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lunes, 2 de mayo de 2016

Tecnología 2º ESO UD6.- Electricidad

ÍNDICE

TEMA 6.- ELECTRICIDAD


1.- Concepto de electricidad

     1.1.- Electrización de los cuerpos
     1.2.- Fenómenos eléctricos
     1.2.- Electricidad estática
2.- LA CORRIENTE ELÉCTRICA
     2.1.- Concepto de corriente eléctrica
     2.2.- El circuitos eléctrico
     2.3.- Tipos de corriente eléctrica
          2.3.1.- Corriente continua
          2.3.2.- Corriente alterna
3.- CIRCUITOS ELÉCTRICOS
     3.1.- Elementos de un circuitos
     3.2.- Símbolos y esquemas eléctricos
4.- CONEXIONES ELÉCTRICAS
     4.1.- Tipos de conexiones
     4.2.- Conexión en serie
     4.3.- Conexión en paralelo
     4.4.- Circuitos mixtos
     4.5.- Conexión de componentes eléctricos
5.- EFECTOS DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA
     5.1.- Efecto calórico
     5.2.- Efecto luminoso
     5.3.- Efecto magnético
     5.4.- Efecto químico
6.- MAGNITUDES ELÉCTRICAS
     6.1.- Tensión, voltaje o diferencia de potencial
     6.2.- Intensidad de corriente
     6.3.- Resistencia eléctrica
     6.4.- La ley de Ohm
     6.5.- Ejercicios
     6.6.- Potencia eléctrica
7.- INSTRUMENTOS DE MEDIDA
     7.1.- Medida de la tensión
     7.2.- Medida de la intensidad
     7.3.- Medida de la resistencia
     7.4.- El polímetro
8.- Simulación de circuitos
     8.1.- El programa Crocodile

1.- Concepto de electricidad

     La materia está constituida por moléculas y éstas a su vez por átomos. El átomo, esta formado por un núcleo y una corteza. En el núcleo se encuentran los protones y neutrones,  mientras  que  en  la corteza  se encuentran los electrones, girando alrededor del núcleo en distintas órbitas.

     Los protones poseen carga eléctrica positiva y masa. Los neutrones no poseen carga, su función es la de mantener unidos a los protones entre si, y también poseen masa. Los electrones tienen carga eléctrica negativa, del mismo valor que la del protón, su masa es muy inferior a la del protón o neutrón, por lo que la consideraremos despreciable.

     Un átomo se considera eléctricamente neutro cuando tiene el mismo número de protones que de electrones. La masa del átomo, es la suma de las masas de protones y neutrones.

2.- Materiales conductores, aislantes y semiconductores.

     Los materiales conductores son aquellos que permiten el paso de la corriente eléctrica, por ejemplo los metales (oro, plata, cobre, bronce, etc...).
     Los materiales aislantes son aquellos que no permiten el paso de la corriente eléctrica, por ejemplo la madera, el plástico, el vídrio, etc.
     Los materiales aislantes son aquellos que unas veces se comportan como conductores y otras como aislantes, son materiales especiales como el silicio y el germanio.
    En la imagen podéis ver la estructura cristalina de un metal donde los electrones pueden circular libremente, por eso son conductores.

3.- Resistencia. Corriente eléctrica. Diferencia de potencial.

     La resistividad ( ρ ) es una propiedad intrínseca de cada material, cada material tiene la suya, indica la dificultad que encuentran los electrones a su paso.
     La resistencia al paso de electrones de un objeto depende de la resistividad de dicho material y de la forma que tiene. La resistencia se puede medir y calcular.

     Se define la corriente eléctrica como el paso ordenado de electrones a través de un conductor.

     La cantidad de carga que circula por un conductor en un segundo se denomina Intensidad de Corriente o Corriente eléctrica. Se representa por la letra I y su unidad es el Amperio (A).

     Para que los electrones realicen este movimiento ordenado debe existir una fuerza que los impulse, a esta fuerza se le llama Diferencia de Potencial o Fuerza Electromotriz. Esto lo podemos conseguir conectando cargas de distinto signo en los extremos del conductor.

4.- Circuito eléctrico, Elementos del circuito eléctrico, Ley de Ohm.

     Un circuito eléctrico es un conjunto de elementos conectados entre sí, que permiten establecer una corriente entre dos puntos, para aprovechar la energía eléctrica.

     Todo circuito eléctrico se compone, al menos, de unos elementos mínimos (generador, receptor y conductor). Sin embargo la en la mayoría de los casos los circuitos suelen incorporar otros dispositivos, los elementos de maniobra y los de protección.

4.1.LOS GENERADORES O FUENTES DE TENSIÓN

     Los generadores son los elementos que transforman cualquier forma de energía en energía eléctrica. Proveen al circuito de la necesaria diferencia de cargas entre sus dos polos o bornes (tensión), y además, son capaces de mantenerla eficazmente durante el funcionamiento del circuito. Ejemplos de ellos son las pilas y baterías y las fuentes de alimentación.


4.2.LOS RECEPTORES

    Los receptores: son los elementos encargados de convertir la energía eléctrica en otro tipo de energía útil de manera directa, como la lumínica, la mecánica (movimiento), calorífica, etc. Los receptores eléctricos más usuales en nuestro taller serán las lámparas o bombillas, timbres, resistencias eléctricas, motores....

4.3.LOS CONDUCTORES

     Los conductores son los elementos que conectan los distintos elementos del circuito permitiendo el flujo de electrones.

4.4.ELEMENTOS DE CONTROL (DE MANIOBRA)

     Son los dispositivos usados para dirigir o interrumpir el paso de corriente. Los más importantes son los interruptores, conmutadores, pulsadores y relés.

4.5.ELEMENTOS DE PROTECCIÓN

     Son los elementos encargados de proteger al resto de los elementos del circuito frente corrientes demasiado elevadas o frente a derivaciones o fugas de potencia. Son los fusibles, interruptores diferenciales y los interruptores magnetotérmicos.

4.6.- SÍMBOLOS ELÉCTRICOS

5.- CIRCUITOS BÁSICOS (SERIE,PARALELO Y MIXTO)

Un  CIRCUITO EN SERIE , es aquel que tiene conectados sus receptores uno a continuación del otro. (En el circuito de la derecha, las bombillas y la resistencia están conectadas en serie).

Las características de este tipo de circuito son:
✔ Si uno de los elementos del circuito deja de funcionar el resto tampoco funcionan.
✔ El voltaje de la pila se reparte entre todos los receptores conectados en serie (por eso las bombillas brillan poco)
✔ La intensidad de la corriente que atraviesa cada receptor es la misma para todos los receptores.

Un  CIRCUITO PARALELO , es aquel que tiene conectados los terminales de sus receptores unidos entre si. (En el circuito de la derecha, las bombillas y la resistencia están conectadas en paralelo.)

Las características de este tipo de circuitos son:
✔ Si uno de los elementos deja de funcionar, el resto funciona normalmente, como si no hubiese pasado nada.
✔ Todos los receptores funcionan con la misma tensión (todas las bombillas lucen con la misma intensidad e igual a como lucirían si estuviesen ellas solas conectadas a la batería).
✔ La intensidad de la corriente que genere la pila se reparte entre todos los receptores.
Cabe citar que los elementos eléctricos de nuestras viviendas están conectados en paralelo.

Un  CIRCUITO MIXTO , es aquel que tiene elementos en paralelo y en serie. (Por ejemplo, las bombillas 2 y 3 están conectadas en paralelo; al mismo tiempo que están conectadas en serie con la 1).

Estos circuitos poseen las características de los dos circuitos, por lo que se tiene que resolver poco a poco por partes: en primer lugar se resuelven los elementos que están en paralelo, y luego los que están en serie.


6.- LEY DE OHM

El científico George Simon Ohm, relacionó la intensidad de corriente, la diferencia de potencial y la resistencia, enunciando la ley de Ohm de la forma siguiente: 

En  un conductor, en el que tenemos aplicada una diferencia de potencial de 1 Voltio y su resistencia es de 1 Ohmio la intensidad de corriente que lo atraviesa será de 1 Amperio.


Esta ley se cumple siempre en todos los elementos sometidos a diferencia de potencial y por los que circula intensidad de corriente.

6.2.APLICACIONES DE LA LEY DE OHM

La ley de Ohm nos va permitir conocer la tensión, intensidad o resistencia en cualquier punto del circuito. Vamos a ver algunos ejemplos:

EJERCICIO RESUELTO
Se conecta una resistencia de 3 kΩ a una pila de 9 V. ¿Cuál será la intensidad que recorre el circuito?
El primer paso es expresar las magnitudes en unidades apropiadas. En nuestro caso, 3 kΩ = 3000 Ω.
A continuación, substituimos las magnitudes conocidas (en el ejemplo, la tensión y la resistencia) en la fórmula de la ley de Ohm, para calcular la magnitud desconocida (en este caso la intensidad).

Por último, expresaremos el resultado en la unidad adecuada (en este caso mA). Por tanto, por el circuito circularán 3 mA.

EJERCICIO RESUELTO
Para el circuito de la figura, calcular cuál debe ser el valor mínimo de la resistencia para que no se funda la bombilla, suponiendo que ésta soporte una tensión máxima de 3 V y que la intensidad que circula por la lámpara es de 0,2 A..

Como la lámpara soporta una tensión de 3V, y la fuente proporciona 9V, la resistencia que coloquemos deberá reducir la tensión en 6 V. Aplicando la Ley de Ohm.

Por tanto, deberemos conectar una resistencia de al menos 30 Ω

7. POTENCIA ELÉCTRICA Y ENERGÍA ELÉCTRICA

     La energía eléctrica que se consume en los circuitos eléctricos se transforma en luz, movimiento, calor... para expresar la energía consumida por unidad de tiempo se recurre a la potencia eléctrica.

     Se define la potencia (P) de un aparato eléctrico como la cantidad de trabajo que es capaz de realizar en un tiempo determinado. Su unidad en el S.I. es el vatio (W), que equivale a un julio (J) por segundo (s).

     Un múltiplo muy utilizado es el Kilovatio (kW), que equivale a 1.000 vatios. Por ejemplo, un aparato de 50 W de potencia es capaz de proporcionar una energía de 50 Julios cada segundo, o una bombilla de 100 vatios, consumirá una energía de 100 Julios cada segundo.

     La potencia está relacionada con el voltaje de la fuente de alimentación o generador y con la intensidad de corriente mediante la expresión:

Potencia (P) = Tensión (V) · Intensidad (I) = V·I

Aplicando la ley de Ohm podemos obtener fórmulas equivalentes para conocer la potencia eléctrica
Su expresión matemática es: Energía (E) = Potencia (P) · tiempo (t) = P · t

EJERCICIO RESUELTO
La secadora de tu casa tiene una potencia de 1500 W, y el secado dura 2 horas. ¿Cuánta energía consumirá? ¿Cuánto me cuesta cada secado si el precio del kWh es de 15 céntimos?

Energía consumida: E =1,5 kW · 2 h =3 kWh
Precio: 3 kW · 0,15 /kWh = 0,45  € €

Tema 7- Electricidad

Indice


-Corriente eléctrica y circuitos eléctricos
-Componentes de un circuito eléctrico
-Circuitos en serie y en paralelo
-La ley de Ohm
-Cálculos en circuitos
-Relación entre electricidad y magnetismo
-Efectos de la corriente eléctrica
-Energía eléctrica consumida



1.) Corriente eléctrica y circuitos eléctricos.

Todos los objetos que nos rodean están formados por cargas eléctricas positivas y negativas (electrones).
Llamamos corriente eléctrica al movimiento ordenado de los electrones a través de un conductor
Cuando los electrones realizan un recorrido cerrado decimos que tenemos un circuito eléctrico.


Magnitudes eléctricas


Voltaje o tensión eléctricas: V

Si tenemos dos depósitos de agua situamos a diferencia altura, el agua puede circular por una tubería desde el mas alto hacia el mas bajo. En los polos de una pila pasa algo parecido: un polo tiene mas energía que el otro.

El voltaje es la energía por unidad de carga que lleva cada carga que circula por el circuito. Se mide en voltios(v).

Las pilas suelen ser de 1,5V ; 4,5 V o 9 V. En un circuito alimentado por una pila de 4,5 V las cargas eléctricas salen de la pila con mas energía que en un circuito alimentado por una pila de 1,5 V.

Intensidad: I


La intensidad es la cantidad de carga eléctrica que circula por el conductor en un segundo. Se miden en amperios (A).

El amperio es una unidad muy grande: Equivale al paso de mas de seis trillones de electrones por segundo por una sección del conductor.

Resistencia: R

La resistencia es la oposición que presenta un elemento del circuito al paso de la corriente. Se mide en ohmios

2.)Componentes de un circuito eléctrico.


En un circuito hay un generador (pila) e hilos conductores pero se pueden conectar mas componentes.

Generadores


Los generadores producen la corriente eléctrica.

Existen varios tipos de generadores, pero pero los que mas se emplean en el taller de Tecnología son las pilas y las baterías ya que son baratas y fácil de usar. Tienen dos polos, uno positivo y otro negativo donde se conectan los demás componentes del circuito eléctrico.

Las pilas son una fuente de energía ligera y segura. Pero con el uso se agotan, son muy útiles para los aparatos de poca potencia, como las linternas, los juguetes o algunos circuitos usados en taller de Tecnología.

Cables


Los cables conectan entre si los elementos que forman el circuito eléctrico.
Los cables de cobre que suelen usarse en los circuitos eléctricos conducen muy bien la corriente.
Es decir los electrones pasan con facilidad

Receptores


Lamparas


Las lamparas o las bombillas transforman la energía electriza en luz y en otras formas de energía. Hasta hace pocos años casi todas las lamparas eran de incandescencia, que tiene un filamento que calienta mucho cuando circula la corriente y emite luz. La Unión Europea ya ha prohibido las lamparas de incandescencia ya que el objetivo es sustituirlas por lamparas led o lamparas fluorescentes de bajo consumo.

Motores


Los motores convierten la energía eléctrica en movimiento
Los motores se utilizan en una multitud de aparatos: lavadoras, batidoras, taladradoras, ventiladores, etc.
Es decir en aparatos eléctricos que contienen piezas móviles.
Al abrir un motor podemos observar que en su interior hay:
  • Una bobina: Hilo conductor fino enrollado con muchas vueltas.

  • Unos imanes que atraen o repelen la bobina.



Al pasar electricidad por la bobina, un imán la hace girar. Este giro puede ser transmitido a un eje, a unos engranajes, etc.


Elementos de control

Interruptores


Los interruptores permiten controlar el paso de la corriente por un circuito. Al acondicionarlos, la corriente comienza a circular por el circuito o se interrumpe.

Pulsadores


Los pulsadores son elementos que, al pulsarlos, ponen en funcionamiento un circuito. Cuando se sueltan el circuito se abre y deja de circular la corriente.


Muchos pulsadores tienen una pieza elástica que permite desconectar el circuito. Pero además de los pulsadores de muelle, como los que incluyen muchos timbres de viviendas, existen otros mas originales.

Conmutadores


En ocasiones resultan ser muy útiles, ya que al mismo tiempo, por que pueden abrir un circuito mientras cierra otro.

Elementos de protección: Fusibles


Los fusibles protegen algún elemento de un circuito eléctrico.


Su funcionamiento es sencillo. Por ejemplo si un elemento no soporta una intensidad mayor de 0,5 A, intercalamos por encima de ese valor, el fusible se calienta y se funde haciendo interrumpir el paso de la corriente. De esta forma el fusible se funde y protege el aparato, para que el circuito vuelva a ser operativo nada mas habría que cambiar el fusible.


3.)Circuitos en serie y en paralelo


Hasta ahora se ha estudiado circuitos con un solo receptor, una sola bombilla o un solo motor , en otros casos necesitamos conectar 2 bombillas o una bombilla y un motor.

Hay varios tipos de circuitos:

Circuito con elementos conectado en serie

Los elementos del circuito conectan uno tras otro


Circuito con elementos conectados en paralelo


Los elementos del circuito se conectan en diferentes ramas, cada receptor esta conectado a un polo de la pila.
Características del circuito con elementos conectados en serie.
Características del circuito con elementos conectados en paralelo.
Circula la misma intensidad de corriente por todos los elementos del circuito.
El voltaje proporcionado de la pila se reparte entre todos los receptores.
Si conectamos tres bombillas en serie a una pila de 4,5 V, cada pila tendrá 1,5 V , por lo tanto no dará tanta luz.
Si se funde una bombilla o la desconectamos todos los elementos dejaran de funcionar.
El voltaje entre los extremos de cada receptor es el mismo que produce la pila.
La intensidad que sale de la pila se reparte entre las distintas ramas del circuito.
Si se conectan tres bombillas en paralelo y cada una de las pilas están en contacto con los polos de las pilas ya que es de 4,5 V y todas lucen mucho.
Si se funde una bombilla o la desconectamos las demás siguen funcionando.


¿Es ventajosa la conexión en paralelo?


Si conectamos cinco lamparas a una pila, observamos con sorpresa que lucen igual que si ponemos una sola. Ya se explica que en parte es lógico, por que cada una esta conectada a los polos de la pila.

La ley de Ohm

Cuando el voltaje se duplica, la intensidad también se duplica.

Cuando el voltaje se triplica, la intensidad también se triplica.



Una corriente electrica se comporta como un iman ya que es capaz de atraer o repeler a otros imanes.


Generacion de corriente electricidad



¿Cómo funciona un motor?


Los motores contienen unos imanes y unas bobinas es decir un hilo fino conductor enrollado dando vuelta.

Basicamente el funcionamiento de un motor es pasar la electricidad por la bobina y ella se comporta como un iman y ella es atraída por el iman fijo que lo hace girar.

Efectos de la corriente electrica


La energía eléctrica se transforma en energía calorífica.

Los electrones cocha con los átomos del metal del que están elaborados los conductores y por eso se calientan.


La energía eléctrica se transforma en energía luminosa.


Si el cable es muy delgado como el caso de una lampara de incandescencia , se calienta tanto que emite luz , a su vez otra parte también emite calor , en una lampara de incandescencia el 80% de la energía se emite en calor.

La energía eléctrica se transforma en energía mecánica.

Si se conecta un motor a una fuente de energía y se puede usar para muchas aplicaciones.


La energía eléctrica se transforma en energía química.

Esta transformación se realiza mediante un proceso llamado electrolisis.


La energía eléctrica se transforma en energía magnética.


Si enrollamos un cable al rededor de un clavo obtenemos un iman que funciona gracias a la electricidad de ahí viene el nombre de electroiman.

8.) Energía eléctrica consumida


Potencia eléctrica


Una lampara o un motor transforman la energía eléctrica en otro tipo de energía y no lo transforman al
mismo ritmo.
Llamamos potencia eléctrica (P) a la cantidad de energía eléctrica que un aparato transforma en otros tipo de energía por unidad de tiempo. La potencia se mide en vatios (W).

por ejemplo, una plancha con 2000W transforma en calor 2000J de energía en cada segundo. La potencia del aparato se especifica en su manual o en su chapa técnica identificativa. Los aparatos de mayor potencia son los que están usados producir calor .

Energía eléctrica


El consumo de energía eléctrica (E) de un aparato viene determinado por :

  • La potencia eléctrica del aparato.

  • El tiempo que esta funcionando.


Eso se puede expresar con la siguiente formula:

    Energía=Potencia· Tiempo (E=P·T)






miércoles, 27 de abril de 2016

Física y química 4º ESO. UD6.- Estructura del átomo

Objetivos
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En este tema aprenderás a:
  • Conocer los distintos modelos atómicos propuestos a lo largo de la historia.
  • Identificar las partículas subatómicas y saber relacionarlas con el número atómico y másico.
  • Explicar la distribución de los electrones en orbitales atómicos.
  • Asociar las propiedades de los elementos con la configuración electrónica de sus átomos.
  • Conocer la tabla periódica y su criterio de clasificación.
  • Comprender las propiedades periódicas de los elementos.
  • Conocer y diferenciar los tipos de enlaces químicos.
  • Relacionar las propiedades de las sustancias con sus enlaces.
ÍNDICE
1. Estructura atómica.
    1.1.- Antecedentes históricos
    1.2.- El electrón
    1.3.- El protón
    1.4.- El neutrón
2.- Modelos atómicos
    2.1.- Modelo de Thomson
    2.2.- Modelo de Rutherford
    2.3.- Modelo de Bohr
    2.4.- Identificación de átomos
    2.5.- Modelo de Schrödinger
    2.6.- Niveles de energía y orbitales
    2.7.- Configuración electrónica
3.- La tabla periódica
    3.1.- Historia
    3.2.- Tabla periódica actual
    3.3.- Grupos y periodos
    3.4.- Propiedades periódicas

1.- Estructura atómica.

1.1.- Antecedentes históricos

     En la antigua Grecia dos concepciones compitieron por dar una interpretación racional a cómo estaba formada la materia.

Demócrito consideraba que la materia estaba formada por pequeñas partículas indivisibles, llamadas átomos. Entre los átomos habría vacío.

Aristóteles era partidario de la teoría de los cuatro elementos, según la cual toda la materia estaría formada por la combinación de cuatro elementos: aire, agua, tierra y fuego.

    La teoría de los cuatro elementos fue la aceptada durante muchos siglos. Siguiendo la teoría aristotélica los alquimistas (que están considerados como los primeros químicos) intentaban obtener la Piedra Filosofal que les permitiría transmutar los metales en oro, curar cualquier enfermedad y evitar, incluso, la vejez y la muerte.

    En 1808 John Dalton recupera la teoría atómica de Demócrito y considera que los átomos (partículas indivisibles) eran los constituyentes últimos de la materia que se combinaban para formar los compuestos.

    En 1897 los experimentos realizados sobre la conducción de la electricidad por los gases dieron como resultado el descubrimiento de una nueva partícula con carga negativa: el electrón.

    Los rayos catódicos, estaban formados por electrones que saltan de los átomos del gas que llena el tubo cuando es sometido a descargas eléctricas. Los átomos, por tanto, no eran indivisibles.

    J.J Thomson propone entonces el primer modelo de átomo:

    Los electrones (pequeñas partículas con carga negativa) se encontraban incrustados en una nube de carga positiva. La carga positiva de la nube compensaba exactamente la negativa de los electrones siendo el átomo eléctricamente neutro.

Primer modelo de átomo compuesto (Thomson, 1897):

    Los electrones, diminutas partículas con carga eléctrica negativa, están incrustadas en una nube de carga positiva de forma similar a las pasas en un pastel.

    El término átomo aparece en el siglo IV a.C. para designar a la porción indivisible más pequeña que formaba la materia, sin embargo, el conocimiento de su estructura no comienza hasta el siglo XIX.

    Desde antiguo se sabe que al frotar dos cuerpos, parte de la electricidad se transmite de uno a otro y, por tanto, debe de estar relacionado con la materia. Se pueden producir dos fenómenos: atracción y repulsión.

    El átomo era una esfera positiva continua con los electrones incrustados, por eso se llama también modelo del puding de pasas.

Aquí tenéis la ficha nº 1 sobre los antecedentes históricos de la estructura del átomo y las partículas integrantes del átomo y sus características.


También podéis obtener la ficha nº 1 en formato pdf haciendo clic en este enlace.

2.- ESTRUCTURA DEL ÁTOMO: MODELOS ATÓMICOS

2.1.- Modelo atómico de Thomson
El átomo está compuesto por electrones distribuidos en una esfera de carga positiva, en cantidad suficiente para neutralizar la carga eléctrica. Llamado "Pastel de pasas".

2.2.- Modelo atómico de Rutherford

A principios del siglo XX, Rutherford bombardea una lámina de oro muy fina con partículas alfa de carga eléctrica positiva a gran velocidad, y por tanto de alta energía, procedentes del radio.

• Observa que la mayor parte atraviesan la lámina sin cambiar de dirección.
• Algunas se desvían considerablemente.
• Unas pocas rebotan hacia la fuente de emisión.















A raíz de estas observaciones llega a las siguientes conclusiones:

• Si el modelo atómico propuesto por Thomson fuera cierto no deberían observarse desviaciones ni rebotes de las partículas incidentes. Éstas atravesarían limpiamente los átomos sin desviarse.
• Para que las partículas se desvíen deben encontrar en su trayectoria una zona (núcleo) en la que se concentre carga de signo positivo y cuya masa sea comparable o mayor a la de las partículas α.
• La zona en la que se concentra la masa y la carga positiva debería de ser muy pequeña comparada con la totalidad del átomo.
• Los electrones orbitan en círculos alrededor del núcleo.

El modelo de Rutherford tiene un fallo: cualquier carga en movimiento emite energía en forma de radiación, y por tanto, el electrón debería perder energía continuamente hasta caer sobre el núcleo, cosa que no sucede.

2.3.- El modelo de Bohr. Los espectros atómicos

A principios del S. XX, Bohr formula una nueva hipótesis sobre la estructura atómica:

• El electrón solo se mueve en unas órbitas circulares, sin que exista emisión de energía.
• Dependiendo de la órbita en que esté el electrón tendrá una cantidad de energía, tanto mayor cuando más alejado del núcleo.
• La emisión de energía en forma de luz se produce cuando un electrón pasa de un estado inicial de mayor energía a uno de menor. Para pasar a un nivel superior se debe darle energía.
• Los electrones se distribuyen en capas o niveles de energía.

Además de lo ya expuesto:

• Alrededor del núcleo hay capas o niveles de energía: K, L, M, N en las que puede haber hasta:
• K: 2 electrones, • L: 8 electrones, • M: 18 electrones, • N: 32 electrones
• La distribución de los electrones en estas capas es la CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA O ESTRUCTURA.
• Los electrones situados en la última capa son los ELECTRONES DE VALENCIA, responsables de las propiedades físicas de una sustancia.

A partir del modelo de Bohr se desarrolla una nueva teoría física para el estudio del átomo que es la mecánica cuántica.

El número máximo de electrones que podemos situar en cada nivel lo podemos deducir de la siguiente expresión:

Pero puede ocurrir que aunque no se haya completado el número de electrones de una capa, se empiecen a colocar electrones en la capa superior: por ejemplo, el potasio tiene una configuración 2, 8, 8, 1, es decir, tiene un electrón en la cuarta capa y todavía no ha llenado la anterior en la que puede haber hasta 18 electrones. 

El tener un electrón en el último nivel es una característica común a todos los elementos del grupo de los alcalinos, lo que hace que sus propiedades químicas (reactividad) sean muy parecidas.

2.4.- IDENTIFICACIÓN DE LOS ÁTOMOS


2.4.1. ISÓTOPOS

• Pueden existir átomos de un mismo elemento con diferente número másico debido a que el número de neutrones puede variar.

• ISÓTOPOS: Átomos de un mismo elemento que tienen igual número atómico (igual nº de protones), pero distinto número másico (distinto nº de neutrones).


LOS ISÓTOPOS DEL HIDRÓGENO
• PROTIO: 1e, 1p, 0n
• DEUTERIO: 1e, 1p, 1n
• TRITIO: 1e, 1p, 2n

2.4.2. MASA ATÓMICA RELATIVA

• La masa del electrón es tan pequeña que se desprecia, por lo que la masa atómica equivale a la de los protones + neutrones.
• La unidad de masa del SI (Kg) es demasiado grande, por eso la masa se indica en relación a la doceava parte de un átomo de carbono-12 (con 6 protones y 6 neutrones).
• MASA ATÓMICA RELATIVA: es la media ponderada de las masas atómicas (A) de los diferentes isótopos del elemento que existen.

Aquí os dejo la ficha nº2: Modelos atómicos e identificación de los átomos:


También podéis obtener la ficha nº 2 en formato pdf haciendo clic en este enlace.

2.5.- ESTRUCTURA DEL ÁTOMO: MODELO ATÓMICO DE SCHRÖDINGER

2.5.1.- Modelo mecano-cuántico

El físico E. Schrödinger estableció el modelo mecano-cuántico del átomo, ya que el modelo de Bohr suponía que los electrones se encontraban en órbitas concretas a distancias definidas del núcleo; mientras que, el nuevo modelo establece que los electrones se encuentran alrededor del núcleo ocupando posiciones más o menos probables, pero su posición no se puede predecir con exactitud.

Se llama orbital a la región del espacio en la que existe una probabilidad elevada (superior al 90 %) de encontrar al electrón.

Si representamos con puntos las distintas posiciones que va ocupando un electrón en su movimiento alrededor del núcleo, obtendremos el orbital. La zona donde la nube de puntos es más densa indica que ahí es más probable encontrar al electrón.

El modelo mecano-cuántico del átomo es un modelo matemático basado en la Ecuación de Schrödinger. Las soluciones son unos números llamados números cuánticos. Se simbolizan de la siguiente forma:

n: Número cuántico principal. Toma valores desde enteros positivos, desde n = 1 hasta n = 7. Nos indica la energía del orbital y su tamaño (cercanía alnúcleo).

l: Número cuántico secundario o azimutal. Toma valores desde 0 hasta (n-1). Nos indica la forma y el tipo del orbital.
- Si l = 0 el orbital es tipo s. (Se presentan de 1 en 1).
- Si l = 1 el orbital es tipo p. (Se presentan de 3 en 3).
- Si l = 2 el orbital es tipo d. (Se presentan de 5 en 5).
- Si l = 3 el orbital es tipo f. (Se presentan de 7 en 7).

m: Número cuántico magnético. Toma valores desde -l hasta +l pasando por 0. nos indica la orientación espacial del orbital.

s: Número cuántico de spin. Toma valores -1/2 y 1/2. Nos indica el giro del electrón en un sentido o el contrario.

Por ejemplo, si n = 1 entonces l = 0 sólo hay un orbital, el 1s. Si n = 2, tenemos l = 0 (1 orbital 2s) y l = 1 (3 orbitales 2p).

Si n = 3, tenemos l = 0 (1 orbital 3s), l = 1 (3 orbitales 3p) y l = 2 (5 orbitales 3d).

Si n = 4, tenemos l = 0 (1 orbital 4s), l = 1 (3 orbitales 4p), l = 2 (5 orbitales 4d) y l = 3 (7 orbitales 4f).

2.6.- Niveles de energía y orbitales

En un átomo los electrones ocuparán orbitales de forma que su energía sea la menor posible. Por ello se ordenan los orbitales en base a su nivel energético creciente. La energía de los orbitales para átomos de varios electrones viene determinada por los números cuánticos n y l.

En la figura de la derecha se muestran los orbitales de los 4 primeros niveles de energía (desde n = 1 hasta n = 4) y su orden de energía.

Puede verse que la energía de los orbitales no coincide exactamente con el orden de los niveles. Por ejemplo, el subnivel 4s tiene una menor energía que el 3d.

Todos los orbitales de un mismo tipo que hay en un nivel tienen igual energía; por eso se colocan a la misma altura.


2.7.- CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA DEL MODELO DE Schrödinger

    La configuración electrónica de un átomo es el modo en que están distribuidos los electrones alrededor del núcleo de ese átomo. Es decir, cómo se reparten esos electrones entre los distintos niveles y orbitales.

La configuración electrónica de un átomo se obtiene siguiendo unas reglas:

1.- En cada orbital sólo puede haber 2 electrones.
2.- Los electrones se van colocando en la corteza ocupando el orbital de menor energía que esté disponible.
3.- Cuando hay varios orbitales con la misma energía (3 orbitales p, por ej.) pueden entrar en ellos hasta 3—2 = 6 electrones.

Para recordar el orden de llenado de los orbitales se aplica el diagrama de Möeller que puedes ver en la imagen de la derecha. Debes seguir el orden de las flechas para ir añadiendo electrones. (No todos los elementos cumplen esta regla).

Para representar la configuración electrónica de un átomo se escriben los nombres de los orbitales (1s, 2p, etc.) y se coloca como superíndice el número de electrones que ocupan ese orbital o ese grupo de orbitales.

El litio tiene número atómico Z = 3, esto quiere decir que tiene 3 electrones en su corteza. Siguiendo el diagrama de Möeller nos encontramos el orbital 1s, en él caben 2 electrones: 1s 2 . Nos queda por situar 1 electrón que irá al siguiente orbital: 2s 1 . Por tanto, la configuración electrónica del litio es: 1s 2 2s 1 . Veamos la configuración electrónica del Berilio (Z=4):



El oxígeno tiene número atómico Z = 8, esto quiere decir que tiene 8 electrones en su corteza. Siguiendo el diagrama de Möeller nos encontramos el orbital 1s, en él caben 2 electrones: 1s 2 . Nos quedan 6 electrones por situar: 2 entrarán en el orbital 2s: 2s 2 y los 4 restantes se situarán en los 3 orbitales 2p, donde pueden entrar hasta 6 electrones como máximo, si hay menos pues se colocan los que haya: 2p 4 . Su configuración es: 1s 2 2s 2 2p 4 .


Aquí tenéis la ficha nº 3 sobre el modelo mecano-cuántico de Schrödinger:



También podéis descargar la ficha nº 3 en formato pdf en este enlace.

3.- LA TABLA PERIÓDICA O SISTEMA PERIÓDICO DE LOS ELEMETOS. HISTORIA

3.1.- HISTORIA

   La historia de la tabla periódica está marcada principalmente por el descubrimiento de los elementos químicos. Elementos como oro, plata, hierro o cobre eran conocidos desde la antigüedad; sin embargo, no fue hasta los siglos XVIII y XIX cuando se descubren la mayoría de los restantes elementos, ya que mejoran las técnicas de trabajo científico.

    La aparición de gran cantidad de elementos hizo que se pusieran de manifiesto semejanzas en propiedades, masas relacionadas o comportamientos químicos parecidos.

     Estas semejanzas empujaron a los químicos a buscar algún tipo de clasificación, de tal manera que se facilitase su conocimiento y descripción, y se impulsara el descubrimiento de nuevos elementos.

     La tabla periódica actual o sistema periódico está basada en la propuesta por Dimitri Mendeleiev en 1869. En ella, los elementos se encuentran ordenados, de izquierda a derecha, por valores crecientes de sus números atómicos (Z). Además de esto, los elementos aparecen distribuidos en filas y columnas.

    Existen 7 filas horizontales que se denominan períodos y 18 columnas verticales que se denominan grupos.

     Los elementos también se clasifican en: metales (sus átomos tienden a perder electrones y formar cationes), no metales (sus átomos tienden a ganar electrones y formar aniones) y semimetales (sus átomos se transforman con dificultad en iones positivos) de acuerdo con sus propiedades para ganar o perder electrones.

3.2.- PERIODOS Y GRUPOS

La colocación de los elementos en la tabla periódica
se hace teniendo en cuenta la configuración
electrónica.
En cada período aparecen los elementos cuyo último nivel de su configuración electrónica coincide con el número del período, ordenados por orden creciente de número atómico. Por ej., el período 3 incluye los elementos cuyos electrones más externos están en el nivel 3;

Na (Z = 11): 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 .
Al (Z = 13): 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 .

En cada grupo aparecen los elementos que presentan el mismo número de electrones en el
último nivel ocupado o capa de valencia. Por ejemplo, todos los elementos del grupo 13 contienen 3 electrones en su capa más externa y el último electrón queda en un orbital p;

B (Z = 5): 1s 2 2s 2 2p 1 .

Al (Z = 13): 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 .




3.3.- ESTRUCTURA DE LA TABLA PERIÓDICA: GRUPOS