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El mol y la masa molar

El mol y la masa molar


Vamos a trabajan dos moléculas de H2O.

2 H2 +          O2 →          2 H2Oar con el agua como ejemplo,  a nivel molecular el agua contiene una molécula de  O2 que  al reaccionar lo hacen con dos moléculas de H2 y se forman

2 moléculas          1 molécula          2 moléculas

2 x 2 umas          32 umas          2 x 18 umas

En el laboratorio no se puede trabajar con atomos o moléculas, debido a que no se pueden observar, por tanto, no se pueden contar. Necesitamos cantidades de estas sustancias que podamos manipular y en la que los atomos y las moléculas se encuentren en la misma proporción que a nivel molecular.
Como cada molécula de O2 tiene 16 veces más masa que una molécula de H2, masas de O2 y de H2 que se encuentren en la proporción de 16 a 1, tendrán el mismo número de moléculas.
En 32 g de O2 y en 2 g de H2 hay 6,022.1023 moléculas.Para contar partículas (atomos, moléculas, iones, etc) se define una nueva magnitud física que es diferente de la masa, denominada cantidad de sustancia, cuya unidad es el mol.

Un mol es la cantidad de sustancia que contiene 6,022.1023 partículas de esa sustancia. A este número se le llama Número de Avogadro (NA).
La masa que se corresponde con esta cantidad de sustancia se llama masa molar y es la masa atómica o molecular de la sustancia expresada en gramos.

1 mol de H2 es la cantidad de H2 que contiene 6,022.1023 moléculas de H2. Su masa es 2 g.
1 mol de O2 es la cantidad de O2 que contiene 6,022.1023 moléculas de O2. Su masa es 18 g.

2 H2 +          O2 →          2 H2O
2xNA moléculas          NA molécula          2xNA moléculas
2 mol                  1 mol                   2 mol
4 g                  32 g                   36 g

Podemos asegurar que en 4 g de H2 y en 36 g de H2O hay el doble de moléculas que en 32 g de O2.

Thomson Tercer Experimento

Thomson Tercer experimento.

Para el tercer experimento, Thomson fundamento la relación que hay entre la masa de los rayos catódicos y la carga, para esto mide la cantidad que se desvía por un campo magnético y cuanta cantidad de carga de energía contenida.

La relación masa/carga que encuentra es de un millar de veces superior a la que contiene el ión de Hidrógeno, esto indica que bien las partículas deben ser más livianas o con mucha más carga.

Aquí Thomson toma una posición audaz: Thomson, a los rayos catódicos que estaban cargados por partículas les llamó “corpúsculos” dichos corpúsculos se originaban dentro de los atomos de los electrodos, a lo que esto significaba, que los átomos deben ser divisibles, imagina “un mar” totalmente repleto de cargas positivas en estos corpúsculos en el átomo, es por esto que se le llama y conoce con el nombre de budín de pasas al modelo de Thomson.

El premio novel de física lo obtiene en 1906, gracias al trabajo que realizo sobre la conducción de la electricidad a través de los gases.

La forma de su explicación de que el átomo esta formado por un núcleo unido y compacto y que en su exterior la denomina como corteza, deja mucha puertas abiertas tanto para Ernest Rutherford o Niels Bohr, quienes continúan con esta investigación dando luz y planteando otras teorías para los atomos y las partes diferenciadas

Modelo atomico de Thomson “Inicio”

El Átomo y videos de todos los Modelos y postulados

EL ÁTOMO

1.- El átomo en la antigüedad
Los filósofos griegos discutieron mucho acerca de la naturaleza de la materia y concluyeron que el mundo era más simple de lo que parecía. Algunas de sus ideas de mayor relevancia fueron:

Leucipo

Demócrito

En el siglo V a. C., Leucipo sostenía que había un sólo tipo de materia y pensaba que si dividíamos la materia en partes cada vez más pequeñas, obtendríamos un trozo que no se podría cortar más. Demócrito llamó a estos trozos átomos (“sin división”).

La filosofía atomista de Leucipo y Demócrito podía resumirse en:

1.- Los átomos son eternos, indivisibles, homogéneos e invisibles.

2.- Los átomos se diferencian en su forma y tamaño.

3.- Las propiedades de la materia varían según el agrupamiento de los átomos.

Empédocles

En el siglo IV a. C., Empédocles postuló que la materia estaba formada por 4 elementos: tierra, aire, agua y fuego.

Aristóteles

Aristóteles, posteriormente, postula que la materia estaba formada por esos 4 elementos pero niega la idea de átomo, hecho que se mantuvo hasta 200 años después en el pensamiento de la humanidad.

1.1.- La teoría atómica de Dalton

En 1808, John Dalton  publicó su teoría atómica, que retomaba las antiguas ideas de Leucipo y de Demócrito. Según la teoría de Dalton:

1.- Los elementos están formados por partículas diminutas, indivisibles e inalterables llamadas átomos.

Dalton estableció un sistema para designar a cada átomo de forma que se pudieran distinguir entre los distintos elementos:

2.- Los átomos de un mismo elemento son todos iguales entre sí en masa, tamaño y en el resto de las propiedades físicas o químicas. Por el contrario, los átomos de elementos diferentes tienen distinta masa y propiedades.

3.- Los compuestos se forman por la unión de átomos de los correspondientes elementos según una relación numérica sencilla y constante.

De la teoría atómica de Dalton se pueden obtener las siguientes definiciones:

– Un átomo es la partícula más pequeña de un elemento que conserva sus propiedades.

– Un elemento es una sustancia pura que está formada por átomos iguales.

– Un compuesto es una sustancia que está formada por átomos distintos combinados en una relación numérica sencilla y constante.

2.- El átomo es divisible

Una vez aceptada la teoría atómica de la materia, los fenómenos de electrización y electrólisis pusieron de manifiesto, por un lado, la naturaleza eléctrica de la materia y, por otro, que el átomo era divisible; es decir, que estaba formado por otras partículas fundamentales más pequeñas.

En esta página puedes ver ejemplos sobre fenómenos de electrización.

Los fenómenos eléctricos son una manifestación de su carga eléctrica. La unidad de carga eléctrica en el SI es el culombio (C).

Hay 2 tipos de cargas eléctricas: positiva y negativa. dos cuerpos que hayan adquirido una carga del mismo tipo se repelen, mientras que si poseen carga de distinto tipo se atraen.

La materia es eléctricamente neutra, es decir, tiene la misma cantidad de cada tipo de carga. cuando adquiere carga, tanto positiva como negativa, es porque tiene más cantidad de un tipo que de otro.

A finales del siglo XIX y principios del XX, una serie de experimentos permitieron identificar las partículas responsables de la carga negativa (el electrón) y de la carga positiva (el protón). Estos experimentos proporcionaron los datos siguientes sobre la estructura de la materia:

– El átomo contiene partículas materiales subatómicas.

– Los electrones tienen carga eléctrica negativa y masa. Cada electrón posee una carga eléctrica elemental.

– Los protones tienen carga eléctrica positiva y mayor masa.

– Como el átomo es eléctricamente neutro, hay que suponer que el número de cargas eléctricas negativas (electrones) es igual al número de cargas positivas (protones).

3.- Modelos atómicos

En Ciencia, un modelo intenta explicar una teoría mediante una comparación. Un modelo será tanto más perfecto cuanto más claramente explique los hechos experimentales. El modelo es válido mientras explica lo que ocurre en los experimentos; en el momento en que falla, hay que modificarlo.

3.1.- Modelo atómico de Thomson

Por ser tan pequeña la masa de los electrones, el físico inglés J. J. Thomson supuso, en 1904, que la mayor parte de la masa del átomo correspondía a la carga positiva, que, por tanto, debía ocupar la mayor parte del volumen atómico. Thomson imaginó el átomo como una especie de esfera positiva continua en la que se encuentran incrustados los electrones (como las pasas en un pudin).

Este modelo permitía explicar varios fenómenos experimentales como la electrización y la formación de iones.

– La electrización: Es el exceso o la deficiencia de electrones que tiene un cuerpo y es la responsable de su carga eléctrica negativa o positiva.

– La formación de iones: Un ion es un átomo que ha ganado o ha perdido electrones. Si gana electrones tiene carga neta negativa y se llama anión y si pierde electrones tiene carga neta positiva y se llama catión.

3.2.- Modelo atómico de Rutherford

El modelo de Thomson tuvo una gran aceptación hasta que, en 1911, el químico y físico inglés Ernest Rutherford y sus colaboradores llevaron a cabo el “Experimento de Rutherford”.

En esta página puedes ver cómo este experimento ofrecía unos resultados que no podían explicarse con el modelo de átomo que había propuesto Thomson y, por tanto, había que cambiar el modelo.

En el experimento se bombardeaba una fina lámina de oro con partículas alfa (positivas) procedentes de un material radiactivo y se observaba que:

– La mayor parte de las partículas alfa atravesaban la lámina sin cambiar de dirección, como era de esperar.

– Algunas partículas alfa se desviaron considerablemente.

– Unas pocas partículas alfa rebotaron hacia la fuente de emisión.

Puedes ver el experimento en este vídeo.

Aquí tienes otra versión interactiva del mismo experimento.

El Modelo atómico de Rutherford o modelo nuclear establece que:

– El átomo tiene un núcleo central en el que están concentradas la carga positiva y casi toda la masa.

– La carga positiva de los protones del núcleo se encuentra compensada por la carga negativa de los electrones, que están fuera del núcleo.

– El núcleo contiene, por tanto, protones en un número igual al de electrones del átomo.

– Los electrones giran a mucha velocidad alrededor del núcleo y están separados de éste por una gran distancia.

3.3.- Los neutrones

La masa de protones y electrones no coincidía con la masa total del átomo; por tanto, Rutherford supuso que tenía que haber otro tipo de partículas subatómicas en el núcleo de los átomos.

Estas partículas fueron descubiertas en 1933 por J. Chadwick. Al no tener carga eléctrica recibieron el nombre de neutrones.

Los neutrones son partículas sin carga y de masa algo mayor que la masa de un protón.

3.4.- Estructura del átomo

Según esto, el átomo quedó constituido así:

– Una zona central o NÚCLEO donde se encuentra la carga total positiva (la de los protones) y la mayor parte de la masa del átomo, aportada por los protones y los neutrones.

– Una zona externa o CORTEZA donde se hallan los electrones, que giran alrededor del núcleo.

Hay los mismos electrones en la corteza que protones en el núcleo, por lo que el conjunto del átomo es eléctricamente neutro.

La mecánica ondulatoria Schrödinger

– La mecánica ondulatoria (Erwin Schrödinger):

Schrödinger:  Científico  fundamental en el desarrollo de la teoría cuántica.

Schrödinger priorizo las teorías clásicas donde los conceptos definidos ya eran fácilmente visualizadas.B

Trabajo en una  teoría que explicara la física cuántica basándose en  la teoría ondulatoria de la materia de De Broglie.

De  esta forma logro tener una imagen en su cabeza de como los “electrones ondulatorios” de De Broglie se refractaban de tal manera que podía viajar por las órbitas del modelo de Bohr.

Es como consiguió, elaborar una formula donde cualquier sistema físico podía ser descrito sabiendo su energía, a partir de una función de onda (i.e. para un partícula):

ihbarfrac{partial}{partial t} Psi(mathbf{r},,t) = -frac{hbar^2}{2m}nabla^2Psi(mathbf{r},,t) + V(mathbf{r})Psi(mathbf{r},,t)

Donde   mathbf{r} = (x,y,z) reconocer la posición de la partícula en sus tres dimensiones

Psi(mathbf{r},t) Esta  función de onda representa la probabilidad de una partícula de tener la posición r en un momento dado t

m es la masa de la partícula

V(mathbf{r}) es la energía potencial de la partícula en la posición r.

Densidad de Probabilidad de ubicación de un electrón para los primeros niveles de energía

Schrödinger decidió en un primer momento que Psi(mathbf{r},t) representaba la posición del electrón.

Posteriormente, cambió su interpretación hacia una densidad de carga electrónica.

No fue hasta la interpretación probabilística de Born cuando se definió la función de onda como la probabilidad de encontrar un electrón en la posición r en un instante t.

Aunque a Schrödinger le desagradaba la notación empleada por Heisenber, al final se demostró (Dirac) que ambas teorías eran equivalentes.

– Algebra cuántica (Paul Dirac):

Dirac, hizo suyo ya que generalizó la teoría cuántica demostrando que ambas teorías de Heisenberg y Shrödinger eran casos especiales de su teoría más general.

Aplicando mecánica cuántica a las ecuaciones de Maxwell, Dirac construyó la primer teoría cuántica de campo (Quantum Field Theory).

En esta teoría, el concepto de campo continuo (introducido tiempo atrás por Faraday y compañía) donde el campo electromagnético (i.e.) es continuo se divide en pequeños trozos de modo que así puede interactuar con la material (compuesta por electrones, protones,…).

, la luz se puede tratar de las dos formas, como onda o como materia (dualidad explicada por Einstein unos años antes).

A través de su teoría, Dirac fue capaz también de demostrar la existencia de electrones con carga positivas, ahora llamados positrones. El comienzo del estudio de la anti-materia había nacido.

3) Puliendo los últimos retoques de la Teoría Cuántica (Principio de Incertidumbre de Heisenberg, Complementariedad de Bohr y Copenhagen Interpretation (CHI), Einstein’s box of ligth, Paradoja EPR, Principio de Localidad, Principio de Desigualdad de Bell,…)

Por supuesto, con la generalización de Dirac no se termina la historia. Nuevos puntos de vista, explicaciones o descripciones seguían apareciendo.

– (1927) Heisenberg postuló su principio de incertidumbre donde se expone que “no se puede determinar, simultáneamente y con precisión arbitraria, ciertos pares de variables físicas, como son, por ejemplo, la posición y el momento lineal (cantidad de movimiento) de un objeto dado.

En otras palabras, cuanta mayor certeza se busca en determinar la posición de una partícula, menos se conoce su cantidad de movimiento lineal“.

– (1927) Bohr describe la complementariedad de la luz. Aunque la descripción como partícula o como onda son excluyentes, ambos son necesarios para un completo entendimiento del comportamiento de la luz.

– Borh, junto con Heisenberg, Pauli y Born, presenta en Copenhagen un nuevo concepto combinando la mecánica matricial y el principio de incertidumbre de Heisenber, la interpretación probabilística de Born sobre la función de onda de Schrödinger y su propia idea de complementariedad de la luz. Copenhagen Interpretation (CHI): la descripción del estado de un sistema atómico antes de ser medido es indefinido, conociendo únicamente posibles valores con ciertas probabilidades.

Postulados de Thomson

(1.856-1940) Joseph Thomson

Con las informaciones de las que se disponía en esa época, presento algunas hipótesis entre 1898 y 1904 en un intento de justificar dos hechos relativos.

a)  Que  la  materia es eléctricamente neutra, esto permitiría pensar que aparte de electrones, es posible que halla partículas con cargas positivas.

b). Es posible extraer electrones de los átomos, pero no del mismo modo las cargas positivas.

Propuso un modelo para en átomo donde la mayoría de la masa asociada con la carga positiva ( Si al tener poca masa del electrón al compararla con la de los átomos) y si suponía que un cierto número de electrones de forma distribuida uniformemente dentro una maza con carga positiva, de aquí viene la comparación siguiente ( “una especie de paste o calabaza en la que los electrones estuviesen incrustados como si fueran trocitos de fruta o pepitas”).

En realidad podemos afirmar que este fue el primer modelo realmente atómico,con referencia a la constitución de los átomos, aunque muy limitado, y esto fue sustituido rápidamente por otros.

Su trabajo consistía en una esfera uniforme de materia cargada positivamente en las que se podía hallar incrustados electrones de modo parecido a la disposición de las semillas de sandía.

Este simple modelo explica de echo que la materia fuese eléctricamente neutra, pues los átomos de Thomson la carga positiva era neutra por la negatividad.

También se podía decir que los electrones podrían ser arrancados de la esfera si la energía en juego era suficientemente importante como sucedía en los tubos de descarga.

En 1897 demuestra que los rayos se podían desviar en un campo eléctrico y estos eran atraídos por el polo positivo, esto probaba que estas  eran cargas eléctricas negativas

Lo explico de otra forma veamos lo siguiente:

Calcula la relación entre la carga y la masa de esas partículas.

Para lograr demostrar este calculo realizó un experimento: Hizo pasar un haz de rayos catódicos por un campo magnético y uno eléctrico.

El segundo paso consistía en eliminar el campo magnético y medir la desviación sufrida por el haz debido al campo eléctrico. Resulta que los rayos catódicos tienen una relación carga a masa más de 1.000 veces superior a la de cualquier ion.

Esta contatación llevó a Thomson a suponer que las partículas que forman los rayos catódicos no eran átomos cargados sino fragmentos de átomos, es decir, partículas subatómicas a las que llamó electrones.

Las placas se colocan dentro de un tubo de vidrio cerrado, al que se le extrae el aire, y se introduce un gas a presión reducida.

Modelo atómico de Thomson

Modelo atómico de Thomson 

Descubrimiento del electrón (descubierto en el año 1897; en 1898 Thomson propuso un modelo atómico, que tomaba en cuenta la existencia de dicha partícula subatómica.

Thomson suponía que los electrones se distribuía de una forma uniforme alrededor del átomo, conocido este modelo como Pastel de pasas, es la teoría de estructura atómica, Thomson  descubre el electrón antes que se descubrirse el protón  y el neutrón..

Si observamos este modelo, veremos que el átomo se compone por electrones de carga negativa  en el átomo positivo, tal se aprecia en el modelo de pasas de budín.

Pensaba que los electrones, distribuidos uniformemente alrededor del átomo, en distintas ocasiones, en vez de una sopa de las cargas positivas, se postulaba con una nube de carga positiva, en 1906 Thomson fue premiado con el novel de física por este descubrimiento.

Si pensamos que el átomo no deja de ser un sistema material, con una cierta energía interna, es por eso que esta energía provoca un grado de vibración de los electrones contenidos que contiene su estructura atómica, si se enfoca desde este punto de vista el modelo atómico de Thomson se puede afirmar que es muy dinámico por consecuencia de la gran movilidad de los electrones en el “seno” de la mencionada estructura.

Para lograr una interpretación del modelo atómico desde un ángulo microscópico, entonces se puede definir como una estructura estática, ya que los mismos se encuentran atrapados dentro del “seno” de la masa que define la carga positiva del átomo.

Veamos el modelo de una forma simple, 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 del electrón era la misma que la carga positiva de la esfera, es por esto que se deduce que el átomo era neutro,

Thomson: también explicó  la forma de los iones, tanto positivos como negativos

Thomson y su experimento: JJ Thomson, (en 1897), a mitad de un experimento midió la proporción que existe entre la carga y la masa de una corriente de electrones, usando un tubo de rayos catódicos del cual obtiene un valor, este valor es de 1.76x 108 Coulombs

En 1906 Thomson demuestra que el hidrógeno tiene un electrón, esto permite diversas teorías

Primer experimento de Thomson.

Segundo experimento de Thomson.

Tercer experimento de Thomson.

Postulados de Thomson.

Otros Postulados.

Titulaciones, Protones, acidos y bases,

El nucleo de un átomo

Métodos de separacion de Mezclas


 

J. J. Thomson y Su Biografía.


La teoría de Dalton Estequiometría.

La palabra átomo, significa “sin cortes” o bien “indibisible”

Dalton: convierte la teoría atómica en cuantitativa, demuestra que es posible determinar las masas relativas de los átomos de diferente elemento.

Los principales postulados de Dalton son:

1 * Elementos compuestos de partículas extremadamente pequeñas su nombre (átomo), los átomos del mismo elemento son parecidos y los átomos de diferentes elementos son distintos.

2 * La separación de átomos y la unión de átomos es realizada con reacciones químicas, nos dice que dichas reacciones, ningún átomo se crea o se destruye y también que ningún átomo de un elemento se convierte en un átomo de otro elemento.

Bueno simplifiquemos esto, la materia esta dividida en pequeñas partículas indibisibles el átomo.

Igual masa igual propiedad, todo los átomos de un mismo elemento son iguales entre si.

Los que tienen distinto elemento tienen distinta masa y propiedad.

Cuando los átomos se unen entre si, forman compuestos en relación constante y sencilla.

Cuando se realizan reacciones químicas los átomos se unen o se separan pero jamas se destruyen.