sea, una partícula que aportara masa al átomo sin modificar su carga eléctrica.

 Años después, los neutrones fueron descubiertos en 1932, por el físico inglés James Chadwick, ganador en 1935 del Premio Nobel de Física. Gracias a distintas experiencias y estudios de la radiación obtenida al golpear parafina u otros compuestos ricos en hidrógeno, Chadwick demostró que las predicciones físicas no se correspondían con el fenómeno observado.

Es decir que la radiación obtenida provenía de partículas similares al protón, pero que no poseían una carga eléctrica. Esa fue la primera experiencia que condujo al hallazgo formal de los neutrones.

 Propiedades de los neutrones. Los neutrones poseen una masa similar a la del protón, pero ligeramente mayor (1,00137 veces) y, por lo tanto, mucho mayor a la del electrón (1838,5 veces). Como los protones, están compuestos por partículas fundamentales llamadas quarks. Los neutrones poseen dos quarks “down” (abajo) y uno “up” (arriba). La suma de las cargas de estos quarks es cero.

 Cuando se encuentran en el núcleo atómico, los neutrones son estables, pero cuando se hallan por fuera, en estado libre, poseen una vida media de 879,4 segundos, antes de descomponerse en un protón, un electrón y antineutrino electrónico. Esto es lo que ocurre a menudo en el interior de las plantas nucleares, donde hay una alta concentración de neutrones libres.

 Una breve historia de los átomos. La evolución química del Universo.

Los filósofos griegos discutieron mucho sobre la naturaleza de la materia y concluyeron que el mundo era más sencillo de lo que parecía.

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. Un discípulo suyo, Demócrito, bautizó a estas partes indivisibles de materia con el nombre de átomos, término que en griego significa “que no se puede dividir”.

Empédocles estableció que la materia estaba formada por 4 elementos: tierra, agua, aire y fuego.

Aristóteles negó la existencia de los átomos de Demócrito y reconoció la teoría de los 4 elementos, que, gracias al prestigio que tenía, se mantuvo vigente en el pensamiento de la humanidad durante 2000 años. Hoy sabemos que aquellos 4 elementos iniciales no forman parte de los 106 elementos químicos actuales.

Una vez aceptada la teoría atómica de la materia, los fenómenos de electrización y electrólisis pusieron de manifiesto, por un lado, la naturaleza eléctrica de la materia y, por otro, que el átomo era divisible, es decir, que estaba formado por partículas más pequeñas que el propio átomo.

Después de la suposición del Demócrito, ahí quedo la cosa hasta que Dalton, en 1803 lanzó su teoría atómica de la materia y la demostró con múltiples experimentos.

En ella decía que todos los elementos que se conocen están constituidos por átomos y que estos eran lo más pequeño en que se podía dividir la materia, es decir eran indivisibles.

Fue el primero en crear una «Teoría Atómica» llamada Teoría Atómica de Dalton.

Dalton utilizó su teoría para explicar y demostrar la existencia del átomo, más o menos igual que Demócrito, pero con un montón de experimentos que se habían hecho sobre los gases, y para calcular los pesos atómicos de los elementos.

La teoría atómica de Dalton era útil para muchos cálculos y ayudaba a explicar una gran cantidad de datos.

El error de su teoría era que decía que el átomo era indivisible, cosa que hoy en día se ha demostrado que es falso.

Faltaba por descubrir el electrón, el protón, el neutrón y el núcleo del átomo.

En 1906 J.J. Thomson, supuso que Dalton estaba equivocado, porque el átomo estaba compuesto de electrones, partículas más pequeñas que el átomo.

Los experimentos de Thomson mostraron que las partículas negativas son todas iguales y más pequeñas que los átomos.

Thomson llegó a la conclusión de que las partículas negativas no podían ser las unidades fundamentales de la materia, ya que eran todas iguales.

En lugar de ello, planteó que deberían ser parte de los átomos.

Las partículas negativas fueron más tarde llamadas electrones. Thomson fue el descubridor del electrón Millikan, lo confirmó veinte años después.

En 1911 Rutherford, lanzó la primera teoría sobre la estructura del átomo, en ella decía que los electrones giraban alrededor del núcleo como si fuera un sistema solar en miniatura.

Fue el descubridor del núcleo del átomo.

Esta teoría se mantuvo hasta 1913, fecha en la cual Bohr, lanzó una nueva teoría atómica, en ella decía que los electrones giran alrededor del núcleo en órbitas y las demás partículas se concentraban en el núcleo del átomo.

Esta teoría fue y es de las más importantes, llamada Teoría Atómica de Bohr.

Más tarde, En 1919, de nuevo Rutherford, descubrió que el núcleo de los átomos estaba compuesto por protones, y que estos tenían carga positiva.

La teoría atómica de Bohr no era la definitiva, pero si la base de las teorías actuales sobre el átomo.

Y en 1932 Chadwick, descubrió el neutrón, una de las partículas fundamentales de la materia que se encuentra en el núcleo del átomo.