Conceptos Fundamentales de la Materia: Estructura Atómica y Fenómenos Eléctricos

Introducción a la Estructura de la Materia

Desde la antigüedad, la humanidad ha buscado comprender la composición fundamental de la materia. Los primeros pensadores propusieron ideas revolucionarias que sentaron las bases para la ciencia moderna.

Modelos Atómicos y su Evolución

Primeros Conceptos Atómicos: Leucipo y Demócrito

Leucipo y Demócrito propusieron que la materia estaba compuesta por pequeñas partículas indivisibles, a las que denominaron átomos.

Modelo de Thomson: El Pudín de Pasas

El Modelo de Thomson postuló que la materia es eléctricamente neutra, lo que sugería la existencia de partículas con cargas positivas además de los electrones. Thomson propuso un modelo para el átomo en el que la mayoría de la masa aparecía asociada con la carga positiva, y suponía que había un cierto número de electrones distribuidos uniformemente dentro de esa masa.

Modelo Atómico de Rutherford: El Átomo Nuclear

El Modelo Atómico de Rutherford fue el primer modelo que incorporó el hecho de que el átomo estaba formado por dos partes principales: la corteza, constituida por todos los electrones que giran a gran distancia alrededor del núcleo, y el núcleo. Este modelo suponía que el átomo estaba formado por tres partículas fundamentales: protones y neutrones, ubicados en el núcleo; y electrones, que se encuentran en la corteza.

Modelo Atómico Actual o de Schrödinger (1924): La Mecánica Cuántica

El Modelo Atómico Actual o de Schrödinger es un modelo cuántico no relativista, basado en el átomo hidrogenoide. En este modelo, los electrones se contemplaban originalmente como una onda estacionaria de materia cuya amplitud decaía rápidamente al sobrepasar el radio atómico.

Números Cuánticos

Los números cuánticos describen las propiedades de los electrones en un átomo, como su energía, forma y orientación orbital.

Nota: Los valores del número cuántico secundario (l) determinan la forma de los orbitales: 0 corresponde a orbitales s, 1 a p, 2 a d y 3 a f.

Leyes y Fenómenos Eléctricos

Ley de Gay-Lussac: Relación entre Volúmenes de Gases

“Manteniendo las condiciones de temperatura y presión invariables, los gases se combinan según relaciones sencillas de volumen, existiendo igualmente una relación sencilla entre los volúmenes de los gases reaccionantes y los correspondientes a los productos de la reacción, siempre y cuando estos últimos sean gaseosos.”

Electrización: Procesos de Carga Eléctrica

La electrización es el proceso de ganar o perder cargas eléctricas, normalmente electrones, por parte de un cuerpo eléctricamente neutro.

Electrización por Frotamiento

Al frotar un cuerpo con un paño, este se carga positiva o negativamente, dependiendo de su tendencia a perder o ganar electrones, respectivamente.

Electrización por Contacto

Cuando un cuerpo cargado se pone en contacto con otro, la carga eléctrica se distribuye entre ambos y, de esta manera, los dos cuerpos quedan cargados con el mismo tipo de carga.

Electrización por Inducción

Un cuerpo cargado eléctricamente puede atraer a otro cuerpo neutro. Es un proceso de redistribución de cargas en el que la carga neta inicial del cuerpo neutro no varía. Decimos entonces que aparecen cargas eléctricas inducidas. El cuerpo electrizado induce una carga de signo contrario en el cuerpo neutro y, por lo tanto, lo atrae.

Conceptos Clave en Electricidad y Materia

Efecto Termoiónico

El efecto termoiónico es la ionización producida por el calor. A altas temperaturas, los electrones, que vibran cada vez con más fuerza, pueden escapar del cuerpo; este quedará, por tanto, cargado positivamente.

Efecto Fotoeléctrico

El efecto fotoeléctrico es la formación y liberación de partículas eléctricamente cargadas que se produce en la materia cuando es irradiada con luz u otra radiación electromagnética.

Conductividad Eléctrica

La conductividad eléctrica es una propiedad natural característica de cada cuerpo que representa la facilidad con la que los electrones pueden pasar a través de él.

Ionización y Tipos de Iones

Ion

Un ion es un átomo o molécula que ha perdido su neutralidad por un defecto o exceso de su carga formal. El proceso de pérdida o ganancia de carga formal se llama ionización.

Catión

Los cationes tienen una carga formal positiva.

Anión

Los aniones tienen una carga formal negativa. Estos son, normalmente, de un tamaño mayor que los cationes.

Dimensiones y Masas de Partículas Subatómicas

• Distancia típica del electrón al núcleo: Aproximadamente 1 Angstrom (Å).
• Masa del Protón: Aproximadamente 1836 veces más masivo que un electrón.