Tamaño de los Atomos

Que tamaño tienen los átomos?

Ni los mas poderosos Microscopios existentes en la actualidad permiten ver detalles de la estructura del átomo.Como máximo puede verse una region que se puede interpretar como el volumen del espacio ocupado por un átomo.
Recordemos la  unidad de longitud mas utilizada para temas Cientificos y Tecnicos , el metro n( m)

Todos tenemos idea de cuanto es un metro , no? lo representamos asi                           1 m
si dividimos esa longitud en mil partes obtenemos el "milimetro"                                  0, 001 m
si dividimos esa longitud ( el milimetro)  en otras mil partes obtenemos el "micron"    0,000001 m
si ahora dividimos el micron en mil partes obtenemos el "milimicron" o "nanometro"  0,000000001m

Obs: Para evitar el uso de tantos ceros se emplea la llamada "notación cientifica" que consiste en expresar esas cifras como potencias negativas de 10 en el caso de dimensiones muy pequeñas ó en potencias positivas de 10 para dimensiones muy grandes.

 Escucharon alguna vez la palabra "Nanotecnologia" ? bueno, se refiere a la ciencia y a tecnologias que se ocupan de objetos cuyas dimensiones estan en el orden de los "nanometros".

 Si a ese nanometro lo dividimos en 10 partes obtenemos una medida llamada  ángstrom (símbolo Å​, es una A mayuscula con un  circulito  arriba).Resulta que los atomos poseen medidas en el orden de un angstrom ( hay una cierta variacion de tamaño entre ellos pero no es muy grande esa variacion).
Para comparacion podemos pensar en un milimetro como esa distancia que existe entre las dos lineas mas chicas de una regla milimetrada.Un globulo rojo de nuestra sangre mide aproximadamente 6 micrones es decir puestos uno al lado del otro en linea se necesitarian 167 globulos rojos para cubrir la longitud de un milimetro.Una bacteria tipica ( un estreptococo) mide aproximadamente 0,1 micron . Los virus de la clase del nuevo corona virus miden entre 50 y 200 nanometros.Un atomo de hidrogeno ( el atomo mas pequeño) tiene un diametro de 1 angstrom .

En el siguiente 

video podemos ver una comparativa acerca del tamaño de los átomos

Debajo vemos las imágenes correspondientes a un acumulo de atomos compuestos por Disulfuro de Molibdeno , un atomo de Silicio ( el que esta brillante) y una imagen del Microscopio electronico de transmision con el que se produjeron

esas imagenes.Como se puede apreciar , no se ve en ellas ningun detalle de la estructura del átomo.Todo lo que sabemos del átomo se hizo por medio de mediciones indirectas y por deduccion.

Esta ultima imagen muestra como se ven globulos rojos de la sangre , globulos blancos ( los que poseen nucleos segmentados ) y bacterias ( los puntos azules oscuro) , vistos con un microscopio optico a unos 400 aumentos.

Es esta última imagen (obtenida mediante un microscopio electrónico de transmision) se puede ver una partícula de Coronavirus  y  a su lado como referencia una barra que representa una longitud de 100 nm.Con esta serie de imagenespuede comprenderse mejor la imposibilidad de ver detalles de un átomo ya que como vimos sus dimensiones rondan 0,1 nm o sea 1 angstrom.

En este punto conviene aclarar que es eso de "positivo" y "negativo" en cuanto a las Cargas electricas.
Es una CONVENCION que se decidió hace unos 220 años.El impulsor de esa convencion de signos fue el cientifico Benjamin Franklin a partir de la electrificacion ( significa hacer que un cuerpo adquiera carga electrica) de una varilla de vidrio cuando era frotada con seda  y de la electrificacion que adquiria un trozo de ambar ( una resina de pino fósil) cuando era frotada con pieles de animales.
En ese entonces se llamaba a la primera "electricidad VITREA" y a la otra se la  llamaba "electricidad RESINOSA".Actualmente la llamamos " positiva" y "negativa " respectivamente.
Como se ve, llamar "positivo"o "negativo" no tiene ninguna otra connotacion , no se trata de algo "bueno" o "malo".
Que los electrones sean las partículas que portan esa carga negativa se supo a fines del Siglo XIX.

Ejercicio a entregar como Trabajo Practico (Parte A)

La ejercitacion con esta parte A y la siguiente parte B son fundamentales para comprender la estructura del atomo.

Con el anterior listado de las caracteristicas de las cargas electricas , intenten resolver los  siguientes  ejercicios.

--1)En un espacio muy pequeño (como el que ocupa un àtomo) hay  un conjunto de 4 cargas eléctricas positivas y 4 cargas eléctricas negativas.¿Cual es la carga eléctrica neta de ese conjunto de cargas?Se trata de un ION?De que tipo?

--2)¿Cual seria la carga eléctrica neta si hubiera 10 cargas positivas y  8 cargas negativas? Se trata de un ION?De que tipo?

--3) Cual seria la carga eléctrica neta si hubiera  8 cargas positivas y 10 cargas negativas? Se trata de un ION?De que tipo?

--4) Si a ese conjunto de 4 cargas electricas positivas y 4 cargas electricas negativas , le SACO  2 cargas electricas negativas, Cual es la carga NETA resultante para el conjunto? Queda como un ION ? De que tipo?

--5) Si a ese conjunto de 4 cargas electricas positivas y 4 cargas electricas negativas , le AGREGO 2 cargas electricas negativas, Cual es la carga NETA resultante para el conjunto? Queda como un ION? De que tipo?

Pregunta : El caso  (2) y el caso (5) se atraeran o rechazaran entre si?

-------------------Tarea : Googlear los Simbolos Quimicos de los siguiente elementos-------------------

Hidrogeno, Helio, Litio, Berilio,Boro, Carbono, Nitrogeno, Oxigeno, Fluor, Neon, Sodio, Magnesio, Aluminio, Silicio, Fosforo, Azufre, Cloro, Argon, Potasio, Calcio

Modelos Atomicos .El "Modelo Atomico de Bohr "

Desde fines del Siglo XlX  algunos cientificos que experimentaban con descargas electricas dentro tubos a los que se les habia hecho vacio ( se habia quitado aire hasta dejar muy poco aire adentro de ellos ) encontraron que habia algo que conducia la electricidad , se lo llamó "electron" , a partir de ahi la idea de que el atomo era INDESTRUCTIBLE tuvo que ser descartada ya que el electron fue la primer partícula Sub-atomica en ser descubierta.Pronto fue encontrada otra particula sub -atómica, era el "proton".En las disciplinas cientificas se entiende por "modelo" a una propuesta que intenta explicar cualquier fenómeno.Por consiguiente a partir del hallazgo del electron se hicieron muchas propuestas para explicar la constitución de la materia.El modelo atomico que vamos a ver en esta asignatura es el llamado "Modelo Atomico de Bohr".Bohr pudo llegar a elaborar su modelo merced a decadas de investigaciones  y datos acumulados por otros cientificos  y por una Teoria revolucionaria  elaborada por Max Planck  en el año 1900, la "Teoria Cuantica".

En el siguiente video podemos ver un resumen de los hechos que llevaron a Niels Bohr  y a Ernest Rutherford a proponer un nuevo "modelo del atomo" en 1913.
A pesar de que ya tiene mas de 100 años , es suficiente para explicar la Quimica que veremos en este curso elemental.

Para entender las representaciones anteriores debemos saber que nos interesan tres particulas , en especial las dos primeras que voy a nombrar.La primera es el Proton , una particula subatomica que posee carga electrica del tipo "positivo", la segunda particula es el Electron que posee carga electrica del tipo "negativo" y por ultimo la particula llamada "neutron" que no posee carga electrica.
Los electrones poseen una masa casi dosmil veces menor a la del proton y a la  del  neutron.
A los fines practicos consideramos que no aportan masa al atomo , la consideramos despreciable frente a las masas de los protones y neutrones.
Las fuerzas de tipo electrico son las unicas fuerzas que interesan en la Quimica por esa razon es importante recordar algunas reglas
1) existen dos tipos de cargas electricas , las positivas y las negativas.
2) decimos que una carga electrica posee "signo positivo ( + ) " o decimos que una carga electrica posee " signo negativo ( -)"
3 ) las carga electricas de     IGUAL    signo se       RECHAZAN ( se alejan entre si , se REPELEN)
4) las cargas electricas de DISTINTO signo se        ATRAEN ( se juntan  entre si , se ATRAEN )
5 ) De un cuerpo que posee igual cantidad de carga de signo positivo que de signo negativo se dice que es NEUTRO . o que su Carga NETA es CERO.Ya vimos en la Primera Evaluacion una aplicacion de esta situación.
6) De un cuerpo que posee mas cargas electricas de un signo que de otro signo se dice que es un ION
7) Si un ION posee carga neta NEGATIVA decimos que es un ANION
8) Si un ION posee carga neta  POSITIVA   decimos que es un CATION

Ejemplo de expresion :
si algo tiene una carga POSITIVA en exceso lo denotamos     +
si algo tiene una carga NEGATIVA en exceso lo denotamos    -

si algo tiene    2 cargas POSITIVAS  en exceso lo denotamos     2 +
 si algo tiene    3 cargas NEGATIVAS en exceso lo denotamos   3 -

ACLARACION : Cuando digo exceso me refiero a que hay mas de una clase que de otra
Mas adelante veremos como agregamos esta notacion a los Simbolos Quimicos de los Elementos


Volviendo sobre el tema de los ELEMENTOS QUIMICOS , podemos decir que existen 98 Elementos Quimicos presentes en la naturaleza.Existen tambien Elementos Quimicos artificiales, creados en Laboratorios de Fisica Atómica.Se los nombra para su mas facil uso mediante los llamados "Simbolos Quimicos".Para nuestro Curso bastara que sepamos algunos pocos de esos Simbolos Quimicos, los que se refieren a los Elementos mas comunes.
                                   

Reseña historia de las Teorias Atomicas

A travez de los Capitulos anteriores llegamos al concepto de Elemento Quimico ahora vamos a tratar de explicar cual es la estructura de los Elementos y el por que de sus propiedades.
Por empezar diremos que hace mas de 2400 años ya se debatia entre los Filosofos Griegos acerca de si la Materia era "continua" o "discontinua" .Los partidarios de la Discontinuidad de la materia opinaban que habia una lucha entre el "Ser" ( la materia) y el "no Ser" ( el vacio).
Los Filosofos Leucipo y Democrito fueron los principales sostenedores de esta idea , en este video veremos un resumen de ellas.
Proponian la existencia de "ATOMOS" que para ellos eran pequeñisimas partículas INDIVISIBLES , INDESTRUCTIBLES  y por consiguiente ETERNAS que se combinaban por medio de choques para dar origen a otros agrupaciones  de atomos  distintas clases y formas que les daban asi  distintas propiedades.
Posteriormente las Ideas de los Filosofos partidarios de la CONTINUIDAD ( negaban la existencia del VACIO )  de la Materia prevalecieron y las ideas de Leucipo y Democrito fueron olvidadadas durante 2000 años.Los máximos exponentes de estas ideas fueron Socrates y Aristoteles , en este link podemos leer un resumen de la vision Aristotelica del Universo.
Volvamos al tema de la "continuidad o discontinuidad" de la materia , conviene que veamos este video.Esta en ingles pero se entiende.El Profesor mide una cantidad de arena en un recipente y le agrega agua como para llegar a 100 mL , sin embargo no es asi.El volumen final es menor.Ello se debe a que entre la arena hay espacios vacios.Lo mismo para el caso de mezclar alcohol y agua.
Varias Civilizaciones tuvieron la  idea de la existencia de 4  ó 5 ELEMENTOS .A continuacion vemos los Elementos constitutivos del Universo segun la vision de los Griegos,Chinos,Japon y La India , Tierra,Aire, Agua, Fuego , Eter o Vacio .
Los seguidores de Platon y Aristoteles proponian que los Elementos tenian formas geometricas relacionadas con los Triangulos.
Podemos  ver en este video un poco de las ideas de los Filosofos griegos que dieron una explicacion respecto de lo que hoy llamamos "elementos".
Hoy parece muy ingenuo creer que todo lo que nos rodea esta hecho de : agua, aire, tierra y fuego pero pensemos que ocurre cuando quemamos un trozo  de madera , se desprende vapor de agua, quedan unas cenizas del aspecto de la tierra, sale fuego de la madera mientras se quema.Ademas ellos veian que alrededor de los rios, lagunas, etc brotaba plantas, habia animales e insectos, peces, etc,ello los llevaba a concluir que el agua era parte de su constitucion.

2000 años despues que Leucipo y Democrito propusieran a los átomos como constituyentes de la Materia , un cientifico Ingles llamado John Dalton retomó esa idea y elaboro su Teoria Atomica ( desarrollada entre 1803 y 1808) que se resume en este video.

Sustancias Simples , los Elementos Quimicos

En los Capitulos anteriores vimos a que se llama Sustancia y que a su vez esas pueden ser Simples o Compuestas.
Una sustancia SIMPLE no puede descomponerse en otras , por ejemplo , recordemos el experimento del calentamiento de aquel solido de color rojizo y aspecto terroso .Si a ese gas que se desprendio lo recolecto (sin que se mezcle con otras sustancias) es decir de forma que este el solo, lo puedo calentar fuertemente  todo lo que desee y no cambiara ninguna de sus propiedades intensivas y tampoco podre obtener ninguna otra sustancia a partir de el como si  habia sucedido con el solido rojo .Entonces puedo concluir que ese gas se trata  de una Sustancia SIMPLE.
Si lo mismo pasara  si caliento el liquido de color plateado que habia quedado en el fondo y las paredes del  tubo , podria concluir que tambien se trata de una Sustancia SIMPLE y es lo que casualmente ocurre.Ese liquido plateado permanece tal cual por mas que lo caliente a las mas altas  temperaturas que pueda.

Esas dos sustancia que obtuve resultan ser lo que  llamamos Oxigeno y Mercurio respectivamente.
La Sustancia rojiza de la que se obtuvieron estas sustancias simples  es la "SUSTANCIA COMPUESTA "  Oxido de Mercurio.

Las  sustancias SIMPLES se denominan ELEMENTOS QUIMICOS  y son los "ladrillos" con los que esta construida toda la materia que existe en el Universo.

En el video donde se mostraba la descomposicion del agua por medio del paso de una corriente eléctrica , pudo verse la liberacion de dos sustancias gaseosas.Al igual que lo explicado en el parrafo anterior , esos dos gases RESULTAN ser dos Sustancias SIMPLES.Uno es el Oxígeno y el otro es el Hidrógeno.
Entonces el Agua es una "SUSTANCIA  COMPUESTA" de los Elementos químicos  Hidrogeno y Oxigeno.

Aqui podemos atender a una explicacion sobre los elementos y una introduccion al estudio del atomo , cosa que veremos con mas detalle en las próximas clases.


El siguiente video trata el tema del origen de los elementos quimicos  la duracion es de casi una hora .

En el capitulo que sigue veremos la evolucion historica del concepto de "elemento".Arriba vemos la representacion de los elementos Teierra, Agua, Fuego y Aire en el Logotipo de la Exposicion Tecnopolis

Concepto de Sustancia .Sustancias Simples y Sustancias Compuestas

Una sustancia es una porción de materia  que tiene un CONJUNTO de propiedades intensivas ( repasar ¿que son las  "propiedades intensivas"? esta en el Blog  ) caracteristicas ,que solo ella posee y que no dependen de ninguna otra para poseerlas.
Por ejemplo , pensemos en el Agua .Que propiedades intensivas podemos encontrar que posee?
El agua es incolora , tiene una densidad de 1 gramo / cm 3 , hierve ( Punto de ebullicion )  a 100 °C ( a la presion atmosferica  normal), su Punto de fusion es de 0 ° C ,es poco conductora de la electricidad,la Sal Comun se disuelve en ella, el aceite de cocina no se mezcla con ella, tiene poco sabor y olor,y hay muchas mas propiedades intensivas que no vienen al caso nombrar.
Todo ese CONJUNTO ( no una sola )  de propiedades intensivas pertenecen exclusivamente al agua.No se puede sacar nada del agua ( sin destruirla) que cambie esas propiedades intensivas.
Pregunto , leche, agua de mar , sangre, savia vegetal , soda, manteca,madera de pino, barro, petroleo, jugo de naranja, pure de papas,pate de foie,Son sustancias?

Respuesta : NO son sustancias , ninguna de ellas .Todas son mezclas.

En el siguiente video podemos ver una explicacion acerca de que es una sustancia. nuevamente .

Todas esas son mezclas porque puedo extraer otras cosas de ellas y como consecuencia pierden las propiedades intensivas que tenian originalmente.

Si pongo en un recipiente a hervir el agua de mar quedara un residuo al evaporarse el agua y esa agua que se evaporó ya no tendra las propiedades que tenia el liquido original.Pude separar Al  MENOS dos cosas, un liquido y  un solido ( que a su vez podre separar en otros componentes por métodos adecuados).Entonces concluyo que el agua de mar no es una sustancia.
Tomemos el caso de la leche, todas alguna vez leimos que la leche posee :agua, grasa, proteinas, calcio, vitaminas, lactosa, etc, etc,cientos de otras cosas.Entonces la leche NO es una sustancia.
La sangre TAMPOCO  es una sustancia, posee miles de cosas disueltas en ella ademas de tener globulos rojos, globulos blancos, plaquetas, etc,
Del petroleo se sacan muchisimas cosas, lubricantes, naftas, gas oil, gas butano, alquitran, etc, etc, TAMPOCO es una sustancia.
Podemos seguir asi con todas las demas cosas que nombre, por eso ninguna es una sustancia.

Mas aclaraciones al tema de sustancia y mezclas en este video

Ahora bien, supongamos que empleando ciertos metodos ( se llaman "metodos de fraccionamiento de fases") logro separar todas las sustancias que hay en una mezcla, obteniendo por separado cada una de ellas es decir sustancias puras.Esas sustancias puras podran estar  (a su vez)  formadas por otras sustancias? Si, es posible , si compruebo que por algun metodo puedo obtener de ellas otra u OTRAS COSAS  que tengan  Propiedades Intensivas diferentes a las de la  sustancia original, entonces significa que esa sustancia de la que partí es una SUSTANCIA COMPUESTA.Si no puedo , significa que es una SUSTANCIA SIMPLE.

En este video  ( en Ingles ! ) realizado con fines didacticos podemos ver como una sustancia roja solida a temperatura ambiente al calentarla se " rompe" ( descompone) en otras dos COSAS , un gas y un liquido de aspecto metálico color plateado.Esas DOS cosas poseen distintas Propiedades Intensivas , como ya describí (  una es un gas ...la otra es brillante... etc).Entonces esto significa que aquella sustancia original ( roja , solida, de aspecto terroso) esta compuesta de al menos DOS cosas DISTINTAS , por consiguiente NO es una Sustancia Simple.Se trata de una sustancia Compuesta.

Tratemos el caso del agua , en estevideo ( en Ingles) podemos ver como al pasar una corriente electrica a travez del agua se producen 2 COSAS distintas al agua , ambas son gases y ( no se muestra) tienen distintas Propiedades Intensivas.Eso indica que el agua ES una sustancia Compuesta.

Observacion : Que los  videos  esten en Ingles no es un obstaculo , se los estoy explicando en el aspecto que interesa. Los detalles del experimento por ahora no  pueden entenderlos y en este momento no son necesarios.

Evaluacion a entregar

Responder las siguientes preguntas utilizando para ello los conceptos aprendidos bajo  los temas "propiedades extensivas e intensivas" y " densidad", cambios de estado.Fuerzas electricas. Para resolver el problema "4"  deben investigar como se calcula el volumen de un cubo.
Fecha de entregar del trabajo : Martes 21 de Abril de 2020 hasta las 21 hs.



1) ¿Por que puede decirse que las siguientes propiedades : color,  densidad,  temperatura de fusión, temperatura de ebullición,solubilidad, olor, dureza, son propiedades INTENSIVAS ?

Sabiendo que "Una sustancia posee propiedades Intensivas que son características de ella ".

2) Se tienen 2 muestras desconocidas "a " y "b" , se mide el punto de fusion ( temperatura a la que pasan de solido a liquido). La muestra "a" se funde a 37 °C , la otra "b"  funde a 47°C .
¿Se trata de sustancias iguales o distintas ?
Fundamentar su respuesta 

3) Otro caso , se tienen dos  sustancias liquidas "c" y "d" , se miden las temperaturas de ebullición ( temperatura a la que pasan de liquido a gaseoso)  de ambas y se obtiene el siguiente resultado : "c " hierve a 120 °C y "d" hierve tambien a 120 °C.
Se trata de sustancias iguales o distintas?

4) Un bloque cubico macizo de un metal tiene 3 cm de lado , su masa es de 54 gramos.Cual es su densidad?
Otro bloque macizo del mismo metal pesa 108 gramos ¿Cual sera su volumen?

5) Se tiene UNA  carga electrica de signo Positivo y se coloca encima de ella (quiero decir con esto que estan prácticamente en el mismo lugar) UNA carga electrica de signo Negativo.Se le ACERCA  a ese conjunto de cargas otra carga de signo Negativo.
responder cual de las afirmaciones siguientes es verdadera :
a) La carga que se acerca es ATRAIDA
b) La carga que se acerca es RECHAZADA
c) la carga que se acerca no sufre ni atracción ni repulsión.

6) ¿Como separaria una mezcla que contiene aceite de cocina , arena y agua ?


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Si hay alguna dificultad en resolver los ejercicios 2) y 3 ) vean este video