Constitución de la materia - Universidad Veracruzana

1 MSI. Sim n Leal Ortiz Fime -Xalapa 1 constituci n de la materia . Supongamos que cualquier sustancia de la naturaleza la dividimos en partes cada vez m s peque as, conservando cada una de ellas las propiedades de la sustancia inicial. Si seguimos dividiendo esta sustancia en fragmentos a n m s peque os, llegar un momento en que cada una de estas partes ser indivisible, puesto que de efectuar una divisi n m s la porci n dividida perder las propiedades de dicha sustancia. Se habr llegado, entonces, a dividir la sustancia en mol culas. La materia est compuesta por mol culas, siendo la mol cula la parte m s peque a en la que se puede dividir una sustancia sin perder su naturaleza y propiedades. A su vez, una mol cula est compuesta por tomos.

2 Cada uno de ellos posee unas propiedades diferentes en el interior de la mol cula que constituyen. sustancias simples y compuestas: Sustancia simple es aquella porci n m s peque a en que puede dividirse, sin perder su naturaleza y propiedades, es un tomo. o Ejemplos: Cloro (Cl), Ox geno (O), Carbono (C). Sustancia compuesto es aquel cuya parte m s peque a en que puede dividirse sin perder sus propiedades es una mol cula. o Ejemplo: Agua (H2O), cuya mol cula incluye dos tomos de hidr geno y uno de ox geno. Estructura del tomo. El tomo est constituido por un conjunto de part culas que proporcionan a cada elemento unas caracter sticas que lo diferencian de todos los dem s. De estas part culas, las tres m s importantes son: MSI. Sim n Leal Ortiz Fime -Xalapa 2 Protones (p+) o Tienen carga el ctrica positiva cuya magnitud es de aproximadamente 1,59 x 10-19 Culombios.

3 O Su peso es de 1,67 x 10 -27 kilogramos. Electrones (e-) o Tienen carga el ctrica negativa de igual valor absoluto que la del prot n, aunque de signo contrario. o Su peso es 1,840 veces inferior al del prot n. Neutrones (n. ) o Tienen carga el ctrica nula. o Su peso es igual al del prot n. Representaci n del N cleo de un tomo. Rojo: Neutrones Negro: Protones MSI. Sim n Leal Ortiz Fime -Xalapa 3 Modelo At mico. Primero Rutherford y m s tarde Bohr idearon estructuras para intentar explicar el comportamiento interno de los tomos. Estas estructuras se denominan modelos at micos. Seg n Bohr, el tomo est dividido en dos zonas esenciales: n cleo y corteza. En el n cleo se encuentran los protones y los neutrones.

4 Girando alrededor del n cleo, en rbitas o niveles de energ a que constituyen la corteza, se hallan los electrones. El tama o del tomo es aproximadamente 10,000 veces mayor que el tama o del n cleo. Casi la totalidad del peso de un tomo se encuentra en el n cleo, por lo que se puede considerar despreciable el peso total de la corteza frente al n cleo. Peso at mico de un elemento es la suma del n mero de protones m s el n mero de neutrones: Peso at mico = Neutrones + Protones Por otra parte, un tomo en equilibrio es el ctricamente neutro. Ello significa que el n mero de cargas positivas es igual al n mero de cargas negativas. En consecuencia, el n mero de protones coincide con el n mero de electrones. A este n mero se le denomina n mero at mico: N mero at mico = N. de Protones = N. de Electrones Disposici n orbital de los electrones.

5 Como se ha visto, la corteza contiene toda la carga negativa del tomo y ocupa la mayor parte del volumen at mico. En ella se encuentran los electrones en continuo movimiento. El n cleo, respecto al volumen total de un tomo, se asemeja a una bola de billar comparada con el volumen total de la Tierra. Si un electr n est en continuo movimiento es porque tiene una determinada energ a. MSI. Sim n Leal Ortiz Fime -Xalapa 4 Supongamos un tomo aislado al que no se le puede aplicar ning n tipo de energ a. Si este electr n no recibe energ a de ning n tipo, su velocidad disminuir progresivamente hasta llegar a anularse; entonces, el electr n caer sobre el n cleo, y como l todos los electrones de la corteza, desmoron ndose de esta forma la estructura at mica.

6 Pero esto no ocurre as , Bohr demostr que los electrones se mueven en unas rbitas determinadas a las que llam niveles de energ a. Todos los electrones que se encuentran en una misma rbita tienen la misma energ a, y el n mero m ximo de electrones que se mueven en una rbita es siempre el mismo. La energ a de una rbita o de un electr n que se mueve en ella es proporcional a la distancia respecto al n cleo. A medida que aumenta esta distancia, aumentar la energ a. Por lo tanto, las rbitas m s alejadas del n cleo son las de mayor energ a. Niveles de energ a: Son designan por las letras K, L, M, El n mero m ximo de electrones que puede llegar a tener cada una de ellas viene dado por la f rmula 2n2, donde n es el n mero de la rbita. As : rbita N de rbita (n) N m ximo es (2n2) K 1 2 x 12 = 2 es L 2 2 x 22 = 8 es M 3 2 x 32 = 18 es N 4 2 x 42 = 32 es MSI.

7 Sim n Leal Ortiz Fime -Xalapa 5 Los electrones tienden siempre a los menores estados de energ a; es decir, tienden a ocupar los lugares vac os de electrones en rbitas m s pr ximas al n cleo. Al caer de una energ a superior a una inferior, desprender n la energ a que les sobra en forma de radiaci n. De la misma forma, al aplicar energ a a los electrones de un tomo, aquellos pasar n a niveles de energ a superiores -a rbitas m s alejadas del n cleo-, llegando incluso a salir despedidos del tomo. Cuando esto ocurre, la carga del tomo ya no es neutra, sino positiva: ha perdido una carga negativa y el n mero de protones supera al de electrones. Dicho tomo recibe el nombre de ion positivo.

8 Uniones de los tomos. Los tomos se unen mediante los llamados enlaces qu micos, los cuales pueden ser: Enlace i nico: tiene la caracter stica de la cedencia de electrones de un tomo a otro, uno gana un electr n y otro pierde; los tomos se convierten en iones, positivo el que pierde y negativo el que gana. Un ejemplo es en el cloruro de sodio (sal),el fluoruro de litio, etc. Enlace covalente: tiene la caracter stica de que se tiene la compartici n de electrones, este se tiene en el germanio y silicio. MSI. Sim n Leal Ortiz Fime -Xalapa 6 Enlace met lico: caracterizado por una nube electr nica, se lleva a cabo en los llamados materiales met licos. Materiales semiconductores. Conductores Los materiales conductores est n constituidos por tomos en los que se produce el fen meno enunciado.

9 La corriente el ctrica puede circular por ellos con facilidad, ya que tienen gran cantidad de electrones libres. Conductores son en general los metales (oro, plata, cobre, ). Cada tomo de estos elementos tiene al menos un electr n compartido con los dem s, llegando a poseer un n mero de electrones libres del orden de 1023 electrones por cm3. Semiconductores Aunque las ltimas rbitas de los tomos est n vac as de electrones pueden tambi n formarse niveles de energ a compartidos por los tomos; si bien por ellos no circular ning n electr n dado que no existen en la ltima capa. La Banda de Conducci n estar vac a de electrones. En primera instancia cabe suponer que estos materiales no son conductores, ya que todos sus electrones est n ligados a los tomos y no facilitar n el transporte de cargas que hace efectiva la corriente el ctrica.

10 MSI. Sim n Leal Ortiz Fime -Xalapa 7 No obstante, podr a suceder que al aplicar una cierta energ a a los electrones ligados, stos salieran despedidos de sus tomos y ocuparan los niveles de energ a compartidos, hasta el momento vac os de electrones. Los materiales en los que tiene lugar este proceso son los denominados semiconductores. Materiales semiconductores por excelencia son el Silicio y el Germanio. A bajas temperaturas, la Banda de Conducci n est vac a. Los electrones se encuentran ligados al tomo en la llamada Banda de Valencia. Luego el material no es conductor. Al elevarse la temperatura debido a las vibraciones que el calor produce en los tomos, stos pueden perder algunos electrones de valencia que pasar n a la Banda de Conducci n, convirti ndose en electrones libres: el cuerpo se har conductor.