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jueves, 31 de julio de 2014

Clasificación de la Materia : Elemento Químico, Compuesto Químico, Mezcla Homogénea y Heterogénea, Estados de la Materia.

Elemento Químico y Compuesto Químico

La materia está formada por unidades diminutas llamadas átomos.

Un elemento químico es una sustancia formado por un solo tipo de átomos.

En la naturaleza se pueden encontrar aproximadamente 90 de estos elementos. El resto no aparece de forma natural y solo se pueden obtener de forma artificial.

Los compuestos químicos son sustancias en las que se combinan entre si átomos de diferentes elementos.

Existen millones de compuestos químicos diferentes.

Una molécula es la entidad más pequeña posible en la que se mantiene las mismas proporciones de los átomos constituyentes que en el compuesto químico.

Por ejemplo: Una molécula de agua está formada por tres átomos: dos átomos de hidrogeno unidos a un solo átomo de oxígeno.

Por ejemplo: Una molécula de peróxido de hidrogeno tiene dos átomos de hidrogeno y dos átomos de oxígeno. Los átomos de oxigeno están unidos entre si y hay un átomo de hidrogeno unido a cada átomo de oxígeno.

Los elementos y compuestos se denominan sustancias.

Mezclas Homogéneas y Mezclas Heterogéneas

Una mezcla de sustancias puede variar en composición y propiedades de una muestra a otra.

Cuando una mezcla es uniforme en composición y propiedades en cualquier parte de una muestra determinada se dice que es una mezcla homogénea o una disolución.

Por ejemplo: una disolución acuosa de sacarosa tiene dulzor uniforme en cualquier parte de la disolución.

En las mezclas heterogéneas, como la formada por agua y aceite. Los componentes se separan en zonas diferenciadas. Por lo tanto la composición y las propiedades físicas varían de una parte a otra de la mezcla.

Separación de Mezclas

Los componentes de una mezcla pueden separarse mediante transformaciones físicas adecuadas.

Por ejemplo: Una mezcla heterogénea de arena y agua pueden separarse utilizando un embudo provisto de un papel filtro. El agua atraviesa el medio poroso, pero la arena es retenida por el papel filtro. Este proceso se denomina filtración.

Por ejemplo: Una disolución de sulfato de cobre II, puede separarse mediante la destilación. Este proceso básicamente consiste en calentar la disolución, el agua líquida se obtiene en estado gaseoso al hervir la disolución, en cambio el sulfato permanece en el recipiente.

Estados de la Materia

La materia puede encontrarse en uno de los tres estados sólido, líquido, o gas.
Solido Liquido Gas

En un sólido los átomos o moléculas están en contacto próximo. Por lo tanto tienen una forma definida. Su disposición es ordenada y generalmente poseen una forma definida.

En un líquido, los átomos o moléculas están generalmente separados por distancias mayores que en un sólido. El movimiento de estos átomos o moléculas proporciona al líquido una de sus propiedades más características: la capacidad de fluir cubriendo el fondo y adoptando la forma del recipiente que lo contiene. En un gas, las distancias entre átomos o moléculas son mucho mayores que en un líquido. Un gas siempre se expande hasta llenar el recipiente que lo contiene.

Clasificación de la Materia : Elemento Químico, Compuesto Químico, Mezcla Homogénea y Heterogénea, Estados de la Materia.

El Oxigeno diatomico puede encontrarse en los tres estados de la materia. Como se aprecia en la figura podemos considerar un punto de vista macroscópico, el cual se refiere a cómo percibimos la materia con nuestros ojos, a través de la apariencia externa de los objetos. Y un punto de vista microscópico que describe la materia en función de los átomos y moléculas.

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miércoles, 30 de julio de 2014

Reacción de Combustión

La reacción de combustión se basa en la reacción química exotérmica de una sustancia o mezcla de sustancias llamada combustible con el oxígeno. Es característica de esta reacción la formación de una llama, que es la masa gaseosa incandescente que emite luz y calor, que esta en contacto con la sustancia combustible.
Reacción de Combustión

La reacción de combustión puede llevarse a cabo directamente con el oxigeno o bien con una mezcla de sustancias que contengan oxígeno, llamada comburente, siendo el aire atmosférico el comburente mas habitual.

La reacción del combustible con el oxígeno origina sustancias gaseosas entre las cuales las más comunes son CO2 y H2O. Se denominan en forma genérica productos, humos o gases de combustión. Es importante destacar que el combustible solo reacciona con el oxigeno y no con el nitrógeno, el otro componente del aire. Por lo tanto el nitrógeno del aire pasará íntegramente a los productos de combustión sin reaccionar.

Las reacciones químicas que se utilizan en el estudio de las combustiones técnicas tanto si se emplea aire u oxigeno, son muy sencillas y las principales son:

C + O2 CO2
CO + 12 O2 CO2
H2 + 12 O2 H2O
S + O2 SO2
SH2 + 32 O2 SO2 + H2O

Entre las sustancias más comunes que se pueden encontrar en los productos o humos de la reacción se encuentran:

CO2 : Dióxido de Carbono
H2O : Vapor de Agua
N2 : Nitrógeno gaseoso
O2 : Oxigeno gaseoso 
CO : Monóxido de Carbono
H2 : Hidrogeno gaseoso
Carbono en forma de hollín
SO2 : Dióxido de Azufre

De acuerdo a como se produzcan las reacciones de combustión, estas pueden ser de distintos tipos:

a) Combustión completa

Ocurre cuando las sustancias combustibles reaccionan hasta el máximo grado posible de oxidación. En este caso no habrá presencia de sustancias combustibles en los productos o humos de la reacción.

b) Combustión incompleta

Se produce cuando no se alcanza el grado máximo de oxidación y hay presencia de sustancias combustibles en los gases o humos de la reacción.

c) Combustión estequiométrica o teórica

Es la combustión que se lleva a cabo con la cantidad mínima de aire para que no existan sustancias combustibles en los gases de reacción. En este tipo de combustión no hay presencia de oxígeno en los humos, debido a que este se ha empleado íntegramente en la reacción.

d) Combustión con exceso de aire

Es la reacción que se produce con una cantidad de aire superior al mínimo necesario. Cuando se utiliza un exceso de aire, la combustión tiende a no producir sustancias combustibles en los gases de reacción. En este tipo de combustión es típica la presencia de oxígeno en los gases de combustión.
La razón por la cual se utiliza normalmente un exceso de aire es hacer reaccionar completamente el combustible disponible en el proceso.

e) Combustión con defecto de aire

Es la reacción que se produce con una menor cantidad de aire que el mínimo necesario. En este tipo de reacción es característica la presencia de sustancias combustibles en los gases o humos de reacción.

Aplicaciones de las reacciones de combustión

Las reacciones de combustión son muy útiles para la industria de procesos ya que permiten disponer de energía para otros usos y generalmente se realizan en equipos de proceso como hornos, calderas y todo tipo de cámaras de combustión.  

En estos equipos se utilizan distintas tecnologías y dispositivos para llevar a cabo las reacciones de combustión.

Un dispositivo muy común denominado quemador, produce una llama característica para cada combustible empleado. Este dispositivo debe mezclar el combustible y un agente oxidante (el comburente) en proporciones que se encuentren dentro de los límites de inflamabilidad para el encendido y así lograr una combustión constante. Además debe asegurar el funcionamiento continuo sin permitir una discontinuidad en el sistema de alimentación del combustible o el desplazamiento de la llama a una región de baja temperatura donde se apagaría.

Los quemadores pueden clasificarse en dos tipos, de mezcla previa o premezcla donde el combustible y el oxidante se mezclan antes del encendido y el quemador directo, donde el combustible y el oxidante se mezclan en el punto de ignición o encendido.

También debe tenerse en cuenta para su operación otros parámetros como estabilidad de la llama, retraso de ignición y velocidad de la llama, los cuales deben mantenerse dentro de los límites de operación prefijados.

Para el quemado de combustibles líquidos, en general estos atomizados o vaporizados en el aire de combustión. En los quemadores de vaporización, el calor de la llama convierte continuamente el combustible líquido en vapor en el aire de combustión y así se auto mantiene la llama.
Para el caso de combustibles gaseosos, se utilizan distintos diseños que pueden ser circulares o lineales con orificios, que permiten la salida del gas combustible y un orificio por donde ingresa el aire mediante tiro natural o forzado.

Es importante comprender que como resultado de una combustión, mediante la operación de estos dispositivos, se pueden producir sustancias nocivas y contaminantes, las cuales deberán ser perfectamente controladas, reduciéndolas a concentraciones permitidas o eliminadas, de acuerdo a la legislación vigente sobre el tema.

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Propiedades de la Materia

La química se define como:

La ciencia que trata de la composición y propiedades de la materia.

Pero… ¿qué significan estos términos?.

La materia es todo lo que ocupa espacio, tiene una propiedad llamada masa y posee inercia.

Nosotros y los objetos que nos rodean somos objetos materiales, ya que ocupamos espacio.

La composición se refiere a los componentes o partes de una muestra de materia y sus proporciones relativas.

Por ejemplo: El agua está formada por dos elementos, hidrógeno y oxígeno, presentes en determinadas proporciones fijas. La composición en masa del agua es de 11,19 por ciento de hidrógeno y 88,81 por ciento de oxígeno. El peróxido de hidrógeno,  sustancia utilizada como blanqueante y desinfectante, también está formada por hidrógeno y oxígeno, pero tiene una composición diferente. El peróxido de hidrógeno está formado por 5,93 por ciento de hidrógeno y 94,07 por ciento de oxígeno en masa.

Las propiedades corresponden a un conjunto de cualidades y atributos que podemos utilizar para distinguir una muestra de materia de otra. Las propiedades de la materia se agrupan generalmente en dos amplias categorías: propiedades físicas y propiedades químicas.
Propiedad Física y Transformación Física Propiedad Química y Transformación Química

Una propiedad física es una propiedad que una muestra de materia tiene mientras no cambie su composición.

Algunas veces una muestra de materia cambia su aspecto físico, es decir, experimenta una transformación física.  En una transformación física pueden cambiar algunas de las propiedades físicas de la muestra de materia pero su composición permanece inalterada.

Por ejemplo : Cuando el agua líquida se congela formándose agua sólida (hielo), sin duda el agua parece diferente y, en muchos sentidos, lo es. Sin embargo permanece inalterada la compo­sición en masa del agua , 11,19 por ciento de hidrógeno y 88,81 por ciento de oxígeno.

En una transformación química o reacción química, una o más muestras de materia se convierten en nuevas muestras con composiciones diferentes. Por tanto,  la clave para identificar una transformación química es observar un cambio en la composición.

Por ejemplo : Cuando se quema un papel tiene lugar una transformación química. El papel es un material com­plejo, pero sus componentes principales son carbono, hidrógeno y oxígeno. Los produc­tos principales de la combustión son dos gases, uno de ellos formado por carbono y oxí­geno (dióxido de carbono) y el otro por hidrógeno y oxígeno (agua en forma de vapor). La capacidad de arder del papel es un ejemplo de propiedad química.

Por lo tanto, una propiedad química es la capacidad de una muestra de materia para experimentar un cambio de composición bajo ciertas condiciones.

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martes, 29 de julio de 2014

¿Que es el Método Científico?

La ciencia se diferencia de otros campos del saber en el método que utilizan los científicos para adquirir conocimientos y en el significado especial que estos otorgan.

Los conocimientos científicos se pueden utilizar para explicar fenómenos naturales y para predecir acontecimientos futuros.

El método científico se originó en el siglo XVII con personas como Galileo, Francis Bacon, Robert Boyle e Isaac Newton.

La clave del método es que no se hacen suposiciones iniciales, sino que se llevan a cabo observaciones minuciosas de los  fenómenos natura­les. Cuando se han hecho observaciones suficientes como para que comience a emerger un patrón de comportamiento, se formula una generalización o ley natural que describa el fenómeno.
Las leyes naturales son proposiciones concisas, frecuentemente en forma matemática, acerca del comportamiento de la naturaleza.

El proceso de observaciones que conducen a una proposición de carácter general o ley natural recibe el nombre de razonamiento inductivo.

Una hipótesis es un intento de explicación de una ley natural. Si la hipótesis es consistente con las pruebas experimentales, se le denomina teoría.

Una teoría es un modelo o una manera de examinar la naturaleza que puede utilizarse para explicar fenómenos naturales y hacer predicciones sobre los mismos. Cuando se proponen diferentes teorías o contradictorias, se elige generalmente la que proporciona mejores predicciones o la mas simple. A medida que transcurre el tiempo se acumulan nuevas evidencias experimentales, lo que implica modificación de ciertas teorías o incluso desecharlas.

¿Que es el Método Científico?

El método científico es la combinación de las observaciones y experimentos junto con la formulación de leyes, hipótesis y teorías. El método científico se ilustra en la figura.
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viernes, 25 de abril de 2014

Enlaces Iónicos

Los átomos se combinan entre sí para formar compuestos con propiedades diferentes de los átomos que contienen. La fuerza de atracción entre los átomos en un compuesto, es un enlace químico.

Un tipo de enlace químico, es el enlace iónico. este corresponde a una fuerza de atracción entre especies (iones) con cargas opuestas. Los iones con carga positiva se conocen como cationes; los iones con carga negativa son aniones.

El hecho de que un elemento sea la fuente del catión o del anión en un enlace iónico depende de varios factores, para lo cual la tabla periódica puede servir como guía.

Al formar compuestos iónicos, los elementos a la izquierda de la tabla periódica por lo general pierden electrones, y forman un catión que tiene la misma configuración electrónica que el gas noble más cercano. La pérdida de un electrón del sodio, por ejemplo, produce Na+, el cual tiene la misma configuración electrónica que el neón.

Enlaces Iónicos

Para sustraer un electrón de cualquier átomo debe agregarse una gran cantidad de energía, llamada energía de ionización. La energía de ionización del sodio, por ejemplo, es 496 kJ/mol (119 kcal/mol).

Se dice que los procesos que absorben energía son endotérmicos. Comparado con otros elementos, el sodio y los elementos del grupo 1A tienen energías de ionización relativamente bajas. En general, la energía de ionización aumenta a lo largo de una fila en la tabla periódica.

Los elementos a la derecha de la tabla periódica tienden a ganar electrones para alcanzar la configuración electrónica del siguiente gas noble superior. Al agregar un electrón al cloro, por ejemplo, se forma el anión Cl-, el cual tiene la misma configuración electrónica de capa completa que el gas noble argón.

Enlaces Iónicos

Cuando un átomo de cloro captura un electrón se libera energía. Las reacciones que liberan energía se describen como exotérmicas, y el cambio de energía para un proceso exotérmico tiene signo negativo. El cambio de energía para la adición de un electrón a un átomo se conoce como su afinidad electrónica y es 349 kJ/mol (83.4 kcal/mol) para el cloro.

La transferencia de un electrón de un átomo de sodio a un átomo de cloro produce un catión sodio y un anión cloro, los cuales tienen una configuración electrónica de gas noble:

Enlaces Iónicos

Si tan sólo se suman la energía de ionización del sodio (496 kJ/mol) y la afinidad electrónica del cloro (349 kJ/mol), se concluiría que el proceso total es endotérmico por 147 kJ/mol.

La energía liberada al agregar un electrón al cloro es insuficiente para satisfacer la energía requerida para quitar un electrón del sodio. Este análisis, sin embargo, no considera la fuerza de atracción entre los iones con cargas opuestas Na+ y Cl- , la cual excede 500 kJ/mol y es más que suficiente para que el proceso completo sea exotérmico. Las fuerzas de atracción entre partículas con cargas opuestas se denominan atracciones electrostáticas, o coulómbicas, y es el significado de un enlace iónico entre dos átomos.

Los enlaces iónicos son muy comunes en los compuestos inorgánicos, pero raros en los orgánicos. La energía de ionización del carbono es demasiado grande y la afinidad electrónica demasiado pequeña para que el carbono forme un anión o catión.

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lunes, 21 de abril de 2014

Átomos, Electrones, y Configuración Electrónica

Cada elemento se caracteriza por un número atómico Z, el cual es igual al número de protones en su núcleo.
Un átomo neutro tiene igual número de protones, los cuales tienen carga positiva, y de electrones, los cuales tienen carga negativa.

Desde el momento de su descubrimiento, en 1887, se pensó que los electrones eran partículas, pero en 1924 el físico francés Louis de Broglie sugirió que también tenían comportamiento de onda.

Dos años después, Erwin Schrödinger dio el siguiente paso y calculó la energía de un electrón en un átomo de hidrógeno usando ecuaciones que trataban al electrón como si fuera una onda. En lugar de una sola energía, Schrödinger obtuvo una serie de niveles de energía, cada uno de los cuales correspondía a una descripción matemática diferente de la onda electrónica. Estas descripciones matemáticas se llaman funciones de onda y se simbolizan con la letra griega Ψ (psi).

De acuerdo con el principio de incertidumbre de Heisenberg, no se puede determinar con exactitud dónde está un electrón, pero sí se puede determinar dónde es más probable que esté. La probabilidad de encontrar un electrón en un punto particular en relación con el núcleo de un átomo está dada por el cuadrado de la función de onda Ψ2 (psi al cuadrado) en ese punto.

La figura ilustra la probabilidad de encontrar un electrón en varios puntos en el estado de menor energía (más estable) de un átomo de hidrógeno. Cuanto más oscuro es el color en una región, será mayor la probabilidad. La probabilidad de encontrar un electrón en un punto particular es mayor cerca del núcleo y disminuye con el aumento de la distancia del núcleo, pero nunca se vuelve cero. Esto se describe como una “nube electrónica” para hacer hincapié sobre la naturaleza extendida de la probabilidad del electrón. Sin embargo, se debe ser cuidadoso. La “nube electrónica” de un átomo de hidrógeno, aunque se dibuje como una serie de muchos puntos, representa sólo un electrón.

Átomos, Electrones, y Configuración Electrónica

Las funciones de onda también se conocen como orbitales. Por conveniencia, los químicos usan el término “orbital” de varias formas. Con frecuencia se dice que un dibujo como el de la figura anterior representa un orbital.

Los orbitales se describen al especificar su tamaño, forma y propiedades direccionales.

Los que son simétricos en forma esférica, como el de la figura anterior, se llaman orbitales s. La letra s es precedida por el número cuántico principal n (n = 1, 2, 3, etc.), el cual especifica el nivel y se relaciona con la energía del orbital.

Es probable que un electrón en un orbital 1s se encuentre más cerca del núcleo, tenga menos energía y se sostenga con más fuerza que un electrón en un orbital 2s.

En lugar de representar los orbitales con distribuciones de probabilidad, es más común representarlos por sus contornos de superficie, como se muestra en la figura, para los orbitales 1s y 2s. El contorno de superficie encierra la región donde la probabilidad de encontrar un electrón es alta, del orden de 90-95%. Al igual que el gráfico de distribución de probabilidad del que se deriva, una ilustración de un contorno de superficie, por lo general, se describe como el dibujo de un orbital.

Átomos, Electrones, y Configuración Electrónica

Un átomo de hidrógeno (Z = 1) tiene un electrón; un átomo de helio (Z = 2) tiene dos.El electrón único del hidrógeno ocupa un orbital 1s, al igual que los dos electrones de helio. Sus configuraciones electrónicas se escriben como:

Hidrogeno: 1s1

Helio : 1s2

Además de tener carga negativa, los electrones poseen la propiedad de espín. El número cuántico de espín de un electrón puede tener un valor ya sea de +1/2 o -1/2 . De acuerdo con el principio de exclusión de Pauli, dos electrones pueden ocupar el mismo orbital sólo cuando tienen espines opuestos, o espines “apareados”. Por esta razón, ningún orbital puede contener más de dos electrones. Debido a que dos electrones llenan el orbital 1s, el tercer electrón en el litio (Z = 3) debe ocupar un orbital de mayor energía. Después del orbital 1s, el siguiente de mayor energía es el orbital 2s. Por consiguiente, el tercer electrón en el litio ocupa el orbital 2s, y la configuración electrónica del litio es :

Litio: 1s2 2s1

El periodo (o fila) de la tabla periódica en que aparece un elemento corresponde al número cuántico principal más alto en el que hay un orbital ocupado (n = 1 en el caso del hidrógeno y el helio). El hidrógeno y el helio son elementos de la primera fila; el litio (n = 2) es un elemento de la segunda fila.

En la tabla se muestran las configuraciones electrónicas de los primeros 12 elementos, de hidrógeno a magnesio. Observe que, en el llenado de los orbitales 2p, cada uno se ocupa por un solo electrón antes que cualquiera se ocupe en forma doble. Este principio general para los orbitales de la misma energía se conoce como regla de Hund.

Átomos, Electrones, y Configuración Electrónica

Con frecuencia es conveniente hablar de los electrones de valencia de un átomo. Éstos son los electrones externos, aquellos que tienen más probabilidad de estar implicados en enlaces y reacciones químicos. Para los elementos de la segunda fila éstos son los electrones 2s y 2p. Debido a que están implicados cuatro orbitales (2s, 2px , 2py , 2pz), el número máximo de electrones en la capa de valencia de cualquier elemento de la segunda fila es 8. El neón, con todos sus orbitales 2s y 2p ocupados doblemente, tiene ocho electrones de valencia y completa la segunda fila de la tabla periódica. Para los elementos del grupo principal, el número de electrones de valencia es igual al número de su grupo en la tabla periódica.

El neón, en el segundo periodo, y el argón, en el tercero, tienen ocho electrones en su capa de valencia; se dice que tienen un octeto completo de electrones. El helio, el neón y el argón pertenecen a la clase de elementos conocida como gases nobles o gases raros. Los gases nobles se caracterizan por tener configuración electrónica de “capa completa” estable en extremo y son muy poco reactivos.

La estructura determina las propiedades y las propiedades de los átomos dependen de la estructura atómica. Todos los protones de un elemento están en su núcleo, pero los electrones del elemento están distribuidos en orbitales de diferente energía y a distancias variables del núcleo.

Cuando se desea entender cómo se comporta un elemento, más que cualquier otra cosa, se observa su configuración electrónica.
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21:07

lunes, 3 de febrero de 2014

Química Analítica y el Análisis Cuantitativo

Los resultados de un Análisis Cuantitativo típico se calculan a partir de dos medidas:

  • Una es la masa o volumen de la muestra que se analiza.
  • La segunda es la medida de alguna cantidad proporcional a la del Analito en la muestra, como la masa o volumen. Esta segunda medida, generalmente, comple­ta el análisis, y su naturaleza sirve de base para clasificar los métodos analíticos.
    Algunos métodos que siguen este tipo de análisis son:
  • Los métodos gravimétricos determinan la masa del Analito o de algún compuesto rela­cionado químicamente con él.
  • En los métodos volumétricos se cuantifica el volu­men de una solución que contiene reactivo suficiente para reaccionar por completo con el Analito.
  • Los métodos electroanalíticos comprenden la medición de propie­dades eléctricas tales como el potencial, corriente, resistencia y cantidad de carga eléctrica.
  • Los métodos espectroscópicos se basan en la medida de la interacción de la radiación electromagnética con los átomos o moléculas del Analito o en determi­nar la producción de tal radiación por el Analito mismo. Por último, un grupo de métodos varios incluyen la medición de cantidades tales como !a proporción de masa sobre carga de las moléculas en la espectrometría de masas, porcentaje de descom­posición radiactiva, calor que generan las reacciones, porcentaje de reacciones, con­ductividad térmica de las muestras, actividad óptica e índice refractivo.

    El Análisis Cuantitativo Típico

    Un Análisis cuantitativo típico incluye la secuencia de pasos que se muestra en el dia­grama de flujo de la figura.
    Química Analítica y el Análisis Cuantitativo

    Elección del método

    El primer paso esencial de todo análisis cuantitativo es la elección de un método. esta decisión a veces es muy difícil y que requiere ex­periencia al igual que intuición. Uno de los primeros factores que se considera en el proceso de elección es el grado de exactitud necesario. Desgraciadamente, la alta fia­bilidad casi siempre requiere invertir mucho tiempo. El método elegido suele ser un término medio entre la exactitud necesaria, por un lado, y el tiempo y dinero dispo­nibles para el análisis, por el otro.

    Obtención de la muestra

    El paso siguiente del análisis cuantitativo es la obtención de la muestra. A fin de tener información significativa, debe efectuarse el análisis de una muestra que tenga la misma composición que el resto del material del cual se obtuvo.
    El muestreo es el proceso para obtener una pequeña masa de un material cuya composición represente con exactitud a todo el material muestreado.
    La adquisición de muestras de origen biológico representa un  tipo de problema de muestreo. El muestreo de la sangre humana para la determinación de los gases sanguíneos ilustra la dificultad de obtener una muestra representativa de un sistema biológico complejo. La concentración de oxígeno y dióxido de carbono en la sangre depende de diversas variables fisiológicas y ambientales. Por ejemplo, la aplicación incorrecta del torniquete o la flexión de la mano por el paciente puede hacer que fluctúe la concentración sanguínea de oxígeno. Los médicos toman decisiones de vida o muerte basadas en las mediciones de los gases sanguíneos, por lo que se han desarrollado procedimientos estrictos de muestreo y transporte de muestras a los laboratorios clínicos. Esos procedimientos garantizan que la muestra sea representativa del paciente en el momento de su obtención y que su integridad se preserve hasta el momento de su análisis.
    Si el muestreo es sencillo como si es complejo, el analista debe cerciorarse de que la muestra en el laboratorio sea representativa antes de proceder al análisis. El muestreo es frecuentemente el paso más difícil y la fuente de mayores errores. La fiabilidad de los resultados finales del análisis no puede ser mayor que la del paso de muestreo.

  • Preparación de la muestra

    El tercer paso del análisis es la preparación de la muestra. En ciertos casos no se requiere preparación de la muestra antes del paso de medida. Por ejemplo, una vez obtenida una muestra de agua de un río, lago u océano, es posible medir directamente su pH. En muchos casos, debe prepararse la muestra de distintas maneras. El primer paso suele ser la preparación de una muestra de laboratorio.

    Preparación de muestras de laboratorio

    Una muestra de laboratorio sólida se tritura para disminuir el tamaño de partícula, se mezcla para garantizar su homogeneidad y se almacena durante diferentes periodos antes de proceder a su análisis. La absorción o desorción de agua es posible en cada paso, según la humedad ambiental. La pérdida o ganancia de agua modifica la composición química de los sólidos, por lo que es conveniente desecar las muestras justo antes de iniciar el análisis. También, el contenido de humedad de la muestra puede determinarse en el mismo momento del análisis con procedimiento analítico aparte.
    Las muestras líquidas presentan una leve diferencia a la vez que relacionada con los problemas en el paso de preparación. Si se permite que estén en recipientes abiertos. el disolvente podría evaporarse y, con ello, se modificaría la concentración del analito.

    Definición de réplicas de muestras

    Muchos análisis se llevan a cabo con réplicas de muestras, cuya masa o volumen se determinan con mediciones cuidadosas en las que se usa una balanza analítica o un dispositivo volumétrico preciso. La realización de réplicas mejora la calidad de los resultados y constituye una medida de fiabilidad. Las medidas cuantitativas de replicas de muestras suelen promediarse y luego se aplican diversas pruebas estadísticas a los resultados para establecer la fiabilidad.

    Preparación de disoluciones: cambios físicos y químicos

    La mayoría de los análisis se llevan a cabo en disoluciones de la muestra preparadas con un disolvente adecuado. En teoría el disolvente debe disolver toda la muestra, incluido el analito, de manera rápida y completa. Las condiciones de disolución deben ser tales que resulten imposibles las pérdidas del analito. En el diagrama se plantea la pregunta. Si la muestra es soluble en el disolvente elegido. Desgraciadamente, numerosos materiales que deben analizarse son insolubles en disolventes comunes. Ejemplos de ello son los minerales de silicatos, polímeros de alto peso molecular y especímenes de tejidos animales. En tales circunstancias, debe seguirse el diagrama continuando por el cuadro de la derecha y llevar a cabo su modificación química. La conversión del analito en esos materiales en una forma soluble suele ser la tarea más difícil y larga del proceso analítico. Podría requerirse el calentamiento de la muestra con disoluciones acuosas de ácidos fuertes, bases fuertes. agentes oxidantes, agentes reductores o una combinación de estos reactivos. También podría ser necesaria su ignición al aire o con oxígeno, o la fusión de la muestra a alta temperatura en presencia de diversos flujos. Aun cuando el analito se ha disuelto, cabe preguntarse si la muestra tiene una propiedad que es proporcional a la concentración del analito y que sea mensurable. En caso de no serlo, pueden ser necesarios otros pasos químicos para la conversión del analito en una forma susceptible de medida.

    Eliminación de interferencias

    Una vez que la muestra está en disolución y se ha convertido el analito en una forma apropiada para su medida el paso siguiente es eliminar sustancias de la muestra que interfieran en su medida. Pocas propiedades químicas o físicas de importancia en el análisis químico son exclusivas de una especie química. Por el contrario. las reacciones utilizadas y las propiedades medidas son características de un grupo de elementos o compuestos. Las especies ajenas al analito con efecto en la medida final se llaman interferencias o interferentes. Debe idearse un plan para aislar los analitos de las interferencias antes de emprender la medida final. No se cuenta con reglas generales para la eliminación de interferencias; de hecho, la resolución de este problema puede ser el aspecto más difícil de un análisis.

    Calibración y medida de la concentración

    Todos los resultados analíticos dependen de una medición final X de una propiedad física o química de un analito. Esta propiedad varía de manera conocida y reproducible con la concentración,  Ca del analito. En teoría, la medida de la propiedad es directamente proporcional a la concentración, es decir:

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    donde k es una constante de proporcionalidad. Salvo dos excepciones, los métodos analíticos que requieren la determinación empírica de A con estándares o patrones químicos cuya Ca es conocida, Así el proceso de determinación de k es un paso importante en la mayoría de los análisis, paso conocido con el nombre de calibración.

    Cálculo de los resultados

    Calcular las concentraciones de analitos a partir de datos experimentales suele ser relativamente sencillo, en particular con las calculadoras modernas y computadores. Se basa en datos experimentales iniciales obtenidos en el paso de medida, las características de los instrumentos de medida y la estequiometria de la reacción analítica.

    Evaluación de resultados por estimación de su fiabilidad

    Los resultados analíticos están incompletos sin una estimación de su Habilidad. El experimentador debe proporcionar alguna medida de la incertidumbre relacionada con los cálculos obtenidos si se pretende que los dalos revistan valor. 
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    Actualizado en:

    19:47

    domingo, 2 de febrero de 2014

    La Química Analítica y su Función.

    La Química Analítica es una Ciencia de medición basada en un conjunto de ideas y métodos que son útiles en todos los campos de la Ciencia y la Medicina.

    La Química Analítica requiere de información tanto Cualitativa como Cuantitativa.

    El Análisis Cualitativo revela la identidad de los elementos y compuestos de una muestra. En cambio, el Análisis Cuantitativo indica la cantidad de cada sustancia en una muestra.

    Otro concepto relacionado son los Analitos. Este corresponde a los componentes de una muestra que se pretende determinar.

    Función de la Química Analítica

    La Química Analítica se aplica en la Industria, la Medicina y todas las Ciencias. Consideraremos algunos ejemplos:
    • El Análisis del Acero durante su producción permite ajustar las concentraciones de elementos como el Carbono, Níquel y Cromo, para lograr la fuerza. 
    • Las concentraciones de Oxígeno y Dióxido de Carbono se determinan todos los días en millones de muestras sanguíneas para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades. 
    • Las cantidades de Hidrocarburos, Óxidos de Nitrógeno y Monóxido de Carbono presentes en los gases del escape de motores automovilísticos se miden para evaluar la efectividad de los dispositivos de control de la contaminación atmosférica. 
    • Las mediciones cuantitativas de Calcio Ionizado en el suero sanguíneo ayudan a diagnosticar las enfermedades de las Glándulas Paratiroides en seres humanos. 
    • La determinación cuantitativa de Nitrógeno en los alimentos establece su contenido de proteínas y, por tanto, su valor nutricional. 
    • El contenido de Mercaptano del gas para uso doméstico se vigila continuamente con el fin de garantizar que dicho gas tenga un aroma fácilmente distinguible desagradable para que las personas adviertan posibles fugas de riesgo 
    • Los agricultores modifican sus programas de fertilización e irrigación para satisfacer en cada caso las necesidades variables de las plantas durante su fase de crecimiento, para lo cual evalúan esas necesidades a partir de análisis cuantitativos de las mismas plantas y del suelo donde crecen. 
    Las medidas Analíticas Cuantitativas también desempeñan una función vital en muchas áreas de investigación de la Química, Bioquímica, Biología, Geología, Física y otras ciencias. Por ejemplo: 
    • Las medidas cuantitativas de los Iones Potasio, Calcio y Sodio en los líquidos corporales de animales permiten que los fisiólogos estudien la función que esos iones tienen en la conducción de impulsos nerviosos y en la contracción y relajación musculares. 
    • Los químicos estudian los mecanismos de las reacciones químicas mediante estudios de porcentajes o estimaciones de reacción. El porcentaje de consumo de los reactivos o de formación de los productos en una reacción química puede calcularse a partir de mediciones cuantitativas efectuadas a intervalos de tiempo iguales. 

    Muchos químicos, bioquímicos y químicos médicos dedican mucho tiempo en los laboratorios, recopilando información cuantitativa acerca de sistemas que les revisten importancia e interés.

    La naturaleza multidisciplinaria del análisis químico convierte a éste en una herramienta vital para Laboratorios Médicos, Industrias, Entidades Gubernamentales y Académicas en todo el mundo.

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    viernes, 12 de marzo de 2010

    James Chadwick : El Neutrón

    James Chadwick (1891-1972)

    El modelo de Rutherford de la estructura atómica dejaba un importante problema sin resolver. Se sabía que el hidrógeno, el átomo más sencillo, contenía solamente un protón, y que el átomo de helio contenía dos protones. Por tanto, la relación entre la masa de un átomo de helio y un átomo de hidrógeno debería ser 2:1. (Debido a que los electrones son mucho más ligeros que los protones, se puede ignorar su contribución a la masa atómica.) Sin embargo, en realidad la relación es 4:1.

    Rutherford y otros investigadores habían propuesto que debería existir otro tipo de partícula subatómica en el núcleo, hecho que el físico inglés James Chadwick probó en 1932.

    Cuando Chadwick bombardeó una delgada lámina de berilio con partículas alfa, el metal emitió una radiación de muy alta energía, similar a los rayos Gamma.

    Experimentos posteriores demostraron que esos rayos realmente constan de un tercer tipo de partículas subatómicas, que Chadwick llamó neutrones debido a que se demostró que eran partículas eléctricamente neutras con una masa ligeramente mayor que la masa de los protones. El misterio de la relación de las masas ahora podía explicarse. En el núcleo de helio existen dos protones y dos neutrones, mientras que en el núcleo de hidrógeno hay sólo un protón y no hay neutrones; por tanto, la relación es 4:1.

    James Chadwick (1891-1972). Físico británico. En 1935 recibió el Premio Nobel de física por demostrar la existencia de los neutrones.

    El electrón, el protón y el neutrón son los componentes fundamentales del átomo que son importantes para la química. En la tabla se muestran los valores de carga y de masa de estas tres partículas elementales.

    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

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    Fórmulas Empíricas y Formulas Moleculares

    Los químicos utilizan las formulas químicas para expresar la composición de las moléculas y los compuestos iónicos, por medio de los símbolos químicos. Composición significa no solamente los elementos presentes, sino también la proporción en la cual se combinan los átomos. Es necesario familiarizarse con dos tipos de fórmulas: fórmulas moleculares y fórmulas empíricas.

    Fórmulas moleculares

    Una fórmula molecular indica el número exacto de átomos de cada elemento que están presentes en la unidad más pequeña de una sustancia.

    En el análisis sobre moléculas, cada ejemplo se presenta con su fórmula molecular. Así el H2 es la fórmula molecular del hidrógeno, O2 representa al oxígeno, O3 es el ozono y H2O representa al agua. El subíndice numérico indica el número de átomos de cada elemento que están presentes. En el caso del H2O no aparece un subíndice para el O debido a que solamente hay un átomo de oxígeno en una molécula de agua; de esta manera se omite el subíndice "uno" de las formulas. Observe que oxígeno (O2) y ozono (O3) son alótropos del oxígeno.

    Un alótropo es una de dos o más formas diferentes de un elemento.

    Dos formas alotrópicas del elemento carbono -diamante y grafito-, son completamente diferentes no sólo en sus propiedades químicas, sino también en su costo relativo.

    Modelos moleculares

    Las moléculas son demasiado pequeñas como para poder observarlas de manera directa. Una forma efectiva para visualizarlas es mediante el uso de modelos moleculares. Por lo común se utilizan dos tipos de modelos moleculares: los modelos de esferas y barras, y los modelos espaciales.

    En los modelos de esferas y barras los átomos están representados por esferas de madera o de plástico con orificios perforados en ellas. Para representar los enlaces químicos se utilizan barras o resortes. Los ángulos que se forman entre los átomos en los modelos se aproximan a los ángulos de enlace reales de las moléculas. Con excepción del átomo de H, todas las esferas son del mismo tamaño y cada tipo de átomo está representado por un color específico.

    En los modelos espaciales los átomos están representados por esferas truncadas que se mantienen unidas a presión de tal manera que los enlaces no se ven. El tamaño de las esferas es proporcional al tamaño de los átomos, El primer paso para construir un modelo molecular consiste en escribir la formula estructural, que muestra cómo están unidos entre sí los átomos de una molécula. Por ejemplo, se sabe que en la molécula de agua cada uno de los átomos de H está unido a un átomo de O. Por tanto, la fórmula estructural del Agua es H-O-H.

    Una línea que une dos símbolos atómicos representa un enlace químico.

    Los modelos de esferas y barras muestran con claridad la distribución tridimensional de los átomos y son relativamente fáciles de construir. Sin embargo, el tamaño de las esferas no es proporcional al tamaño de los átomos. Como consecuencia, las barras por lo general exageran la distancia entre los átomos de una molécula. Los modelos espaciales son más exactos porque muestran la diferencia del tamaño de los átomos. El inconveniente es que su construcción requiere de más tiempo y no muestran bien la posición tridimensional de los átomos.

    Formulas Molecular y Estructural y Modelos Moleculares de Cuatro Moleculas Sencillas

    Fórmulas empíricas

    La fórmula molecular del peróxido de hidrógeno, sustancia que se utiliza como antiséptico y como agente blanqueador para fibras textiles y decolorante del cabello, es H2O2 Esta fórmula indica que cada molécula de peróxido de hidrógeno contiene dos átomos de hidrógeno y dos átomos de oxígeno. La relación de átomos de hidrógeno a átomos de oxígeno en esta molécula es 2 : 2 o 1 : 1. La fórmula empírica de peróxido de hidrógeno es HO.

    En consecuencia, la fórmula empírica indica cuáles elementos están presentes y la relación mínima, en número entero, entre sus átomos, pero no necesariamente indica el número real de átomos en una molécula determinada.

    Como otro ejemplo, considere el compuesto hidrazina (N2H4), que se utiliza como combustible para cohetes. La fórmula empírica de la hidrazina es NH2 La relación entre el nitrógeno y el hidrógeno es 1 : 2, tanto en la fórmula molecular (N2H4) como en la fórmula empírica (NH2); sólo la fórmula molecular indica el número real de átomos de N (dos) y de H(cuatro) presentes en una molécula de hidrazina.

    Las fórmulas empíricas son las fórmulas químicas más sencillas, se escriben de manera, que los subíndices de las fórmulas moleculares se reduzcan a los números enteros más pequeños que sea posible.

    Las fórmulas moleculares son las fórmulas verdaderas de las moléculas. Su fórmula empírica.

    Para muchas moléculas, la formula molecular y la fórmula empírica son la misma.

    Algunos ejemplos lo constituyen el agua (H2O), el amoniaco (NH3), el dióxido de carbono (CO2) y el metano (CH4).

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    martes, 26 de enero de 2010

    Los Modelos Atómicos

    Modelo Atómico de Dalton

    John Dalton

    En 1808 Dalton formuló la teoría atómica, teoría que rompía con todas las ideas tradicionales derivada de los antiguos filósofos griegos (Demócrito, Leucipo). Este Introduce la idea de la discontinuidad de la materia, es decir, es la primera teoría científica que considera que la materia está dividida en átomos. Los postulados básicos de esta teoría son:
    • La materia está dividida en unas partículas indivisibles e inalterables llamadas átomos.
    • Los átomos son partículas muy pequeñas y no se pueden ver a simple vista.
    • Todos los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí, igual masa e iguales propiedades.
    • Los átomos de distintos elementos tienen distinta masa y distintas propiedades.
    • Los compuestos se forman cuando los átomos se unen entre sí, en una relación constante y sencilla.
    • En las reacciones químicas los átomos se separan o se unen; pero ningún átomo se crea ni se destruye, y ningún átomo de un elemento se convierte en átomo de otro elemento.
    • Esta concepción se mantuvo casi durante un siglo.

    Modelo Atómico de Thomson


    Posteriormente, en el año 1897 se descubre el electrón, una de las partículas subatómicas que conforma el átomo. En 1898 Thomson propuso un modelo atómico que tomaba en cuenta la existencia de dicha partícula subatómica. Su modelo era estático, ya que suponía que los electrones estaban en reposo dentro del átomo, y que el conjunto era eléctricamente neutro.
    El modelo de Thomson era parecido a un pastel de frutas: los electrones estaban incrustados en una masa esférica de carga positiva. La carga negativa total de los electrones era la misma que la carga total positiva de la esfera, por lo que dedujo que el átomo era neutro.

    Thomson también explicó la formación de iones, tanto positivos como negativos.

    Cuando el átomo pierde algún electrón, la estructura queda positiva y se forman iones positivos; pero si el átomo gana algún electrón, la estructura queda negativa y se forman iones negativos.

    Modelo Atómico de Rutherford

    Ernest Rutherford


    Tras el descubrimiento del Protón, Rutherford formuló su modelo atómico. En 1911, Rutherford empleó las partículas alfa para determinar la estructura interna de la materia. A partir de ese experimento dedujo que:

    La mayoría de las partículas atraviesan la lámina sin desviarse (99,9%).

    Algunas partículas se desvían (0,1%).

    Al ver que no se cumplía el modelo propuesto por Thomson, Rutherford formuló el modelo nuclear del átomo. Según este modelo, el átomo está formado por un núcleo y una corteza:

    • Núcleo: aquí se concentra casi la totalidad de la masa del átomo, y tiene carga positiva.
    • Corteza: está formada por los electrones, que giran alrededor del núcleo describiendo órbitas circulares (sistema solar en miniatura)

    Así mismo, también dijo que la materia es neutra, ya que la carga positiva del núcleo y la negativa de la corteza se neutralizan entre sí.

    Rutherford dedujo que:

    • La materia está casi vacía; el núcleo es 100.000 veces más pequeño que el radio del átomo.
    • La mayoría de las partículas alfa no se desvían porque pasan por la corteza, y no por el núcleo.
    • Las que pasan cerca del núcleo se desvían porque son repelidas.
    • Cuando el átomo suelta electrones, el átomo se queda con carga negativa, convirtiéndose en un ión negativo; pero si, por el contrario, el átomo gana electrones, la estructura será positiva y el átomo se convertirá en un ión negativo.
    • El átomo es estable.

    Modelo Atómico de Böhr

    Niels Böhr

    Tras el descubrimiento del neutrón, en 1913 Böhr intentó mejorar el modelo atómico de Rutherford aplicando las ideas cuánticas de Planck a su modelo. Para realizar su modelo atómico se valió del átomo de hidrógeno; describió el átomo de hidrógeno con un protón como núcleo y con un electrón girando a su alrededor.Las nuevas ideas sobre la cuantización de la energía son las siguientes:

    • El átomo está cuantizado, ya que solo puede poseer unas pocas y determinadas energías.
    • El electrón gira en unas órbitas circulares alrededor del núcleo, y cada órbita es un estado estacionario que va asociado a un numero natural, "n" (núm. cuántico principal), y toma valores del 1 al 7.
    • Así mismo, cada nivel "n" está formado por distintos subniveles, "l". Y a su vez, éstos se desdoblan en otros (efecto Zeeman), "m". Y por último, hay un cuarto núm. cuántico que se refiere al sentido, "s".
    • Los niveles de energía permitidos son múltiplos de la constante de planck.
    • Cuando un electrón pasa de un nivel de energía a otro, se absorbe o se emite energía. Cuando el electrón está en n=1 se dice que está en el nivel fundamental (nivel de mínima energía); al cambiar de nivel el electrón absorbe energía y pasa a llamarse electrón excitado.
    • Böhr situó a los electrones en lugares exactos del espacio.
    • Es el modelo planetario de Böhr.

    Modelo Mecano - Cuántico

    Es el modelo actual; fue expuesto en 1925 por Heisenberg y Schrödinger.

    Erwin SchrödingerWerner Heisenberg

    Aspectos característicos:

    • Dualidad onda-partícula: Broglie propuso que las partículas materiales tienen propiedades ondulatorias, y que toda partícula en movimiento lleva una onda asociada.
    • Principio de indeterminación: Heisenberg dijo que era imposible situar a un electrón en un punto exacto del espacio.
    • Las ecuaciones del modelo mecano-cuántico describen el comportamiento de los electrones dentro del átomo, y recogen su carácter ondulatorio y la imposibilidad de predecir sus trayectorias exactas.
    • Así establecieron el concepto de orbital, región del espacio del átomo donde la probabilidad de encontrar un electrón es muy grande.

      Características de los orbitales:

      • La energía está cuantizada.
      • Lo que marca la diferencia con el modelo de Böhr es que este modelo no determina la posición exacta del electrón, sino la mayor o menor probabilidad.
      • Dentro del átomo, el electrón se interpreta como una nube de carga negativa, y dentro de esta nube, en el lugar en el que la densidad sea mayor, la probabilidad de encontrar un electrón también será mayor.
      • El comportamiento de los electrones dentro del átomo se describe a través de los números cuánticos
      • Los números cuánticos se encargan del comportamiento de los electrones, y la configuración electrónica de su distribución.
      • Y por último, dada la cantidad de elementos, se necesitaba una clasificación. Hoy en día se utiliza la Tabla Periódica, aunque le precedieron muchos otras propuestas. En la Tabla Periódica los elementos se clasifican según el número atómico.

    Los Modelos Atómicos

    Modelos A
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    jueves, 21 de enero de 2010

    El Experimento de Ernest Rutherford : El Protón y el Núcleo

    Desde principios de 1900 ya se conocían dos características de los átomos: contienen electrones y son eléctricamente neutros. Para que un átomo sea neutro debe contener el mismo número de cargas positivas y negativas. Thomson propuso que un átomo podía visualizarse como una esfera uniforme cargada positivamente, dentro de la cual se encontraban los electrones como si fueran las pasas en un pastel. Este modelo, llamado "modelo del budín de pasas", se aceptó como una teoría durante algunos años.

    Modelo Atomico de Thomson (Budin de Pasas)

    Modelo atómico de Thomson, algunas veces llamado el modelo "del budín de pasas" por su semejanza con el tradicional postre inglés que contiene pasas, los electrones están insertos en una esfera uniforme cargada positivamente.

     

     

    En 1910 un físico neozelandés. Ernest Rutherford, que estudio con Thomson en la Universidad de Cambridge, utilizó partículas alfa para demostrar la estructura de los átomos. Junto con su colega Hans Geiger y un estudiante de licenciatura llamado Ernest Marsden. Rutherford efectuó una serie de experimentos utilizando láminas muy delgadas de oro y de otros metales, como blanco de partículas a provenientes de una fuente radiactiva. Ellos observaron que la mayoría de las partículas atravesaban la lámina sin desviarse, o bien con una ligera desviación. De vez en cuando, algunas partículas alfa eran dispersadas (o desviadas) de su trayectoria con un gran ángulo. En algunos casos, las partículas alfa regresaban por la misma trayectoria hacia la fuente radiactiva. Éste fue el descubrimiento más sorprendente ya que. según el modelo de Thomson, la carga positiva del átomo era tan difusa que se esperaría que las partículas a atravesaran las láminas sin desviarse o con una desviación mínima, El comentario de Rutherford sobre este descubrimiento fue el siguiente:

    'Resultó tan increíble como si usted hubiera lanzado una bala de 15 pulgadas hacia un trozo de papel de seda y la bala se hubiera regresado hacia usted."

     
    Tiempo después, Rutherford pudo explicar los resultados del experimento de la dispersión de partículas a utilizando un nuevo modelo de átomo. De acuerdo con Rutherford, la mayor parte de los átomos debe ser espacio vacío. Esto explica por qué la mayoría de las partículas a atravesaron la lámina de oro sufriendo poca o ninguna desviación. Rutherford propuso que las cargas positivas de los átomos estaban concentradas en un denso conglomerado central dentro del átomo, que llamó núcleo. Cuando una partícula a pasaba cerca del núcleo en el experimento, actuaba sobre ella una gran fuerza de repulsión, lo que originaba una gran desviación. Más aún, cuando una partícula a incidía directamente sobre el núcleo, experimentaba una repulsión tan grande que su trayectoria se invertía por completo.

     

    Experimento de Ernest Rutherford

    Diseño experimental de Rutherford para medir la dispersión de las partículas alfa causada por una lámina de oro. La mayoría de las partículas alfa atraviesan la lamina de oro con poca o ninguna desviación. Algunas se desvían con un ángulo grande Ocasionalmente alguna partícula invierte su trayectoria.

    Abajo se muestra un esquema amplificado de la trayectoria de las partículas a al atravesar o ser desviadas por los núcleos.

     

     


    Las partículas del núcleo que tienen carga positiva reciben el nombre de protones. En otros experimentos se encontró que los protones tienen la misma cantidad de carga que los electrones y que su masa es de

    1.67262 × 10-24 g.

    aproximadamente 1840 veces la masa de las partículas con carga negativa, los electrones.


    Hasta este punto, los científicos visualizaban el átomo de la siguiente manera:

    • la masa del núcleo constituye la mayor parte de la masa total del átomo, pero el núcleo ocupa solamente 1/1013 del volumen total del átomo.
    • Las dimensiones atómicas (y moleculares) se expresarán aquí, de acuerdo con el SI (Sistema Internacional), con una unidad llamada picómetro (pm), donde:

    1 pm = 1 × 10-12 m.

    • El radio de un átomo es aproximadamente de 100 pm, mientras que el radio del núcleo atómico es solamente de 0.005 pm. Se puede apreciar la diferencia relativa entre el tamaño de un átomo y su núcleo imaginando que si un átomo tuviera el tamaño del estadio Astrodomo de Houston, el volumen de su núcleo sería comparable con el de una pequeña canica. Mientras que los protones están confinados en el núcleo del átomo, se considera que los electrones están esparcidos alrededor del núcleo y a cierta distancia de él.
    • El concepto de radio atómico tiene utilidad experimental, pero no debe suponerse que los átomos tienen dimensiones o superficies bien definidas. Más adelante se aprenderá que las regiones externas de los átomos son relativamente "difusas".

    Video: Rutherford´s Experiment: Nuclear Atom

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