3°Año 4°Div Química - Unidad N°2 - "Aristóteles se equivocó; desde los 4 elementos al átomo"

3° Año - 4° División 07/04/2021 Por Diaz Pacchioni, Diana
Aristóteles negó la existencia de los átomos de Demócrito y reconoció la teoría de los 4 elementos, los cuales no forman parte de los actuales 118 especies químicas.
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De los 4 elementos a los Átomos…
¿De qué están hechas las cosas materiales?
Alrededor del año 580 a.C., el filósofo griego Tales de Mileto se hizo por primera vez esta pregunta. Él pensaba que toda la materia estaba constituida fundamentalmente por agua y que las cosas que no parecían agua se habían originado en ella o eran producto de su transformación. Según Tales, el agua era, el elemento primordial de la Tierra.
 
Foto: desalación de agua
Unos cien años después, otro filósofo griego, Empédocles, sostuvo que además del agua, toda la materia estaba formada por fuego, aire y tierra. Así y según su teoría de los cuatro elementos, todas las propiedades de la materia se relacionaron con la proporción de estos elementos que permanecían unidos o no.
 foto: wikiwand
Esta teoría fue muy bien recibida por los pensadores de la época. Tanto que las primeras ideas acerca de que la materia estaba formada por átomos, propuestas por Leucipo y Demócrito, fueron rechazadas por Aristóteles y Platón, dos de los filósofos más conocidos de la antigua Grecia. Esta idea fue tan reconocida que prevalecieron por casi 2.000 años…
La materia una cuestión de números
Dos mil años… demasiado tiempo para que una teoría errónea siguiera vigente, ¿cuál fue el motivo de tanta confusión? ¿por qué los alquimistas y los primeros iatroquímicos que pasaban horas experimentando no llegaron a la conclusión de que la materia estaba formada por átomos y que era algo más que la combinación de los cuatro elementos?
En los siglos XVI y XVII varios eventos ayudaron a revivir la teoría que postulaba que la materia está hecha de partículas  pequeñas e indivisibles, los átomos. Todos ellos se relacionaban con un hecho inédito hasta el momento: la medición de algunas propiedades de la materia como la masa.
En 1643 Evangelista Torricelli, un matemático italiano pupilo de Galileo, demostró que el aire tenía peso y que era capaz de derribar una columna de mercurio líquido. Este fue un descubrimiento sorprendente. Si el aire, una sustancia que no se podía ver, sentir u oler, tenía peso y por lo tanto debía estar hecho de “algo”. Posteriormente en el siglo XVIII Daniel Bernoulli,  un matemático suizo, propuso la respuesta. Desarrolló la teoría que postulaba que el aire y otros gases estaban formados de partículas, muy pequeñas y que además, estaban libremente empaquetadas en un volumen de espacio vacío.
Finalmente en 1783 Antoine De Lavoisier demostró frente al rey de Francia y algunos académicos un experimento que cambiaría la historia, la combinación de hidrógeno y oxígeno que, dio un líquido transparente, que resultó ser agua, ¡agua a partir de dos gases!
 
Foto: Lifeder
Hacia el concepto de molécula
Los químicos a fines del siglo XVIII siguieron experimentando con volúmenes a presión  y temperatura constantes.
La hipótesis de Avogadro
En 1811, el químico italiano Amadeo Avogadro, que trabajaba con gases a presión constante, postuló que cualquier gas a una temperatura dada, debía contener el mismo número de moléculas. (Ley de los volúmenes de combinación)
 
Foto: Wikiwand
¿Pero cuál era la relación entre moléculas y átomos? ¿Cuál sería la masa de un átomo? Y lo más importante… ¿Cómo determinarlo?
Magnitudes atómico-moleculares
Luego de 40 años luego Stanislao Cannizzaro realizó experimentos para determinar las diferencias cuantitativas entre masas atómicas y masas moleculares relativas.
Midió las masas de volúmenes iguales de 10 dm3 de nitrógeno N2 y de hidrógeno H2 a 1 atmósfera de presión. Los resultados obtenidos fueron:
Masa de N2 = 12,502g  y la  Masa de H2= 0,893g
Debido a la hipótesis de Avogadro, debido a que el volumen es el mismo, también el número de moléculas debía serlo. Entonces si se denomina x al número de moléculas, resulta que:
(x moléculas de Nitrógeno)/(x moléculas de Hidrógeno ) = (12,502 g)/(0,893 g) = 14
Esta relación indica que las x moléculas de nitrógeno tienen una masa de 14 veces más que una de hidrógeno. Y dado que, ambas moléculas están formadas por dos átomos (por la hipótesis de Avogadro), es cierto decir que la masa de un átomo de nitrógeno es 14 veces mayor que la masa de un átomo de hidrógeno. 
De esta manera Cannizzaro estableció la relación entre masas atómicas y moleculares relativas, respecto de un patrón de medida que es el hidrógeno. Por eso lo de relativas.
En la actualidad, se utiliza otro patrón de medida, que es la unidad de masa atómica (uma) que se define como la doceava parte de la masa de un átomo del isótopo 12 de carbono.
1 uma = (masa de isótopo de C 12)/12 = 1,6605. 10-24g
A partir de este patrón es posible definir:
        Masa atómica relativa (Ar) como un número que indica cuántas veces es mayor la masa de un átomo que 1 uma.
        Masa molecular relativa (Mr) como un número que indica cuántas veces es mayor la masa de una molécula que 1 uma. Para calcularla se suman las masas atómicas relativas de todos los átomos que constituyen la molécula.
En consecuencia, se puede concluir que:
“La partícula más pequeña de la materia que puede encontrarse libre es la molécula, formada por uno, dos o más átomos.”
Así por ejemplo, la menor parte de agua que presenta sus propiedades es su molécula, formada por un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno.
La estructura del átomo
En 1922, el físico y químico inglés Enerst Rutherford, sugirió que los átomos estaban constituidos  por un núcleo central, en el que se encontraban las cargas positivas y se concentraba la masa del átomo, el resto era espacio vacío. Los electrones, en número idéntico a las cargas positvas, giraban alrededor del núcleo describiendo órbitas como los planetas del Sistema Solar. Aunque este modelo fue desechado por las consideraciones de la Física clásica, permitió establecer la idea de que en todo átomo existen dos zonas bien diferenciadas: el núcleo central y una región exterior a él.
Número atómico
 
Foto: significados.com
En el núcleo de los átomos, se encuentran los protones; que son partículas de carga positiva, junto con los neutrones de masa similar a los protones, pero que no poseen carga. Alrededor del núcleo se encuentran los electrones (de masa extremadamente pequeña) que poseen carga eléctrica negativa y se mueven a gran velocidad distribuidos en distintas capas o niveles de energía.
 
Foto: todamateria.com
A pesar de estar formado por partículas con carga eléctrica, el átomo es neutro. Esto se debe a que el número de protones y de electrones es el mismo, con lo cual las cargas se compensan.
Se llama número atómico de un elemento (simbolizado por la letra Z) a la cantidad de protones que posee el núcleo de dicho elemento. Como los átomos son neutros, el número de electrones es igual al de protones y por lo tanto al  número atómico. No existen dos elementos diferentes que tengan igual número atómico. Además, es el número con el que están ordenados los átomos en la tabla periódica.
 
Foto: Pinterest.com
Número másico
Se llama número másico o número de masa, a la cantidad de partículas que se encuentran en el núcleo de un átomo, es decir, a la suma de protones (Z) y neutrones. Se simboliza con la letra  A.
A = Z + n
 
 foto : cienciadelux.com
Luego de que un elemento pasa por una transformación química, puede quedar con un exceso o defecto de carga y en ese caso se convierte en iones: cationes (+) y aniones (-).
 
ACTIVIDADES DE APLICACIÓN: 
TPN°3 “ESTRUCTURA DE LOS ÁTOMOS
        Extrae de la Tabla Periódica 10 elementos químicos y representa sus átomos indicando:
        Nombre 
        Símbolo 
        Número másico
        Número atómico
        Protones
        Neutrones 
        Electrones 

 
Foto: webnode.es
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Foto: exapuni.com

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De los 4 elementos al Atomo

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