COMPUESTOS ORGÁNICOS

CUÁLES SON LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS

Los compuestos orgánicos conocidos se pueden dividir en dos grandes grupos: la serie acíclica y la serie cíclica. Según indican sus nombres, el primer grupo contiene compuestos cuyas estructuras moleculares no son cíclicas, o sea son de cadena abierta, mientras que la serie cíclica incluye los compuestos que contienen en su estructura uno o más anillos de átomos. Por supuesto, existen numerosos ejemplos de compuestos que por su estructura pertenecen a ambas series. Los compuestos cíclicos se subdividen en serie carboxílica y serie heterocíclica. El primer grupo contiene los anillos formados sólo por átomos de carbono, mientras que los compuestos heterocíclicos poseen anillos que contienen uno o más átomos distintos del carbono (heteroátomos). Los compuestos cíclicos se pueden clasificar ulteriormente en monocíclicos, bicíclicos, tricíclicos, etc., dependiendo del número de anillos carbocíclicos o heterocíclicos que contengan sus moléculas. Los compuestos carbocíclicos que contienen anillos de benceno se dice que pertenecen a la serie aromática, mientras que tanto los compuestos Acíclicos como los carbocíclicos no aromáticos pertenecen a la serie alifática.

LOS PRINCIPALES COMPUESTOS ORGÁNICOS SON:

Glúcidos: formados por carbono, oxígeno e hidrógeno. Ejemplo: sacarosa, glucosa, almidón... Nos suministran energía.

Lípidos: formados por carbono, oxígeno e hidrógeno pero con mayor contenido en carbono que los glúcidos. Son lo que llamamos grasas. También suministran energía.

Proteínas: formadas por carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno. Nos dan materiales de "construcción". Forman los músculos, los cartílagos, el pelo...
Ácidos nucleicos: formados por carbono, oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, fósforo. Son el ADN y el ARN. Llevan la información genética.

COMPUESTOS ORGÁNICOS MÁS IMPORTANTES, COMO SE OBTIENEN, SUS PROPIEDADES Y USOS:

Ácido Acético (CH3COOH):

Obtención: Se obtiene de 3 formas:

Por oxidación catalítica de los gases del petróleo

Por oxidación del etanol o acetaldehído

Haciendo reaccionar alcohol metílico con monóxido de carbono

Propiedades: Se presenta como liquido incoloro de olor muy picante. Funde a 16ºC y ebulle a 118ºC. Su densidad es 1,05q/cm3. Es soluble en agua, alcohol y éter.

Usos: Se emplea en la producción del plástico, como alimento, en la fabricación de colorantes, insecticidas y productos farmacéuticos; como coagulante del látex natural.

Ácido ascórbico o Vitamina C:

Obtención: Se encuentra presente en las frutas cítricas

Propiedades: Se presenta en forma de cristales blancos. Es soluble en agua, ligeramente soluble en alcohol e insoluble en éter. Fuende a 192ºC

Usos: Se emplea como antioxidante y preservativo de alimentos como la mantequilla, la leche de larga duración, bebidas y vinos. En medicina, para prevenir el escorbuto

Ácido Cítrico (C6H8O7):

Obtención: A partir de las frutas como el limón, la lima, la toronja y la naranja. También se le obtiene por fermentación degradante de carbohidratos.

Propiedades: Se presenta en forma de cristales o polvo translúcido incoloro. Funde a 153ºC. Su densidad es 1,54g/cm3. Es soluble en agua y en alcohol.

Usos: Se usa como antioxidante en alimentos tales como vinos, bebidas refrescantes y sodas, confitería, leche concentrada de larga duración y alimentos enlatados (caviar, gambas); como agente quitamanchas del acero inoxidable y de otros metales

Éter di etílico (C4H10O):

Obtención: Se prepara por deshidratación del alcohol etílico

Propiedades: Es un líquido de color agradable y penetrante, muy volátil e inflamable. Sus vapores son los más densos que el aire, pero más livianos que el agua. Su densidad es 0,78g/cm3. Funde a -16ºC y ebulle a 35ºC. Presenta un gran poder disolvente ya que diluye al caucho, al aceite y a las grasas.

Usos: En medicina, como analgésico local, En el laboratorio, como disolvente y reactivo.

Alcohol etílico o Etanol (C2H6O):

Obtención: Se puede obtener de diversas maneras: por síntesis, partiendo del acetileno; por fermentación de sustancias azucaradas y por destilación del vino.

Propiedades: Es un líquido incoloro, de olor característico, agradable y sabor ardiente. Ebulle a 78ºC. Es soluble en agua, en todas las proporciones. Su densidad es 0,79g/cm3.

Usos: Como componente de las bebidas alcohólicas y en la síntesis de compuestos orgánicos.

COMPUESTOS INORGÁNICOS

Clasificación de los compuestos inorgánicos y sus mecanismos de reacción.

                                                                                                                                             

De acuerdo con los elementos que los forman, los compuestos químicos inorgánico se clasifican por grupos que poseen la misma característica y comportamiento. Estos grupos, llamados también funciones, están estructurados de la siguiente manera:

Óxidos básicos

Óxidos ácidos o anhídridos

Hidruros

Ácidos

Sales

Óxidos básicos: Estos compuestos están formados por la unión de un metal y oxígeno; se encuentran comúnmente e la naturaleza, ya que se obtienen cuando un metal se pone en contacto con el oxigeno del medio ambiente, y que con el paso del tiempo se va formando óxido del metal correspondiente. Pueden prepararse industrialmente mediante la oxidación de los metales. Ejemplos: óxido de calcio, óxido plúmbico:

Metal  +    Oxígeno   à   Óxido básico

                                                                       2Ca2  +    O2 (2-)     à   2CaO (Óxido

de Calcio)

                                                                       Pb4    +    O2 (2-)       à   PbO2 (Óxido

Plúmbico)

En este caso, el calcio tiene el mismo número  de oxidación que el oxígeno, 2+ y 2-  respectivamente; por lo tanto, su relación es 1 a 1. Por otra parte, la molécula de todos los metales es monoatómica y la del oxígeno es diatónica; en consecuencia, se requieren dos moléculas de calcio para reaccionar con la del oxígeno y formar dos moléculas e óxido de calcio. El número de oxidación del plomo es 4+, mientras que el de cada oxigeno es 2-; por lo tanto la relación es de un átomo de plomo por dos de oxigeno (1 a 2).

Óxidos ácidos o Anhídridos: Se forman al hacer reaccionar el oxígeno con elementos no metálicos. Como interviene el oxígeno en su formación, son también conocidos como óxidos, pero para diferenciar un óxido básico de un óxido ácido, a estos últimos se les nombra anhídridos. Ejemplos: anhídrido carbónico (oxido de carbono), anhídrido hipocloroso                                          No Metal  +  Oxigeno à  Óxido ácido

                                                                       C4+          +  O2 (2-)    à  CO2 (anhídrido carbónico)

                                                                       2Cl2 (1+)  + O2 (2-)    à  Cl2O (anhídrido hipocloroso)

El oxígeno y el cloro son moléculas diatómicas, es decir, formadas por dos átomos. Cada átomo de oxígeno tiene como numero de oxidación 2- y cada átomo de cloro 1+; en consecuencia, se necesitan dos átomos de cloro para unirse a un átomo de oxígeno; o bien, cuatro átomos de cloro por dos de oxígeno para formar dos moléculas de anhídrido hipocloroso.

Hidruros: Son compuestos formados de la unión del hidrogeno con elementos metálicos como el hidruro de estroncio, etc. La formación de los hidruros es el único caso en que el hidrogeno trabaja con valencia negativa. Ejemplos: hidruro de sodio, hidruro cúprico.

 Metal    +   Hidrógeno  à Hidruro

                                                                       2Na1+  +   H2 (1-)         à 2NaH (hidruro de sodio)

                                                                       Cu2+    +   H2 (1-)          à CuH2 (hidruro cúprico)

Hidróxidos: Se caracterizan por llevar en su molécula el radical (OH-) llamado radical oxhidrilo o hidroxilo. Se forman al agregar agua a un óxido metálico. Ejemplos: hidróxido de calcio, hidróxido plúmbico:

Metal    +    Agua   à  Hidróxido

                                                                       CaO      +  H2O      à Ca(OH-) (hidróxido de calcio)

                                                                       PbO2    + 2H2O      à  Pb(OH)4 (hidróxido plúmbico)

Ácidos: Tienen la característica de que sus moléculas inician siempre con el hidrógeno. Pueden ser:

Hidrácidos: Se forman con el hidrógeno y un no metal. Ej.: ácido bromhídrico, ácido clorhídrico.

Oxiácidos: Son aquellos que llevan oxígeno en su molécula además del hidrógeno y el no metal. Ej.: ácido sulfúrico, ácido nítrico.

Sales: Son compuestos que provienen de la sustitución de los hidrógenos de los ácidos por un metal, cuando reacciona un ácido con un hidróxido; por lo tanto, de los hidrácidos resultan las sales haloideas o binarias, las cuales quedan formadas por un metal y un no metal. Ej.: cloruro de sodio, sulfuro de plata:

Hidrácido   +  Hidróxido à Sal haloidea o binaria  + Agua

De los oxácidos pueden formarse tres tipos de sales: oxisales neutras, ácidas y complejas.

Oxisales neutras: Se forman cuando se sustituyen totalmente los hidrógenos del ácido. Ej.: nitrato de sodio, sulfato de potasio.

Oxisales ácidas: Se obtienen cuando la sustitución de los hidrógenos es parcial.

Oxisales complejas: Resultan de la sustitución de los hidrógenos del ácido por dos o tres metales diferentes. Ej.: fosfato de calcio y potasio.

DIFERENCIAS ENTRE COMPUESTOS ORGÁNICOS Y COMPUESTOS INORGÁNICOS

Diferencias entre los compuestos orgánicos e inorgánicos en sus diferentes propiedades:

Los compuestos orgánicos ofrecen una serie de características que los distinguen de los compuestos inorgánicos, de manera general se puede afirmar que los compuestos inorgánicos son en su mayoría de carácter iónico, solubles sobre todo en agua y con altos puntos de ebullición y fusión; en tanto, en los cuerpos orgánicos predomina el carácter covalente, sus puntos de ebullición y fusión son bajos, se disuelven en disolventes orgánicos no polares (cómo éter, alcohol, cloroformo y benceno), son generalmente líquidos volátiles o sólidos y sus densidades se aproximan a la unidad.

Los compuestos inorgánicos también se diferencian de los orgánicos en la forma como reaccionan, las reacciones inorgánicas son casi siempre instantáneas, iónicas y sencillas, rápidas y con un alto rendimiento cuantitativo, en tanto las reacciones orgánicas son no iónicas, complejas y lentas, y de rendimiento limitado, realizándose generalmente con el auxilio de elevadas temperaturas y el empleo de catalizadores.

Compuestos Orgánicos	Compuestos inorgánicos
Se utilizan como base de construcción al átomo de carbono y unos pocos elementos más.	Participan a la gran mayoría de los elementos conocidos
Se forman naturalmente en los vegetales y animales pero principalmente en los primeros, mediante la acción de los rayos ultravioleta durante el proceso de la fotosíntesis: el gas carbónico y el oxígeno tomados de la atmósfera y el agua, el amoníaco, los nitratos, los nitritos y fosfatos absorbidos del suelo se transforman en azúcares, alcoholes, ácidos, ésteres, grasas, aminoácidos, proteínas, etc., que luego por reacciones de combinación, hidrólisis y polimerización entre otras, dan lugar a estructuras más complicadas y variadas	En su origen se forman ordinariamente por la acción de las fuerzas fisicoquímicas: fusión, sublimación, difusión, electrolisis y reacciones químicas a diversas temperaturas. La energía solar, el oxígeno, el agua y el silicio han sido los principales agentes en la formación de estas sustancias.
La totalidad de estos compuestos están formados por enlace covalentes	Estos compuestos están formados por enlaces iónicos y covalentes.
La mayoría presentan isómeros (sustancias que poseen la misma fórmula molecular pero difieren en sus propiedades físicas y químicas)	Generalmente no presentan isómeros.
Los encontrados en la naturaleza, tienen origen vegetal o animal, muy pocos son de origen mineral	Un buen número son encontrados en la naturaleza en forma de sales, óxidos, etc.
Forman cadenas o uniones del carbono consigo mismo y otros elementos	Con excepción de algunos silicatos no forman cadenas.
El número de estos compuestos es muy grande comparado con el de los compuestos inorgánicos.	El número de estos compuestos es menor comparado con el de los compuestos orgánicos.

QUE ES ELEMENTO

Un elemento químico es una sustancia pura que no se puede descomponer en otra sustancia más sencilla utilizando métodos químicos. Está compuesto de un tipo o clase de átomo que se distingue por su número atómico (Z), que corresponde al número de protones en su núcleo. Ese número de protones coincide con el de electrones cuando el átomo es neutro. Son ejemplos comunes de elementos químicos el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno, el hierro, el oro, la plata, el mercurio, el carbono, el cobre, etc. Los elementos químicos se organizan y clasifican en lo que se conoce como la tabla periódica.

Hasta el siglo XVII, sólo se conocían unos diez elementos químicos. En la actualidad, se han observado 117 elementos, de los que 94 ocurren de manera natural en la Tierra. Los elementos químicos son muy variados, lo que ha permitido que la diversidad y la vida en el planeta. Desde que la noción de elemento químico se pudo plantear, la química obtuvo un fuerte apoyo teórico y, desde ese instante, se comenzó a hablar del imperio de la química.

De los elementos químicos, 80 de ello tienen isótopos estables, que se designan en la tabla periódica con los números atómicos del 1 al 82, excluyendo los elementos 43 y 61, que corresponden al tecnecio y al prometió. Los isótopos constituyen los elementos que pueden presentar variación en el número de sus neutrones, sin que eso tenga consecuencias físico-químicas notables. De ahí surge la necesidad de un número másico (A), que corresponde al número de protones más el de neutrones. La masa del electrón no se considera al ser 1837 veces menor.

Los elementos de números 83 en adelante, son elementos inherentemente inestables y sufren descomposición radiactiva. Los elementos de número atómico del 83 al 94, no tienen núcleos estables, pero aun así se pueden encontrar en la naturaleza. Toda la materia química consiste en los elementos químicos. Con el paso del tiempo, nuevos elementos con mayor número atómico se van descubriendo, debido a las reacciones nucleares artificiales.

En un elemento químico, es el electrón el que determina el comportamiento de su átomo. Se distribuyen en capas correspondientes a los niveles de energía. La capa externa (CE) de un átomo es la que permite un enlace químico, cuando interacciona con la de otro átomo. Eso conlleva a la formación de moléculas cada vez más complejas. Los enlaces se forman, de manera que las CE de los átomos que interaccionan se unan resultando en 8 electrones. Es por ello que los átomos con CE ya constituidas por 8 electrones son prácticamente inertes. Ellos son los llamados gases nobles: helio, neón, argón, kriptón, xenón y radón. Por el contrario, los elementos alcalinos, litio, sodio, potasio, rubidio, cesio y francio, tienen un fuerte poder de reacción, ya que su CE necesita 7 electrones para completarse.

Se habla de valencia de un elemento, según el número de electrones que puede ceder o aceptar su átomo de manera total o compartida. En el caso de los gases nobles, su valencia es 0. Los elementos metálicos se distinguen así en función de su tendencia a ceder uno o varios electrones. El resto de los elementos son no metales. Entre los dos grupos se encuentran las tierras raras o lantánidos, que tienen una química compleja.

QUE ES ÁTOMO

Es la partícula más pequeña y representativa de un elemento químico, y que puede tener actividad química.

Lo de representativa significa que, mientras un átomo permanezca entero o completo entonces posee las propiedades químicas y físicas de la sustancia pura que representa; sobre lo de su tamaño pequeño, se dice que el átomo es tan extremadamente pequeño que en un milímetro de papel hay mil billones de átomos de Hidrogeno, Oxigeno y Carbono, unidos en moléculas, los cuales pueden verse de forma borrosa con un microscopio superpotente.

El átomo es un constituyente de la materia ordinaria, con propiedades químicas bien definidas, formado a su vez por constituyentes más elemental sin propiedades químicas bien definidas. Cada elemento químico está formado por átomos del mismo tipo (con la misma estructura electrónica básica), y que no es posible dividir mediante procesos químicos.

Composición atómica:

La materia está formada de átomos, y el átomo ¿de qué esta forma do o compuesto? Pues bien, se dice que el átomo está formado o lo componen muchísimas partículas más pequeñas que él, llamadas partículas sub-atómicas, como el neutrino, fotón, neutrón, electrón, protón, quark, positrón, neutrinos, mesones, muones, antiprotones, etc.; sin embargo, se acepta mundialmente de que el átomo está formado principalmente por tres partículas sub-atómicas: electrón, protón y neutrón.

Estructura atómica

Conocemos ya que cualquier átomo (excepto el protio) está formado principalmente por tres partículas sub-atómicas: protones, electrones y neutrones. Ahora toca saber cómo estas partículas están distribuidas dentro del átomo, lo que es mejor conocido como estructura atómica. La esfera atómica la podemos dividir en dos zonas o regiones: el núcleo (esfera interior) y la corteza (esfera exterior).

Regiones del átomo

     

Propiedades atómicas

Masa

La mayor parte de la masa del átomo viene de los nucleones, los protones y neutrones del núcleo. En comparación el protón y el neutrón libres tienen una masa de 1,007 y 1,009 u. La masa de un átomo es entonces aproximadamente igual al número de nucleones en su núcleo —el número másico— multiplicado por la unidad de masa atómica. El átomo estable más pesado es el plomo-208, con una masa de 207,98 u.

En química se utiliza también el mol como unidad de masa. Un mol de átomos de cualquier elemento equivale siempre al mismo número de estos (6,022 · 1023), lo cual implica que un mol de átomos de un elemento con masa atómica de 1 u pesa aproximadamente 1 gramo. En general, un mol de átomos de un cierto elemento pesa de forma aproximada tantos gramos como la masa atómica de dicho elemento.

Tamaño

Los átomos no están delimitados por una frontera clara, por lo que su tamaño se equipara con el de su nube electrónica. Sin embargo, tampoco puede establecerse una medida de esta, debido a las propiedades ondulatorias de los electrones. En la práctica, se define el radio atómico estimándolo en función de algún fenómeno físico, como la cantidad y densidad de átomos en un volumen dado, o la distancia entre dos núcleos en evolución del modelo atómico

La concepción del átomo que se ha tenido a lo largo de la historia ha variado de acuerdo a los descubrimientos realizados en el campo de la física y la química.

MODELOS ATÓMICOS

 Propuestos por los científicos de diferentes épocas. Algunos de ellos son completamente obsoletos para explicar los fenómenos observados actualmente, pero se incluyen a manera de reseña histórica.

Un modelo atómico no es más que el dibujo o esquema de lo que indica su respectiva teoría, así que cada teoría tiene su propio modelo del átomo, recibiendo ambos el nombre de la persona que las propuso. A partir de 1803 se han propuesto diversas teorías y modelos atómicos, entre las cuales se destacan las siguientes:

Teoría y modelo atómico de Dalton (John Dalton).

Teoría y modelo atómico de Thomson (Joseph John Thomson).

Teoría y modelo atómico de Rutherford (Ernest Rutherford).

Teoría y modelo atómico de Bohr (Niels Bohr).

Teoría y modelo atómico de Bohr-Sommerfeld (Arnold Sommerfeld).

Teoría y modelo atómico mecánico-quántico (varios científicos).

TEORÍA Y MODELO ATÓMICO DE DALTON

Fue propuesta por el profesor ingles de química John Dalton, durante el periodo de 1803-1808, la que aún es válida pero con ciertas modificaciones. Los 5 aspectos (postulados) que contiene su teoría son más o menos los siguientes:

Los elementos químicos están formados por átomos.

Estos átomos son indivisibles e indestructibles.

Los átomos no cambian al unirse o combinarse, es decir, cada átomo conserva sus pro piedades físicas y químicas a través de los cambios.

Los átomos de un mismo elemento químico son iguales en sus propiedades y peso.

Esta teoría aborda los puntos de composición de la materia (formada por átomos), de una propiedad química del átomo (uniones o enlaces químicos) y de una propiedad física (peso).

Para Dalton, el átomo no contiene partículas más pequeñas que él y por eso es indivisible y macizo. La teoría tiene algunos aspectos incorrectos hoy en día, tales como:

Los átomos si se pueden dividir en electrones, protones, etc.(aunque al hacerlo entonces el átomo deja de ser representativo del elemento químico de donde proviene).

Los átomos si cambian algunas de sus propiedades, púes cuando se unen o combinan ganan, pierden o comparten electrones, produciéndose así nuevas sustancias.

Muchos elementos químicos tienen en su interior átomos con igual cantidad de electrones y protones, pero con distinta cantidad de neutrones. A estos átomos diferentes que pertenecen a un mismo elemento se les conoce como isótopos, por lo que los átomos de un elemento químico pueden ser distintos en algunas propiedades.

Según el modelo de Dalton, el átomo es la mínima cantidad de materia con forma esférica, solido por dentro, invisible y sin poder dividirse (que no estaba formado por otras partes más pequeñas).

Definitivamente, la teoría de Dalton presenta algunos aspectos válidos, y la misma sirvió de base o punto de partida para posteriores teorías.

MODELO ATOMICO DE DALTON

Resumen sobre esta teoría:

- Antes de Dalton ya se tenían ideas sobre el átomo.

- Con Dalton, estas ideas atómicas pasaron a ser teoría.

- Lo correcto hasta aquí: "el átomo es la porción más pequeñísima de la materia, de forma esférica e invisible".

Sin embargo desapareció ante el modelo de Thomson ya que no explica los rayos catódicos, la radioactividad ni la presencia de los electrones (e-) o protones (p+).

Teoría y modelo atómico de Thomson

Esta segunda teoría fue propuesta por el físico ingles Joseph John Thomson, en el año de 1905, como cien años después que la de Dalton. Éste científico descubrió el electrón, demostrando así que el átomo si es divisible, o sea que:

Thomson corrigió lo expresado por Dalton, de que el átomo era indivisible.

Mejoro la teoría y modelo atómico del pasado.

Para Thomson, al igual que para Dalton, el átomo seguía siendo la parte más pequeña de la materia, con masa y peso, pero formado por dos partes: una sola masa grande y que contenía la carga eléctrica positiva (protón), y varias masas pequeñas incrustadas (metidas) en la masa grande llamadas electrones, que contenían la carga eléctrica negativa. Así, esta teoría deja entrever aspectos como:

* Composición de la materia (formada de átomos).

* El concepto de átomo (es la parte más pequeña de la materia).

* Composición del átomo (formado por electrones y protón).

* Estructura del átomo (como están distribuidas las 2 cargas eléctricas dentro del átomo).

* La naturaleza del electrón y la carga positiva (vienen del átomo y contienen electricidad).

* El átomo es eléctricamente neutro, pues la suma de sus cargas negativas (electrones) es neutralizada por la carga positiva (masa grande o protón).

Respecto al modelo de Thomson, puede apreciarse que este también era esférico, sólido y divisible en dos partes: una masa grande esférica y que ocupa la mayor parte del volumen o espacio del átomo (carga positiva), y otras masas menores también esféricas incrustadas en la masa grande (cargas negativas), ocupando el resto del espacio del átomo. A este modelo se le conoció con el sobrenombre (apodo) de "budín de pasas".

MODELO ATÓMICO DE THOMSON

Indudablemente que esta teoría corrigió y aumento nuestro conocimiento sobre el átomo, pues para Dalton el átomo era una sola masa, y para Thomson esta masa la forman dos clases de partículas, lo que indica que el átomo puede dividirse. Como observación, Thomson descubrió el protón (1906), pero un año más tarde de haber presentado su teoría (1905), por lo que debemos denominar protón a lo que le llamo "masa de carga positiva".

Resumen: Con Dalton se concluyó que el átomo es la porción más pequeñísima e invisible de la materia. Si a lo anterior le agregamos lo de Thomson, entonces lo correcto es que "el átomo es la porción más pequeñísima de la materia, y dividida en 2 partículas: protón y electrón".

Teoría y modelo atómico de Rutherford

En 1909, el científico inglés Sir Ernest Rutherford concluyo que la masa con carga positiva, llamada protón por Thomson, no estaba dispersa por todo el átomo sino que estaba localizada en el centro del mismo, a lo cual llamo núcleo; así mismo, expreso que los electrones giraban circularmente alrededor de este núcleo (como los planetas alrededor del sol), en vez de estar incrustados en todo el átomo, como aseguro Thomson. Estos descubrimientos indujeron a Rutherford, en 1911, a proponer la tercera teoría atómica, que supero a las anteriores.

Hasta aquí ya estaban descubiertos el electrón y el protón; ahora debemos agregar al átomo el nuevo término llamado núcleo, el que no es una subpartícula, sino el espacio ocupado por el protón, pero que viene a darnos una mejor idea sobre la estructura del átomo.

Básicamente, la teoría expone lo siguiente:

- Toda la carga positiva (protón) se localiza en la parte central del átomo, llamada núcleo.

- Los electrones (cargas negativas) giran en forma circular, alrededor del núcleo.

- La cantidad de carga positiva es diferente para cada elemento químico, pero en todo caso, dicha cantidad corresponde a la mitad de la masa total del átomo.

- La cantidad de carga positiva (protón) es igual a la de las cargas negativas (electrones), lo que hace que un átomo sea neutro (cargas opuestas se anulan entre sí).

- La masa del núcleo representa casi el 100% de la masa total del átomo (la masa de los electrones de un átomo es insignificante).

La teoría nos explica que el electrón y el protón provienen (naturaleza) del átomo, y que ambas partículas están cargadas eléctricamente, la primera negativa y la segunda positiva; la masa o peso de los electrones es insignificante, en comparación con la gran masa del núcleo.

Cuando Rutherford asegura que la cantidad de carga positiva es igual a la de las cargas negativas (electrones), podemos pensar que al haber ocho electrones, por ejemplo, entonces deberían haber ocho protones en el núcleo, y esto haría que el átomo sea neutro (cargas contrarias u opuestas se anulan entre sí). Podemos pensar entonces que dentro del núcleo existen uno o más protones, dependiendo de la cantidad de electrones que tenga el átomo.

Rutherford y Thomson coinciden en que el átomo es eléctricamente neutro; sin embargo, esta teoría fue descartada porque no explica la manera en que los electrones giran alrededor del núcleo, es decir, en qué orden lo hacen o cual es el comportamiento del electrón durante ese giro. Esto último hace pensar que los electrones pudiesen chocar entre sí o contra el núcleo, sabiendo en la actualidad que el electrón tiene un orden en su giro, lo que se desconocía en ese tiempo.

El modelo atómico de Rutherford nos indica que el núcleo se localiza en la parte central del átomo, siendo su volumen muy reducido, y los electrones están ubicados a su alrededor, ocupando casi la totalidad del espacio del átomo. Éste modelo se conoce también con los sobrenombres de "átomo nuclear" y "sistema planetario".

MODELO ATÓMICO DE RUTHERFORD

Dos aspectos son válidos en la teoría de Rutherford: el haber descubierto un núcleo central en el átomo, donde residen los protones, y el haber indicado que los electrones giran alrededor de este núcleo, aunque no supo explicar la forma en que lo hacían.

Resumen: Para Thomson, el átomo es "la porción más pequeñísima de la materia, pero dividida en 2 partículas: protón y electrón". Si agregamos lo de Rutherford, entonces el átomo "es la parte más pequeña de la materia con un núcleo central y electrones girando alrededor de él". Esto se acerca a la verdad.

Teoría y modelo atómico de Bohr

Niels Henrik David Bohr fue un físico de Dinamarca, alumno de Rutherford, que estudio también el átomo, específicamente el electrón, por lo que en 1913 propuso la cuarta teoría y modelo atómico. En forma resumida, sus conclusiones fueron las siguientes:

Coincidía con Rutherford en que, el átomo contiene un núcleo central formado por protones de carga positiva, bastante pequeño pero con la mayor parte de la masa del átomo.

Los electrones giran alrededor del núcleo en una forma circular, al igual que un sistema planetario.

Los espacios circulares donde giran los electrones son orbitas esféricas definidas, a las cuales llamo "capas de energía" y les asigno letras mayúsculas (K, L, M, N, O, etc.).

Un átomo puede tener varias capas de energía, unas dentro de otras, o sea concéntricas, y cada capa contiene un cierto número de electrones.

Los electrones pierden cada vez más energía, a medida que se van alejando del núcleo.

Los electrones pueden absorber y perder energía, si ascienden o descienden de un nivel a otro.

Básicamente, Bohr discutió la composición y estructura del átomo, pero más que todo el comportamiento del electrón. El confirmo lo de Rutherford, de que el átomo contiene un núcleo central formado por partículas llamadas protones; también concuerdan en que los electrones giran alrededor del núcleo en forma circular. Ahora bien, Rutherford no pudo explicar la manera en que los electrones giran alrededor del núcleo, lo que sí hizo Bohr, introduciendo el concepto de "capa de energía", que son los espacios o regiones donde se encuentran los electrones realizando su movimiento circular o elíptico alrededor del núcleo. Esto último hizo que la teoría de Bohr fuera más completa que la de Rutherford, pero también fue descartada porque era aplicable solo para los átomos de Hidrogeno, Helio y Litio, y no los demás.

Entonces, hasta ahora tenemos un átomo formado por un núcleo, que contiene los protones, y por los electrones, que giran en capas de energía alrededor del núcleo. Con esto, Bohr hizo su siguiente modelo atómico.

MODELO ATÓMICO DE BOHR

(Átomo de Litio)

La capa de energía cercana al núcleo es la primera, llamada K, luego hacia afuera sigue la segunda capa, llamada L, y así sucesivamente; una capa de energía u orbita se encuentra a una distancia definida de la otra, y a medida que los electrones se alejan del núcleo luego van perdiendo más energía. Lo novedoso aquí es que introduce el concepto de capa o nivel de energía, lo que es muy importante hoy en día, púes constituye "el numero quántico principal" en la estructura electrónica.

Resumen: Bohr está de acuerdo con Rutherford, en que el átomo es la parte más pequeña de la materia y que está formado por un núcleo central y por electrones satélites; pero agrega que tal núcleo es una masa de protones.

Teoría y modelo atómico de Bohr-Sommerfeld

Arnold Sommerfeld estudio el modelo de Bohr y lo modifico en 1915, agregándole lo siguiente:

-El concepto de sub-nivel de energía. Un nivel o capa de energía (Bohr) está dividido en sub- niveles, que son las regiones o espacios alrededor del núcleo en donde se localizan realmente los electrones. El nivel es un conjunto de sub-niveles, excepto el primero que solo posee un sub-nivel (s).

-El movimiento de los electrones. Sommerfeld afirmo que los electrones se movían tanto en forma elíptica como circular alrededor del núcleo.

De esta manera, la figura del átomo va adquiriendo su forma actual, pues ahora el electrón tiene dos números quánticos: el número quántico principal o nivel de energía, y el número quántico orbital o subnivel de energía. Sin embargo, esta teoría y modelo atómico eran incompletos pues no explicaban otros aspectos importantes del electrón; así, varios personajes continuaron investigando sobre la manera en que el electrón estaba distribuido alrededor del núcleo, resultando así la teoría y modelo atómico actual o contemporáneo.

Así pues, el modelo atómico de Bohr-Sommerfeld es sencillo pero incompleto, pues el átomo sigue formado por un núcleo positivo central (aún no hay neutrón) y por los electrones, que giran alrededor del núcleo, en forma circular y elíptica. El número de protones es igual al número de electrones.

MODELO ATÓMICO DE BOHR-SOMMERFELD

Teoría y modelo atómico mecánico-quántico

Esta teoría fue propuesta en 1928, y es la que se utiliza en la actualidad; muchos hombres de ciencia contribuyeron a conformarla, directa o indirectamente, tales como Louis de Broglie, Dirac, Werner Heisenberg, Bohr, Erwin Schröedinger, etc.

Esta teoría nos indica en que espacio de la corteza del átomo podemos encontrar, con muchas probabilidades (90%), un electrón (estado del electrón); en otras palabras, es imposible predecir el punto exacto en donde podemos encontrar un tan solo electrón en un momento dado, pero si se puede calcular el espacio o región del átomo en donde se mueve un electrón, lo que constituye el fundamento de esta teoría. Para poder establecer tal espacio, denominado orbital atómico, es necesario conocer cuatro datos de él, los llamados números quánticos, que son como su cedula o tarjeta de identidad, los cuales son: n, l, ml y ms (en este orden).

n llamado numero quántico principal, y es el primer número quántico de un electrón.

También se le conoce como nivel de energía principal o, sencillamente, capa de energía, e indica el número del nivel en donde se encuentra un electrón, es decir, la distancia a la que se encuentra el electrón con respecto al núcleo. En realidad, el nivel indica la cantidad de energía que posee un electrón, esto es que, electrones con cantidades distintas de energía estarán localizados en niveles de energía diferentes.

Todos los electrones de un átomo están distribuidos primeramente en niveles de energía, los cuales están identificados con números (1,2,3,4,5,6 y 7) o letras ( K, L, M, N, O, P y Q); cada nivel de energía es una gran capa o región alrededor del núcleo, y en la tabla periódica estos niveles de energía están representados por las líneas horizontales llamadas periodos, las que también están identificadas con estos mismos números (1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7) y letras (K, L, M, N, O, P y Q). Para el caso, un átomo de Hidrogeno solo tienen un nivel de energía (periodo 1 en la tabla periódica) en el cual habita el único electrón que tiene este elemento químico; un átomo de Oxigeno tiene dos niveles de energía (periodo 2 en la tabla periódica) en los cuales están distribuidos sus ocho electrones, habiendo átomos (como el de Plutonio) que poseen hasta siete niveles de energía, en los cuales están distribuidos todos sus 94 electrones. Ahora bien, cada nivel tiene su propia capacidad de albergar electrones, es decir, cada nivel solo puede contener una cierta cantidad de electrones, y para poder calcular esta capacidad se emplea la formula 2n2, en donde n representa número del nivel.