Tema 1 - El átomo y sus componentes
Fernando Canales Melgarejo
1 Átomos y moléculas
Veamos un breve repaso histórico en el descubrimiento del átomo y sus componentes:
• Robert Boyle (1627 - 1691): Define los elementos simples como aquellos que aislados de otros
no se descomponen.
• Antoine Lavoisier (1743 - 1794): Propone que las sustancias puras son aquellas que no se
descomponen durante la destilación.
• Louis Proust (1754 - 1826): Establece la Ley de Proporciones Definidas. Las cantidades de un
mismo elemento que se unen con una cantidad fija de otro elemento para formar en cada caso un
compuesto distinto están en relación de números enteros sencillos. Es decir: 2H2 +O2 −→ 2H2 O.
• John Dalton (1766 - 1844): Establece la Ley de Proporciones Múltiples. Las cantidades de un
mismo elemento que se unen con una cantidad fija de otro elemento para formar en cada caso
un compuesto distinto están en una relación de números enteros sencillos.
• Amedeo Avogradro (1766 - 1856): Las partı́culas fundamentales de los gases no son átomos
sino agregados de átomos. A estos agragados de átomos los llamó moléculas. Avogradro
estableció como principio que volúmenes iguales de gases tienen el mismo número de moléculas.
• Stanislao Cannizaro (1826 - 1910): Cannizaro partió de la hipótesis de que los átomos son
indivisibles. Midiendo experimentalmente demostró que hay necesariamente un número entero
de átomos de cada clase en cada molécula (no infinito).
• Johann Lochsmidt (1821 - 1895): A partir de la Teorı́a Cinética de Maxwell obtuvo el número
de moléculas en un gas licuado. A partir de este dato, y asumiendo que el volumen total de dicho
gas era ideal a la suma de los volumenes de las moléculas, fue el primero en dar una estimación
del conocido Número de Avogadro. Debido a las incertidumbres experimentales, este valor
difiere un 50 % del valor actualmente aceptado.
• Robert Brown (1773 - 1857): En 1827 se observa que para partı́culas con radios del orden de la
micra aparece un movimiento caótico aleatorio en todas las direcciones: Movimiento Browniano.
• Albert Einstein (1879 - 1955): Einstein demostró que para una partı́cula de un gas, el coefi-
ciente de difusión (D) es:
kB T v
D= (1)
f
1
, Donde T es la temperatura, v la velocidad y f la fuerza de rozamiento (que se puede suponer dada
por la Ley de Stokes). Esta relación fue utilizada por Perrin en 1906 para obtener las primeras
estimaciones precisas del Número de Avogradro
Podemos entender a la Fı́sica atómica y nuclear como el punto en el que la fı́sica y la quı́mica
intersectan, estudiándola desde distintos puntos de vista pero no separables.
El descubrimiento de cada uno de los elementos que conocemos en la tabla periódica se ha visto
limitado por los recursos del momento. En el siglo XIX no se disponı́a de la tecnologı́a suficiente para
poder crear núcleos aislados, romper núcleos, generar fuentes de protones, etc.
2 Número de Avogadro
En 2011 se pone en marcha el proyecto AVOGADRO, que tenı́a como objetivo determinar el valor del
número de Avogadro con la precisión más exacta posible.
Para ello, se utilizaron cristales perfectos de Si, de volumen conocido V y masa m, con una celda
elemental de volumen V0 con n átomos por celda.
Natomos nM (Si)V
NA = = (2)
Nmoles mV0
Donde M (Si) es la masa molar del Si. El tamaño de dichos cristales se obtienen a partir de técnicas
de interferometrı́a de alta precision. En lo que respecta a la determinación de la masa del Si, se
consiguieron alcanzar increibles precisiones en su determinación utilizando trampas de iones.
Finalmente, se obtiene un valor para el Número de Avogadro con un precisión del 2 · 10−6 %:
NA = 6.02214076(12) · 1023 mol−1 (3)
3 Los componentes del átomo. El electrón
En un principio, se asumió la naturaleza individual de los átomos que formaban las moléculas. Sin
embargo, la comunidad cientı́fica se percató pronto de que estos átomos tenı́an ciertos elementos extra
dentro de su estructura.
Ası́ surge el descubrimiento del electrón. Este se descubrió mediante experimentos de electrólisis y,
posteriormente, se evidenció su existencia con experimentos con tubos de rayos catódicos.
Las evidencias experimentales observadas en la electrolisis:
• La carga era transportada en cantidades discretas.
• Una carga determinada liberaba siempre la misma masa de una sustancia.
• La masa depositada era proporcional a la carga eléctrica:
Qµ
M= (4)
F v
Donde µ es el peso atómico, v es la valencia y F la constante de Faraday.
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Fernando Canales Melgarejo
1 Átomos y moléculas
Veamos un breve repaso histórico en el descubrimiento del átomo y sus componentes:
• Robert Boyle (1627 - 1691): Define los elementos simples como aquellos que aislados de otros
no se descomponen.
• Antoine Lavoisier (1743 - 1794): Propone que las sustancias puras son aquellas que no se
descomponen durante la destilación.
• Louis Proust (1754 - 1826): Establece la Ley de Proporciones Definidas. Las cantidades de un
mismo elemento que se unen con una cantidad fija de otro elemento para formar en cada caso un
compuesto distinto están en relación de números enteros sencillos. Es decir: 2H2 +O2 −→ 2H2 O.
• John Dalton (1766 - 1844): Establece la Ley de Proporciones Múltiples. Las cantidades de un
mismo elemento que se unen con una cantidad fija de otro elemento para formar en cada caso
un compuesto distinto están en una relación de números enteros sencillos.
• Amedeo Avogradro (1766 - 1856): Las partı́culas fundamentales de los gases no son átomos
sino agregados de átomos. A estos agragados de átomos los llamó moléculas. Avogradro
estableció como principio que volúmenes iguales de gases tienen el mismo número de moléculas.
• Stanislao Cannizaro (1826 - 1910): Cannizaro partió de la hipótesis de que los átomos son
indivisibles. Midiendo experimentalmente demostró que hay necesariamente un número entero
de átomos de cada clase en cada molécula (no infinito).
• Johann Lochsmidt (1821 - 1895): A partir de la Teorı́a Cinética de Maxwell obtuvo el número
de moléculas en un gas licuado. A partir de este dato, y asumiendo que el volumen total de dicho
gas era ideal a la suma de los volumenes de las moléculas, fue el primero en dar una estimación
del conocido Número de Avogadro. Debido a las incertidumbres experimentales, este valor
difiere un 50 % del valor actualmente aceptado.
• Robert Brown (1773 - 1857): En 1827 se observa que para partı́culas con radios del orden de la
micra aparece un movimiento caótico aleatorio en todas las direcciones: Movimiento Browniano.
• Albert Einstein (1879 - 1955): Einstein demostró que para una partı́cula de un gas, el coefi-
ciente de difusión (D) es:
kB T v
D= (1)
f
1
, Donde T es la temperatura, v la velocidad y f la fuerza de rozamiento (que se puede suponer dada
por la Ley de Stokes). Esta relación fue utilizada por Perrin en 1906 para obtener las primeras
estimaciones precisas del Número de Avogradro
Podemos entender a la Fı́sica atómica y nuclear como el punto en el que la fı́sica y la quı́mica
intersectan, estudiándola desde distintos puntos de vista pero no separables.
El descubrimiento de cada uno de los elementos que conocemos en la tabla periódica se ha visto
limitado por los recursos del momento. En el siglo XIX no se disponı́a de la tecnologı́a suficiente para
poder crear núcleos aislados, romper núcleos, generar fuentes de protones, etc.
2 Número de Avogadro
En 2011 se pone en marcha el proyecto AVOGADRO, que tenı́a como objetivo determinar el valor del
número de Avogadro con la precisión más exacta posible.
Para ello, se utilizaron cristales perfectos de Si, de volumen conocido V y masa m, con una celda
elemental de volumen V0 con n átomos por celda.
Natomos nM (Si)V
NA = = (2)
Nmoles mV0
Donde M (Si) es la masa molar del Si. El tamaño de dichos cristales se obtienen a partir de técnicas
de interferometrı́a de alta precision. En lo que respecta a la determinación de la masa del Si, se
consiguieron alcanzar increibles precisiones en su determinación utilizando trampas de iones.
Finalmente, se obtiene un valor para el Número de Avogadro con un precisión del 2 · 10−6 %:
NA = 6.02214076(12) · 1023 mol−1 (3)
3 Los componentes del átomo. El electrón
En un principio, se asumió la naturaleza individual de los átomos que formaban las moléculas. Sin
embargo, la comunidad cientı́fica se percató pronto de que estos átomos tenı́an ciertos elementos extra
dentro de su estructura.
Ası́ surge el descubrimiento del electrón. Este se descubrió mediante experimentos de electrólisis y,
posteriormente, se evidenció su existencia con experimentos con tubos de rayos catódicos.
Las evidencias experimentales observadas en la electrolisis:
• La carga era transportada en cantidades discretas.
• Una carga determinada liberaba siempre la misma masa de una sustancia.
• La masa depositada era proporcional a la carga eléctrica:
Qµ
M= (4)
F v
Donde µ es el peso atómico, v es la valencia y F la constante de Faraday.
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