ATOMO: MASA ATOMICA, IONES E ISOTOPOS

Hoy se sabe que el núcleo de cualquier átomo está constituido por protones y neutrones. A partir de ellos, se define:

Z: número atómico = nº protones del núcleo = nº electrones si el átomo está neutro.

A: número másico = nº protones + nº neutrones = partículas que hay en el núcleo.

Si dos átomos poseen el mismo número atómico Z, pertenecen al mismo elemento. Es decir, que un elemento queda perfectamente definido dando su número atómico; sin embargo, para dar más información, también se suele dar el número másico, representándose de la siguiente manera:

por ejemplo:

13C 6 protones, 6 electrones y 7 neutrones
14C 6 protones, 6 electrones y 8 neutrones
14N 7 protones, 7 electrones y 7 neutrones

con frecuencia, como vemos, el número atómico se omite, ya que al dar el símbolo del elemento queda perfectamente definido.

Concepto y tipos de isótopos

Los isótopos son átomos de un mismo elemento, (por tanto, de igual número atómico Z) con distinto número másico A, es decir, poseen diferente número de neutrones en su núcleo.

Veamos una serie de ejemplos:

• Para el carbono Z=6. Es decir, todos los átomos de carbono tienen 6 protones y 6 electrones. El carbono tiene dos isótopos: uno con A=12, con 6 neutrones y otro con número másico 13 (7 neutrones), que se representan como:

 

El carbono con número másico 12 es el más común (~99% de todo el carbono). Al otro isótopo se le denomina carbono-13.

• El hidrógeno presenta tres isótopos, y en este caso particular cada uno tiene un nombre diferente: hidrógeno deuterio tritio

                                                     

La forma más común es el hidrógeno, que es el único átomo que no tiene neutrones en su núcleo.

Concepto y tipos de iones

Lo más habitual es que los átomos sean neutros; sin embargo, en algunas ocasiones pueden adquirir carga eléctrica. A un átomo con carga eléctrica se le llama ión. Existen 2 tipos de iones:

• Catión: es un átomo que tiene carga eléctrica positiva, lo cual significa que ha perdido uno o varios electrones de su capa más externa.
• Anión: es un átomo que tiene carga eléctrica negativa, lo cual significa que ha ganado uno o varios electrones procedentes de otro átomo y los ha incorporado a su capa más externa. La carga eléctrica de un átomo se indica mediante un superíndice (número seguido de un signo + ó -) en la parte superior derecha del símbolo del elemento químico. Ejemplos:

 

- Se trata de un átomo de sodio ; contiene 11 protones, 12 neutrones y 11 electrones. El catión Na+ tendrá una carga eléctrica positiva y por tanto un electrón menos (10 electrones)
-Se trata de un átomo de cloro ; contiene 17 protones, 18 neutrones y 17 electrones. El anión CL- tendrá una carga eléctrica negativa (anión) y tendrá 18 electrones

Animaciones

Videos
A continuación os dejo una serie de videos sobre lo tratado en la unidad, los primeros tratan del número atómico y el número másico.

Y estos dos últimos de los iones y los isótopos y sus aplicaciones.

Finalmente os dejo un par de esquemas muy interesantes

UN MUNDO POR DESCUBRIR. EL ATOMO

¿Te has parado a pensar alguna vez de qué están hechas las cosas?. ¿ Por qué las rocas son duras?. ¿Por qué el agua adopta la forma del recipiente en el que está contenida?. ¿Qué es lo que hace que un diamante y una mina de un lapicero sean tan distintos, si ambos están formados por carbono?.

Durante toda la historia de la humanidad, científicos y filósofos se han cuestionado de qué estaba hecha la materia. Hoy sabemos que la materia está constituida por unas pequeñas partículas llamadas átomos.

¿Sabes que estas partículas tan pequeñas son invisibles, que necesitamos microscopios electrónicos para verlas y que tienen un gran poder?. Gracias a su conocimiento, podemos usarlas en beneficio de la humanidad, pero también pueden ser altamente peligrosas y que por ellas se podría destruir la vida que conocemos hoy en día.

¿Podrías explicar qué es un átomo y qué partículas lo forman?. ¿Cómo se llegó al conocimiento de estas partículas, y por qué son tan importantes?.

En las ciencias, se utilizan modelos para representar ideas de cómo funciona una parte determinada del universo. En este caso, la teoría atómica trata de explicar el comportamiento y propiedades del átomo; no debe ser interpretado como un dibujo, sino como una representación gráfica de su funcionamiento.

Debido a que no es posible observarlo, el modelo se ha modificado gran cantidad de veces basándose en los nuevos descubrimientos y es probable que el modelo actual, en un futuro, sea modificado o reemplazado.

HISTORIA DE LOS MODELOS ATÓMICOS

La historia del modelo atómico comienza muchos siglos atrás, incluso antes de Cristo. En el siglo V ac, los filósofos griegos se preguntaban si la materia podía ser dividida en tantas partículas hasta llegar a un punto en que ya no se pudiera dividir mas, es decir que fuera indivisible. Es así como Democrito hace una teoría en la que afirma que la materia está compuesta de partículas indivisibles, a estas partículas las llamo átomos. La palabra átomo en griego significa indivisible.

Empédocles, otro filósofo griego, que no creía en dicha teoría y postulaba la idea de que la materia estaba constituida por 4 elementos que se combinaban entre sí: el agua, la tierra, el aire y el fuego.

Posteriormente transcurre un período en la historia de la Química, donde la principal preocupación es tratar de convertir los metales conocidos en oro. A los científicos encargados de estos procesos se les llamaba alquimistas. Nunca se pudo lograr el objetivo de estos científicos. Con la llegada de la ciencia experimental en los siglos XVI y XVII, los avances en todos los campo propician los estudios en química.

Hacia finales del siglo XIX se descubrió que el átomo si es una partícula divisible, ya que consta de tres partículas elementales, protones, neutrones y electrones.

•  Los primeros en ser descubiertos fueron los electrones en el año 1897 por el investigador Sir Joseph Thomson. 
• Los protones fueron descubiertos al igual que el núcleo del átomo en 1911 por Ernest Rutherford. 
•  Los últimos en ser descubiertos fueron los neutrones en 1933 por James Chadwick (Gran Bretaña).

Les dejo a continuación algunos videos muy buenos sobre el tema que les ayudarán a entenderlo mejor...

METODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS

En muchísimos procesos industriales (industrias alimentaria, petrolífera, siderúrgica, etc.) es necesario separar los distintos componentes que forman parte de una mezcla, ya sea homogénea o heterogénea. En este apartado estudiaremos los métodos más importantes, agrupados según el tipo de mezcla de que se trate. Estos métodos son físicos, pues no alteran las sustancias que forman la mezcla.

Los procedimientos físicos por los cuales se separan las mezclas se denominan métodos de separación.

SEPARACION DE LOS COMPONENTES DE MEZCLAS HETEROGÉNEAS

1. FILTRACIÓN: sirve para separar una sustancia sólida no miscible (que no esté disuelta) con una sustancia líquida. Consiste en utilizar un filtro cuyos poros (o agujeros) son más pequeños que el tamaño de las partículas que se quiera separar, de manera que cuando la mezcla se haga pasar a través del filtro éstas quedarán retenidas. Esta técnica se utiliza para separar la nata de la leche, para tamizar la arena en las construcciones, etc. http://www.youtube.com/watch?v=JDxgYTQi4CA

2. DECANTACIÓN:Sirve para separar dos o más líquidos inmiscibles entre ellos. El método se basa en las diferentes densidades de los líquidos que forman parte de la mezcla. Por ejemplo, en el caso de una mezcla de agua y aceite el agua se sitúa por debajo debido a su mayor densidad; utilizando un embudo de decantación, abrimos la llave que se encuentra en la parte inferior y dejamos caer el agua; si cerramos la llave cuando vaya a caer el aceite, habremos conseguido separar ambos líquidos. http://www.youtube.com/watch?v=ixSj9Tx3Fvo

3. CENTRIFUGACIÓN: Sirve para separar, habitualmente, suspensiones de sólidos en líquidos. Consiste en hacer girar la mezcla a una gran velocidad; de esta manera, las partículas más pesadas tienden a “escaparse” de la mezcla, separándose de las restantes. Lógicamente, cuanto mayor sea la masa, con mayor fuerza se separarán las partículas, que quedarán retenidas en el fondo del tubo. Esta técnica se utiliza en los laboratorios de análisis clínicos para separar y estudiar algunas de las sustancias (por ejemplo, los glóbulos rojos) que se encuentran en la sangre. https://www.youtube.com/watch?v=LWZMmCgC5rQ

4. TAMIZADO: Es el método indicado para separar los componentes de una mezcla de sólidos según el tamaño de sus partículas. Utilizando el tamiz apropiado, retendremos en él, el sólido cuyas partículas sean más gruesas.  https://www.youtube.com/watch?v=l5wM7k5MvUM

5. SEPARACIÓN MAGNÉTICA:  Sirve para separar una sustancia que forme parte de la mezcla y que posea propiedades magnéticas, es decir, se vea atraída por un imán. Estas sustancias suelen ser metales. Acercando un imán a la mezcla, conseguiremos separar aquellas sustancias que se vean atraídas por él. Esta técnica suele utilizarse en las industrias siderúrgicas para separar los metales del mineral del que proceden.

SEPARACION DE LOS COMPONENTES DE MEZCLAS HOMOGÉNEAS O DISOLUCIONES

1. CRISTALIZACIÓN: Sirve para separar una sustancia (habitualmente sólida) que se encuentra disuelta en un líquido. Para ello, se utiliza un recipiente muy ancho llamado cristalizador (ver figura a la derecha), en el cual se vierte la disolución; entonces, si se deja evaporar lentamente, el agua va pasando a estado gaseoso y las partículas de la sustancia sólida se unen poco a poco formando cristales con formas geométricas definidas (rombos, polígonos, etc.). 

Un ejemplo de cristalización es la separación de la sal del agua del mar en las salinas. La cristalización se puede acelerar aún más mediante el calentamiento a sequedad, que consiste en calentar la disolución en una cápsula de porcelana (ver figura a la izquierda) que se pone en contacto con una fuente de calor (hornillo, mechero,...). En este caso, los cristales de sólido que se obtienen al evaporarse el líquido son de menor tamaño que los que se obtienen a partir de la cristalización.

2. DESTILACIÓN: Sirve para separar una mezcla de dos o más líquidos miscibles entre sí. Para ello, se utiliza un dispositivo como el de la izquierda: se introduce la mezcla de líquidos en el matraz y comienza a calentarse. Entonces, el líquido con menor punto de ebullición comenzará a evaporarse antes que los demás; el agua corre por el tubo refrigerante enfriando dicho vapor, transformándolo en estado líquido (condensación). El líquido termina por caer en el recipiente colector, separándose así del resto de la mezcla. Para que la destilación sea eficaz, los líquidos deben tener puntos de ebullición que se diferencien en, al menos, 10 ºC.  http://www.youtube.com/watch?v=cocwhLBtJGg

3. CROMATOGRAFÍA: Es un método físico de separación para la caracterización de mezclas complejas, la cual tiene aplicación en todas las ramas de la ciencia. Es un conjunto de técnicas basadas en el principio de retención selectiva, cuyo objetivo es separar los distintos componentes de una mezcla, permitiendo identificar y determinar las cantidades de dichos componentes. Diferencias sutiles en el coeficiente de partición de los compuestos da como resultado una retención diferencial sobre la fase estacionaria y por tanto una separación efectiva en función de los tiempos de retención de cada componente de la mezcla.

La cromatografía en papel es un proceso muy utilizado en los laboratorios para realizar análisis cualitativos ya que pese a no ser una técnica muy potente no requiere de ningún tipo de equipamiento.

EXPERIMIENTOS Y VIDEOS EXPLICATIVOS

A continuación voy a dejar unos videos que he recopilado con los distintos métodos de separación de mezclas, en algunos casos con experimientos reales que deberemos replicarlos en clase:
                         1 Filtración de agua casera                                    2. Decantación

                       3. Centrifugación                                                     4. Experimento tamizado

                          5. Separación magnetica                                              6. Cristalización

                               7. Destilación                                                       8. cromatografía

Aquí os dejo una presentación en PDF que nos servirá de resumen de la unidad:

• Resumen de la unidad de la diversidad de la materia.

DISOLUCIONES DE UNA MEZCLA

Una Disolución es una Mezcla homogénea formada por dos o más sustancias puras en proporción variable y puede ser binarias, ternarias, etc.

Las Disoluciones constan de disolventes y solutos:

• Disolvente: es la sustancia que está presente en mayor cantidad
• Soluto: está presente en menor cantidad y se dice que está disuelta en la anterior.

El principal mecanismo de disolución es la separación del soluto en sus iones por la acción de un disolvente polar. Por ejemplo la sal (NaCl) se disuelve en el agua separándose en sus iones

Propiedades de las Disoluciones:
Una Disolución es una Mezcla Homogénea, es decir, presentan una composición y propiedades constantes a lo largo de toda su extensión (concentración, densidad, etc.)

• Las sustancias que forman parte de la disolución no reaccionan entre sí.
• Las partículas que forman una disolución son del tamaño de uno o pocos átomos.
• Las disoluciones líquidas son translúcidas dejando pasar la luz sin obstáculos.
• No producen sedimentación.
• Las sustancias que forman una disolución no se pueden separar por filtración ni por centrifugación. Para separarlos es preciso emplear otros métodos como la destilación o la cristalización.
• El volumen de la disolución es diferente al de la suma del volumen del soluto y del disolvente.

Tipos de disoluciones

En la siguiente tabla se puede ver las diferentes combinaciones de disoluciones y un ejemplo de cada una de ellas.

Como las disoluciones son mezclas de dos o más sustancias, se pueden mezclar agregando distintas cantidades: Para saber exactamente la cantidad de soluto y de solvente de una disolución se utiliza una magnitud denominada concentración.

Dependiendo de la proporción de su concentración, las disoluciones se clasifican en: si es pequeña, la disolución se llama diluida, si es alta, concentrada, y si no se puede disolver más soluta, saturada.

Ejemplos de Disoluciones:

• Oxígeno en agua: en el agua de mar por ejemplo está presente el oxígeno disuelto, gracias a lo cual la fauna marina puede respirar
• Azúcar en agua
• Alcohol etílico en agua
• Aire: el aire es una disolución de varios gases como el nitrógeno, oxígeno, argón, etc.
• Dióxido de Carbono en agua: por ejemplo en las bebidas gaseosas
• Latón: es una disolución sólida (aleación) de cobre y cinc
• Oro blanco: es una disolución sólida (aleación) de oro y otro metal como plata o níquel
• Ácido clorhídrico en agua: forman una disolución ácida
• Hidróxido de sodio en agua: forman una disolución básica
• Petróleo: es una disolución de multitud de hidrocarburos (alcanos, alquenos, cicloalcanos, aromáticos, etc.) 

El material que se ha seguido lo podemos encontrar en los siguientes enlaces:

• La Materia: Mezclas y disoluciones (PDF)
• Proyecto Newton: Sustancias y Mezclas (PDF)
• Actividad a realizar: Recursos TIC - Disoluciones

Finalmente podemos ver unos videos explicativos sobre que es una disolución, diferenciar entre soluto y disolvente y los tipos que hay. El segundo video está sacando de un curso donde lo va explicando a una serie oyentes.



No es disolución todo lo que parece (Los Coloides):

La palabra coloide deriva del griego kolas que significa "que puede pegarse", por su tendencia a formar coágulos.

John Tyndall

Por su tamaño intermedio, las partículas coloidales, también llamadas micelas, atraviesan los filtros ordinarios y no son visibles al microscopio, pero son retenidas por los poros del ultrafiltro y son visibles con el ultramicroscopio.
Al iluminar lateralmente una dispersión coloidal se produce el fenómeno físico denominado EFECTO TYNDALL. Se llama así en honor al microbiólogo irlandés John Tyndall, que estudió este efecto en el año 1869.

Este efecto se observa al usar faros de automóvil en la niebla o cuando la luz solar penetra en una habitación con polvo en suspensión y es responsable de la turbidez de las emulsiones de líquidos transparentes (como el agua y el aceite de oliva).

Los rayos de luz son invisibles al atravesar una disolución verdadera, pero se hacen visibles al atravesar dispersiones coloidales.

En el video de arriba se puede ver un experimiento del efecto Tyndall

Por otro lado los sistemas coloidales pueden existir en diversas formas llamadas Sol, Gel, Emulsión, Aerosol y Espuma. En el siguiente enlace podemos ver más ejemplos.

Sol: Coloide líquido o sólido; la fase dispersante puede ser líquida y la fase dispersa un sólido, Como el caso de las pinturas y la leche magnesia.

Emulsión: Un coloide formado por un líquido en otro líquido inmiscible es una emulsión. (Uno de los líquidos es una fase acuosa y el otro líquido es una fase aceite). Se prepara por agitación en equipos llamados homogeneizadores. Se deben agregar aditivos llamados emulsionantes para estabilizarla. Ejemplo: mayonesa, cuya fase dispersa se encuentra en forma de pequeñas gotas. Cuando hay ausencia de emulsionantes la emulsión es inestable y se separan los componentes. Ejemplo: vinagreta.

Aerosoles: Un colide formado por un sólido o un líquido en un gas se llama aerosol. Ejemplo: desodorantes cuya fase dispersa es una partícula sólida; insecticidas cuya fase dispersa es líquida.

Geles: Un gel (del latín gelu - frío, helado o gelatus - congelado, inmóvil) es un sistema coloidal donde la fase continua es sólida y la dispersa es líquida. Los geles presentan una densidad similar a los líquidos, sin embargo su estructura se asemeja más a la de un sólido. El ejemplo más común de gel es la gelatina comestible.

Espuma: Es un coloide donde la fase dispersante puede ser líquida o gaseosa y la fase dispersa un gas;Tal es el caso de la crema batida.

CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA

En primer lugar vamos a hacer un breve repaso por lo visto hasta ahora acerca de la materia, si recordamos la materia es todo lo que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio, aunque no la veas, por ejemplo, el aire tiene masa así no lo sientas "pesado" encima de ti. Todo lo que existe en el universo es materia, tu cuerpo y la ropa que llevas puesta.

Además puede estar en estado sólido, líquido o gaseoso. Cada una de estas formas de la materia tiene sus propias características y propiedades físicas como vimos en la unidad anterior.

En estos tres estados de agregación se observan las siguientes características:
1) La materia está formada por pequeñas partículas.
2) Esas partículas están en constante movimiento (en los gases más que en los líquidos y sólidos).
3) Hay fuerzas de atracción entre las partículas que forman la materia (en los sólidos más que en líquidos y gases).

Esas partículas, que son pequeñísimas y que forman parte de la materia se denominan átomos.

1.CONCEPTO Y CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA
La materia presenta diversas formas en la naturaleza. Para estudiarla, podemos clasificar la materia según su aspecto.

• Materia homogénea es la materia en la que, a primera vista o con la ayuda del microscopio óptico, no se distinguen partes diferentes.
•  Materia heterogénea es aquella en la que, a primera vista o con ayuda del microscopio óptico, se distinguen partes diferentes.

Y También podemos clasificarla según su composición, esta se encuentra en la naturaleza en forma de sustancias puras y de mezclas.

SUSTANCIA PURA:

son aquéllas cuya naturaleza y composición no varían sea cual sea su estado. Se dividen en dos grandes grupos: Elementos y Compuestos.

Sustancia Simple (Elementos): Son sustancias puras que no pueden descomponerse en otras sustancias puras más sencillas por ningún procedimiento. Ejemplo: Todos los elementos de la tabla periódica: Oxígeno, hierro, carbono, sodio, cloro, cobre, etc. Se representan mediante su símbolo químico y se conocen 118 en la actualidad.

Sustancia Compuesta (Compuestos): Esta compuesta por átomos de elementos diferentes, por lo tanto son susceptibles a descomponerse en otras mas sencillas

Molécula de agua (H₂O), formada por 2 átomos de hidrógeno (blancos) y 1 átomo de oxígeno (rojo)

Molécula de etano (C₂H₆), formada por 2 átomos de carbono (negros) y 6 átomos de hidrógeno (azul)

Alotropía: Es la Existencia en un mismo estado físico de dos o mas formas moleculares o cristalinas de un elemento químico; debido a ello sus propiedades son diferentes.

Por ejemplo para el Carbono:

MEZCLA: Es la reunión de dos o mas sustancias químicas en cualquier proporción, donde las propiedades de los componentes se conservan, o sea no hay combinación química, son susceptibles a la separación por medios mecánicos o físicos. Casi todos los cuerpos materiales que nos rodean son mezclas, por lo tanto es muy difícil encontrar sustancias químicamente puras. Las mezclas pueden ser homogéneas y heterogéneas.

Mezcla Homogénea o Solución: Es aquella que a simple vista o con ayuda de instrumentos como el microscopio no se puede diferenciar la separación de sus componentes, constituye una masa homogénea y cualquier porción que se tome tendrá la misma composición y propiedades.

Ejemplos:

• Agua azucarada
• El aire (libre de partículas suspendidas)
• El acero
• Agua potable, agua de mares, ríos y lagos
• las bebidas gasificadas
• Latón
• Bronce
• Gasolina, gas natural, keroseno
• Agua oxigenada
• Vinagre

Mezcla Heterogénea: Es aquella que simple vista o con ayuda de instrumentos se diferencia la separación de sus componentes y cualquier porción que se tome tendrá composición y propiedades diferentes.

Ejemplos:

• Agua y aceite
• limaduras de hierro y azufre en polvo
• Suspensiones (aire polvoriento, agua turbia, jarabes, laxantes, etc)
• Coloides (leche, almidón, clara de huevo, pintura, geles, mayonesa,queso, piedra, espuma, sangre, etc)
• Benceno y agua
• Mezcla de arena y cemento

Resumiendo: La materia por su composición se clasifica en sustancias puras y mezclas. En el siguiente esquema se muestra una clasificación general de la materia: 

 

En este video podemos ver la clasificación de la materia que hemos estado estudiando en la unidad.

2. PRESENTACIONES
   
   

  3. CONTENIDOS ANIMADOS