DIVISION MOLECULAR

1-ESTRUCTURA MOLECULAR

ÁTOMOS

Aunque los primeros atomistas, Leucipo y Demócrito, vivieron en la Grecia clásica hace 2500 años, hay que esperar hasta el inicio del siglo XIX para que la ciencia se dote de un concepto de átomo útil para explicar los fenómenos naturales. Este enorme avance es obra de Dalton. Sin embargo, en poco más de un siglo el átomo cambiará radicalmente de significado.

Durante prácticamente todo el siglo XIX la imagen del átomo era la propuesta por Dalton: una esfera maciza de materia. Podríamos denominarlo el átomo-bola

En 1897, Thomson descubre la primera partícula subatómica: el electrón, y propone un modelo de átomo que es conocido como el átomo-puding. Los electrones están insertos en una matriz de materia cargada positivamente, siendo el conjunto neutro

Las experiencias de Rutherford demostraron que la materia del átomo no estaba repartida sino que estaba concentrada en una región extremadamente pequeña: el núcleo, cargada positivamente. Los electrones se moverían en torno a él. Es el modelo planetario..

Una vez conocidas las partículas que integran los átomos, es posible entender la existencia de isótopos, átomos de un mismo elemento (idéntico número atómico Z) que tienen diferente número másico (A), es decir, que comparten núcleos con el mismo número de protones pero no de neutrones. El siguiente applet, que representa Z frente A, le permite investigar acerca de los isótopos.

Haciendo uso de este recurso:

a) Identifique la zona de isótopos estables. ¿Se mantiene constante la relación N/Z en estos isótopos?

b) Identifique los isótopos emisores alfa y emisores beta

c) Identifique la zona de núcleos fisibles

Desde 1913 hasta 1926 se suceden diversos intentos para incorporar las nuevas ideas cuánticas de la época al modelo atómico.

En 1913 Bohr explica el espectro de emisión del hidrógeno suponiendo que los estados del átomo estaban cuantizados, es decir, la energía y los radios de las órbitas electrónicas sólo podían tomar determinados valores.

En el siguiente enlace podrá acceder a los espectros de emisión y absorción de los elementos químicos

ESPECTROS ATÓMICOS

Oregon University

La limitación del modelo es evidente: sólo sirve para el hidrógeno En 1926 se dispone ya de un modelo de átomo plenamente cuántico (Schrodinger) , donde han desaparecido dos conceptos básicos del modelo anterior:

Los electrones no son considerados como partículas sino como ondas

No existen órbitas electrónicas sino orbitales.

Este modelo mecanocuántico es aplicable a todos los átomos

El concepto de orbital es básico para entender el comportamiento de los átomos. El siguiente enlace le permite ver los diferentes orbitales del átomo de hidrógeno:

ORBITALES DEL HIDRÓGENO

(Paul Falstad)

Un orbital es una función matemática que describe la región en torno al núcleo donde existe mayor probabilidad de encontrar al electrón. Los orbitales se describen con la ayuda de tres números cuánticos: n (principal), l (secundario), m (magnético).

Cada orbital puede ser ocupado como máximo por dos electrones que se diferencian en el número cuántico de espín (s).

Número Cuántico Rango de valores Describe

Principal, n 1, 2, 3, .... Nivel energético

Secundario, l, Desde 0 hasta n-1 Forma del orbital

Magnético, m Desde - l hasta + l Orientación espacial

Espín, s ± 1/2 Espín del electrón

Orbitales del nivel n=3

E

Conocimiento de la distribución de los electrones en los distintos orbitales es muy importante para entender las

Propiedades de los átomos. Esta información se obtiene a partir de los espectros atómicos y se expresa mediante la configuración electrónica.

De manera aproximada la configuración electrónica de un elemento en su estado fundamental se puede determinar aplicando las siguientes reglas:

Principio de construcción (Aufbau):

En su estado fundamental la distribución electrónica de un elemento se construye a partir del inmediato anterior, adicionándole un electrón de modo que le confiera la máxima estabilidad (menor energía)

Principio de exclusión de Pauli:

En un determinado sistema cuántico (átomo o molécula) no pueden existir dos electrones con los cuatro números cuánticos idénticos

Por tanto, en un orbital sólo caben dos electrones que compartirían tres números cuánticos y se diferenciarían en el número cuántico de spin (s)

Regla de la máxima multiplicidad de Hund:

Cuando una serie de orbitales de igual energía (p, d , f) se están llenando con electrones, éstos permanecerán desapareados mientras sea posible, manteniendo los espines paralelos

Uno de los mayores éxitos del modelo mecano cuántico fue explicar la Tabla Periódica de los elementos, conocida desde 1870.

Shockwave Periodic Table

de American Chemical Society es una tabla periódica interactiva con la que podrá realizar pequeñas investigaciones, por ejemplo:

a) Identifique zonas características: metales, no metales, metales de transición, gases nobles, etc.

b) Identifique la configuración electrónica característica de los elementos de los grupos del C, N, O, halógenos y gases nobles.

c) Identifique la capa de valencia de los elementos del cuarto periodo. ¿Cuántos electrones puede contener como máximo un átomo en su capa de valencia?

c) Identifique algunas propiedades periódicas y otras que no lo son.

2-¿Qué países del mundo actualmente poseen una bomba atómica en su poder?

Actualmente hay ocho países que han detonado satisfactoriamente armas nucleares. Cinco de ellos son considerados "estados nuclearmente armados", un status reconocido internacionalmente otorgado por el Tratado de No Proliferación Nuclear (NPT por Non-Proliferation Treaty, en inglés). En orden de adquisición de armas nucleares, éstos son: los Estados Unidos de América, la Federación Rusa (antigua URSS), el Reino Unido de la Gran Bretaña e Irlanda del Norte, la República Francesa y la Republica Popular de China.

Desde que se firmó el tratado, otros tres países no firmantes del mismo han realizado pruebas nucleares: India, Pakistán y Corea del Norte. Además, hay amplias sospechas de que Israel posee un arsenal de armas nucleares aunque nunca haya sido confirmado ni negado por el propio país. Ha habido informes de que más de 200 armas nucleares podrían formar parte de su armamento. Este status no está formalmente reconocido por organismos internacionales ya que ninguno de estos cuatro países es actualmente un signatario del Tratado de No Proliferación Nuclear.

Bomba atómica

Nube de hongo de la bomba atómica de Hiroshima (Japón), a 18 kilómetros del hipocentro de la explosión, lanzada el 6 de agosto de 1945

Una bomba atómica es un dispositivo que obtiene una gran cantidad de energía de reacciones nucleares. Su funcionamiento se basa en provocar una reacción nuclear en cadena descontrolada. Se encuentra entre las denominadas armas de destrucción masiva y su explosión produce una distintiva nube en forma de hongo. La bomba atómica fue desarrollada por Estados Unidos durante la II Guerra Mundial gracias al Proyecto Manhattan, y es el único país que ha hecho uso de ella en combate (en 1945, contra las ciudades japonesas de Hiroshima y Nagasaki).

Su procedimiento se basa en la fisión de un núcleo pesado en elementos más ligeros mediante el bombardeo de neutrones que, al impactar en dicho material, provocan una reacción nuclear en cadena. Para que esto suceda hace falta usar núcleos fisibles o fisionables como el uranio-235 o el plutonio-239. Según el mecanismo y el material usado se conocen dos métodos distintos para generar una explosión nuclear: el de la bomba de uranio y el de la de plutonio.

En este caso, a una masa de uranio llamada subcrítica se le añade una cantidad del mismo elemento químico para conseguir una masa crítica que comienza a fisionar por sí misma. Al mismo tiempo se le añaden otros elementos que potencian (le dan más fuerza) la creación de neutrones libres que aceleran la reacción en cadena, provocando la destrucción de un área determinada por la onda de choque desencadenada por la liberación de neutrones.

Bomba de plutonio.

El arma de plutonio es más moderna y tiene un diseño más complicado. La masa fisionable se rodea de explosivos convencionales como el RDX, especialmente diseñados para comprimir el plutonio, de forma que una bola de plutonio del tamaño de una pelota de tenis se reduce casi al instante al tamaño de una canica, aumentando increíblemente la densidad del material, que entra instantáneamente en una reacción en cadena de fisión nuclear descontrolada, provocando la explosión y la destrucción total dentro de un perímetro limitado, además de que el perímetro se vuelva altamente radiactivo, dejando secuelas graves en el organismo de cualquier ser vivo.

Bomba de hidrógeno o termonuclear

Explosión de la bomba termonuclear Ivy Mike (1 de noviembre

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