estructura de la materia

Enlace y Estructura de la Materia

E Rodríguez-Fernández

Tema 1. Evolución del concepto de átomo. Experimentos de Rutherford. Modelo atómico de
Bohr. Espectro atómico del hidrógeno. Bases de la mecánica cuántica. Orbitales. Átomos
polielectrónicos. Modelo vectorial y propiedades magnéticas.

Átomo. Introducción
Alrededor del 400 antes de C. el filósofo griego Demócrito sugirió la ideade que toda la materia
está constituida de partículas elementales minúsculas, discretas e indivisibles denominadas
átomos. La palabra átomo tenía el significado de no divisible.
Sus ideas fueron rechazadas durante 2000 años hasta que John Dalton en 1808, estableció su
Teoría Atómica para justificar las leyes de la combinación química. Sus postulados pueden
resumirse así:
1 Un elemento estáformado por partículas pequeñas e indivisible llamadas átomos.
2 Todos los átomos de un elemento tienen propiedades idénticas y distintas de los átomos de otro
elemento.
3 Los átomos se combinan entre sí para formar moléculas de compuestos en proporciones fijas
para cada compuesto.
Una mol es la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades (átomos, moléculas u otras
partículas) comoátomos hay en 12,00g de 126C (una mol de carbono-12). Este número de
entidades presentes es el número de Avogadro, NA. El concepto de mol se introduce para manejar
en el laboratorio cantidades de masa ante la dificultad de pesar átomos o moléculas individuales.
El tamaño de los átomos no fue difícil de establecer una vez conocido el número de Avogadro,
6,022x1023partículas/mol, que es el número deátomos o partículas contenidas en un mol.
Conocido el volumen molar de un sólido, se puede establecer el volumen de un átomo o
molécula. De este modo se obtiene un volumen atómico de 10-24 cm3 y, supuesto el átomo esférico
inscrito en un cubo, la arista de este cubo será 10-8 cm. Las dimensiones atómicas serían, por lo
tanto, de ese orden. Para una más fácil comprensión de las dimensionesatómicas se introdujo el
Å equivalente a 10-8 cm.
Aplicación: A modo de ejemplo, para el oro tenemos los siguientes datos: Pa = 196,96 g/mol;
Volumen de la celda elemental = 67,84x10-24 cm3; Volumen molar 10,21 cm3/mol; Densidad por
rayos X = 19,29 g/cm3 (19,32 experimental). La celda elemental es cúbica (a = 4,0786Å), centrada
en las caras; contiene 4 átomos de Au y, por tanto, el volumen de unátomo es 67,84x10-24/4 =
16,96x10-24 cm3. También se puede obtener así: 10,21/6,022x1023 = 16,95x10-24 cm3. Como V =
(4/3)πr3, r = 1,59x10-8 cm3 = 1,59Å (1,44 experimental; se considera el espacio vacío).

Átomos de oro visibles y ocultos

a = 4,0786 Å, Pa = 196,96 g/mol

Naturaleza eléctrica de la materia
La relación entre electricidad y estructura de los átomos comenzó a establecerse conlos
experimentos de Faraday sobre la electrólisis. Sus hallazgos pueden resumirse así:
1 Una cantidad dada de electricidad depositará o desprenderá sobre un electrodo un mismo peso
de una sustancia determinada.
2 Los pesos de las distintas sustancias disueltas, depositadas o desprendidas en un electrodo, por
una cantidad fija de electricidad; son proporcionales a los pesos equivalentes deesas sustancias.
Parece, por lo tanto, que la electricidad estaría constituida al igual que la materia por partículas,
de modo que un número fijo de átomos reacciona con un número fijo de electrones que
aportarían una cantidad de electricidad susceptible de ser medida en culombios.
Para la reacción de estos electrones con un equivalente de una sustancia se precisan un
equivalente de electrones,es decir, 6,022x1023 electrones cuya carga total es 96500C:
F = (6,022x1023 partículas/mol) x (1,602x10-19C/partic.) = 96472C/mol; constante de Faraday, F.

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Enlace y Estructura de la Materia

E Rodríguez-Fernández

Aplicación: Una disolución acuosa de una sal de platino se electroliza mediante una corriente de
2,50A durante 2,00 horas. Como resultado se depositan 9,09 g de Pt...