PARTICULAS SUBATOMICAS

OBJETIVO CLASE: Resolverá ejercicios sencillos donde explica cómo se interrelacionan el número atómico, la masa atómica y el número de masa.

ÁTOMO:Partícula más pequeña en que un elemento puede ser dividido sin perder sus propiedades químicas. Aunque el origen de la palabra átomo proviene del griego, que significa indivisible, los átomos están formados por partículas aún más pequeñas, las partículas subatómicas.

PARTICULA SUBATÓMICA: Partícula más pequeña que el átomo, puede ser una partícula elemental o una compuesta a su vez por otras partículas subatómicas. Generalmente, estas partículas subatómicas con las que están formados los átomos son tres: los electrones, los protones y los neutrones. Lo que diferencia a un átomo de otro es la relación que se establecen entre ellas.Los electrones tienen una carga negativa y son las partículas subatómicas más livianas que tienen los átomos. La carga de los protones es positiva y pesan unas 1.836 veces más que los electrones. Los únicos que no tienen carga eléctrica son los neutrones que pesan aproximadamente lo mismo que los protones.Los protones y neutrones se encuentran agrupados en el centro del átomo formado el núcleo atómico del átomo. Por este motivo también se les llama nucleones. Los electrones aparecen orbitando alrededor del núcleo del átomo.De este modo, la parte central del átomo, el núcleo atómico, tiene una carga positiva en la que se concentra casi toda su masa, mientras que alrededor del núcleo atómico, hay un cierto número de electrones, cargados negativamente. La carga total del núcleo atómico (positiva) es igual a la carga negativa de los electrones, de modo que la carga eléctrica total del átomo sea neutra.Esta descripción de los electrones orbitando alrededor del núcleo atómico corresponde al sencillo modelo de Bohr. Según la mecánica cuántica cada partícula tiene una función de onda que ocupa todo el espacio y los electrones no se encuentran localizados en órbitas aunque la probabilidad de presencia sea más alta a una cierta distancia del núcleo.

PARTICULAS ELEMENTALES: Son los constituyentes elementales de la materia, es decir, que no están constituidos por partículas más pequeñas ni se conoce que tengan estructura interna. La mayoría de estas partículas descubiertas no se encuentran en condiciones normales en la tierra porque son inestables o difíciles de producir; se producen al azar por la acción de rayos cósmicos al chocar con la atmosfera de la tierra y en los aceleradores de partículas, los cuales imitan las condiciones del proceso anterior, pero en condiciones controladas.  Las partículas elementales conocidas son: Quarks, Leptones, Bosones, Hadrones, Mesones y Neutrino.

Quarks: Son seisy se llamanup (u), down (d), strange (s), bottom (b), top (t), charm (c).

   Lepton: Son el electrón, el muon y el tau

PROPIEDADES DE LOS ATOMOS

Las unidades básicas de la química son los átomos. Durante las reacciones químicas los átomos se conservan como tales, no se crean ni se destruyen, pero se organizan de manera diferente creando enlaces diferentes entre un átomo y otro.

Los átomos se agrupan formando moléculas y otros tipos de materiales. Cada tipo de molécula es la combinación de un cierto número de átomos enlazados entre ellos de una manera específica.Según la composición de cada átomo se diferencian los distintos elementos químicos representados en la tabla periódica de los elementos químicos.

MOLECULA: Partícula más pequeña que presenta todas las propiedades físicas y químicas de una sustancia, y se encuentra formada por dos o más átomos. Los átomos que forman las moléculas pueden ser iguales (como ocurre con la molécula de oxígeno, que cuenta con dos átomos de oxígeno) o distintos (la molécula de agua, por ejemplo, tiene dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno).
  

¿Cómo saber cuánto pesan los átomos de todos los elementos de la tabla periódica? Los químicos llegaron a una solución simple: asignaron un valor determinado a la masa de un elemento determinado (elemento de referencia), y, mediante métodos experimentales, obtuvieron el peso de todos los demás elementos en relación con el elemento de referencia, es decir, algunos pesan más y otros pesan menos que este elemento en una cantidad aritmética exacta.

DETERMINANDO MASAS ATOMICAS

Por acuerdo internacional, la masa atómica es la masa de un átomo, en unidades de masa atómica (uma.).

Una unidad de masa atómica (uma) se define como una masa exactamente igual a un doceavo de la masa de un átomo de carbono-12, el isótopo más común del carbono. El átomo de carbono-12 tiene entonces una masa de 12 uma.

El carbono-12 es el átomo que se usa como referencia para medir la masa atómica de los demás elementos químicos conocidos hasta hoy. De este modo, las masas atómicas son en realidad masas atómicas relativas a una masa atómica de referencia.

Por ejemplo, por métodos experimentales, se ha determinado que la masa atómica del hidrógeno es apenas un 8.4% de la masa del carbono-12. Haciendo una sencilla operación aritmética, podemos entonces determinar la masa atómica del átomo de hidrógeno:

Masa atómica del hidrógeno = (0.084) (12 uma) = 1.008 umaLa unidad de masa atómica (uma) también recibe el nombre de Dalton.

MASA ATOMICA PROMEDIO: Cuando hablamos del carbono-12, nos estamos refiriendo a tan sólo uno de los tres isótopos naturales del Carbono, cada uno de ellos tiene diferente número de neutrones y por consecuencia, diferente cantidad de masa. En otras palabras, el carbono que encontramos en la naturaleza viene en tres "presentaciones": carbono-12, carbono-13 y carbono-14, cada uno con masas atómicas diferentes, de aquí que es necesario determinar una masa atómica promedio del carbono, el cálculo se hace tomando en cuenta la abundancia relativa de cada uno de los isótopos. Aún cuando la composición relativa de la mezcla de isótopos de un elemento puede variar dependiendo de la zona geográfica de donde se obtenga la muestra, se han definido estándares de masas atómicas promedio para cada elemento.

ION: Es aquel átomo o molécula que ha ganado o perdido electrones,este fenómeno se conoce como ionización. Los iones cargados negativamente, producidos por haber más electrones que protones, se conocen como aniones (que son atraídos por el ánodo) y los cargados positivamente, consecuencia de una pérdida de electrones, se conocen como cationes (los que son atraídos por el cátodo).

Anión y catión significan:

Anión: ("el que va hacia arriba") tiene carga eléctrica negativa.

Catión: ("el que va hacia abajo") tiene carga eléctrica positiva.

Ánodo y cátodo utilizan el sufijo '-odo', del griego odos , que significa camino o vía.

Ánodo: ("camino ascendente de la corriente eléctrica") polo positivo".

Cátodo: ("camino descendente de la corriente eléctrica") polo negativo".

Un ion conformado por un solo átomo se denomina ion monoatómico, a diferencia de uno conformado por dos o más átomos, que se denomina ion poliatómico.

Ejemplo del cálculo de la Masa atómica promedio para el hidrógeno:

Elemento	Isótopos naturales	Masa atómica relativa	Abundancia	Cálculo	Masa atómica promedio (Σ)
Hidrógeno	1H (Protio)	1.0078250321	99.9885 %	1.0078250321 x .999885 = 1.007709132	1.00794
	2H (Deuterio)	2.014101778	0.0115 %	2.014101778 x .000115 = 0.000231622

NUMERO ATOMICO: Se representa con la letra Z, indica la cantidad de protones que presenta un átomo, que es igual a la de electrones. Todos los átomos con un mismo número de protones pertenecen al mismo elemento y tienen las mismas propiedades químicas. Por ejemplo todos los átomos con un protón serán de hidrógeno (Z = 1), todos los átomos con dos protones serán de helio (Z = 2).

NÚMERO MASICO: Se representa con la letra A, y hace referencia a la suma de protones y neutrones que contiene el elemento. Suele ser mayor que el número atómico, dado que los neutrones del núcleo proporcionan a éste la cohesión necesaria para superar la repulsión entre los protones.El número másico es además el indicativo de los distintos isótopos de un elemento. Dado que el número de protones es idéntico para todos los átomos del elemento, sólo el número másico, que lleva implícito el número de neutrones en el núcleo, indica de qué isótopo del elemento se trata. El número másico se indica con un superíndice situado a la izquierda de su símbolo, sobre el número atómico. Por ejemplo, el ¹H es el isótopo de hidrógeno conocido como protio. El ²H es el deuterio y el ³H es el tritio. Dado que todos ellos son hidrógeno, el número atómico tiene que ser 1.

Para todo átomo e ión:

Número másico (A) = Número atómico (Z) + Número de neutronesA = Z + N

Para calcular la cantidad de neutrones que posee un átomo debe hacerse: "A - Z", (Número másico menos Número atómico) consultando antes en la tabla periódica las cantidades correspondientes.La suma de los protones y los neutrones presentes en el núcleo de un átomo, nos da como resultado un número que denominamos número másico. El número másico se recoge en la tabla periódica.

ISOTOPOS:Son dos átomos con el mismo número de protones, pero diferente número de neutrones. Los isótopos de un mismo elemento, tienen unas propiedades químicas y físicas muy parecidas entre sí.

MASA ATOMICA:Es la masa de un átomo expresada en unidades de masa atómica unificada, puede ser considerada como la masa total de protones y neutrones en un átomo, pues la masa de los electrones es despreciable.

PESO ATOMICO: Es una cantidad física, cuyo símbolo es A_r, y corresponde a la relación de las masas promedio de los átomos de un elemento.  Se tiene como peso atómico estándar el peso atómico del carbono que son 12 u.m.a.  Los pesos atómicos a diferencia de las masas atómicas no son constantes físicas, porque dependen de la muestra. Para hallar el peso atómico de un elemento tenemos que conocer el número de protones y de neutrones del elemento, estos valores los sumamos y así encontramos el peso atómico. Aún cuando existen diferencias en los conceptos masa atómica y peso atómico, muchos autores sugieren que pueden considerarse equivalentes.

Ejemplos:

 O= 15,99 u.m.a. (unidades de masa atómica)

 C= 12 u.m.a.

 H= 1,0079 u.m.a.

PESO MOLECULAR: El peso molecular es hablar de masa molecular la cual se mide en u.m.a. (unidades de masa atómica), la masa molecular es el resultado de la suma de las masas atómicas de los elementos que conforman la molécula, así, la masa molecular relativa es el numero que señala cuantas veces mayor es la masa de una molécula de una sustancia con respecto a la u.m.a.

Para calcular el peso molecular, es necesario tener conocimiento de la fórmula molecular y los pesos atómicos de cada uno de los elementos que lo componen, multiplicar cada peso atómico por el subíndice que corresponde al elemento de acuerdo con su fórmula molecular.  

Ejemplos:H2O (Agua):

H= 1,0079 u.m.a. *2

    +

O= 15,99 u.m.a.

= 18,0153 u.m.a.

H2SO4 (Ácido Sulfúrico):

H= 1,0079u.m.a. *2

S= 32,064 u.m.a.

O= 15,99u.m.a. *4

= 98,0795 u.m.a.

Masa  y carga de las partículas subatómicas

Partícula Subatómica	Masa (g)	Columbs	Carga Unitaria
Protón	1.67262 × 10-24	+1,6022 × 10-23	+1
Neutrón	1.67493 × 10-24	0	0
Electrón	9,10939 × 10-28	-1,6022 × 10-23	-1