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Fisico Química
Bienvenidos al Ciclo 2024
Nivel: Secundario Básico
Escuela: Instituto Juan Bautista Alberdi
Curso: 2°
Asignatura: Fisico Química
Docente: Prof. Zulma Alfaro
FAMILIAS: ante cualquier consulta que tengan sobre la dinámica de trabajo de la materia, comunicarse con preceptoría.
Tel: 11-6878-2060 Correo: yohana.delapiaza@institutoalberdi.org
Libro digital:
Unidad I: Estados de la materia y temperatura de cambios de estado
ESTADOS DE LA MATERIA
1. Realizar un cuadro comparativo de las características de los tres estados de la materia.
SÓLIDO LÍQUIDO GASEOSO
2. En la siguiente imagen se ve una misma cantidad de líquido dentro de tres recipientes diferentes:
Teoría Cinético Molecular
Mirá el siguiente video para poder realizar las actividades a continuación.
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Cambios de Estado
Realizar un pequeño párrafo que explique el siguiente gráfico.
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LEYES DE LOS GASES
Carácter eléctrico de la Materia
Circuitos eléctricos
Luz led
La estructura de la materia.
El átomo
Los Isótopos
Se llaman isótopos a cada una de las variedades de un átomo de cierto elemento químico, los cuales varían en el núcleo atómico.
El 99,9 % de los átomos de aluminio de origen natural tiene 13 protones, 13 electrones y 14 neutrones. No obstante, en el caso de muchos otros elementos, no todos poseen el mismo número de neutrones, sino que contienen varios isótopos.
El cesio es un isótopo artificial que se usa en plantas nucleares de generación eléctrica
Los isótopos son átomos de un mismo elemento, que posee el mismo número de protones en el núcleo, pero diferente número de neutrones, es decir, tienen el mismo número atómico (número de protones) pero distinto número másico (suma de protones más neutrones).
Todos los isótopos de un elemento tienen prácticamente las mismas propiedades químicas. Su nombre proviene del griego iso, que significa igual y topo que significa lugar, haciendo referencia a que poseen igual número atómico, que es la base o lugar que define la identidad de cada elemento químico.
El Aluminio (Al) tiene 22 isótopos conocidos, los cuales van del 21Al hasta el 42Al
Un ejemplo de ello son los isótopos del carbono, 13C y 14C con números de masa de 13 y 14, respectivamente. El número atómico del carbono es 6, por lo que el número de neutrones en los isótopos de carbono mencionados, es 13-6= 7, y 14-6= 8, respectivamente. Por tanto, si a un átomo se le añade un protón, se convierte en un nuevo elemento químico, y si a un átomo se le añade un neutrón, se convierte en un isótopo de ese elemento químico.
En los isótopos, el núcleo al presentar el mismo número atómico (Z) constituye el mismo elemento, con la misma configuración electrónica y sus propiedades químicas, pero presenta distinto número másico (A), lo que hace que las propiedades del núcleo sean distintas. Esto se explica a través de la comparación entre la molécula de agua ligera que pesa 18 u (unidad de masa atómica), y la molécula de agua pesada que contiene deuterio, isótopo del hidrógeno, en lugar de hidrógeno, por lo que pesa 20 u. También suele utilizarse como unidad al Dalton [Da]. Este aumento en su masa atómica afectará a su densidad, temperatura de ebullición, entre otras propiedades físicas.
Los elementos, tal como se encuentran en la naturaleza, son una mezcla de isótopos. La masa atómica que aparece en la tabla periódica es el promedio de todas las masas isotópicas naturales, de ahí que mayoritariamente no sean números enteros. El estaño (Sn), por ejemplo, está constituido por una mezcla de 10 isótopos diferentes, en tanto que solo 22 de los 90 elementos naturales, están conformados por un solo tipo de átomos, entre ellos el helio (He).
TIPOS DE ISÓTOPOS
Un átomo no puede tener cualquier determinada cantidad de neutrones, sino que existen combinaciones designadas de neutrones y protones, en las cuales las fuerzas que mantienen la cohesión del núcleo parecen balancearse de mejor manera.
Los elementos ligeros tienden a tener tantos neutrones como protones; los elementos pesados aparentemente necesitan más neutrones que protones para mantener la cohesión. Los átomos con algunos neutrones en exceso o no los suficientes pueden existir durante algún tiempo, pero son inestables. Los átomos inestables son radioactivos, es decir, sus núcleos cambian o se desintegran emitiendo radiaciones.
Isótopo de potasio 4019K. Se conocen diecisiete isótopos de potasio
Estos átomos radiactivos se desintegrarán por procesos de decaimiento radiactivo. Los isótopos que son radiactivos se llaman radioisótopos o simplemente isótopos radioactivos. La desintegración genera la emisión espontánea de radiaciones en forma de partículas a, ß, rayos gamma y rayos X.
Los isótopos artificiales se producen en laboratorios nucleares por bombardeo de partículas subatómicas o en las centrales nucleares. Estos isótopos suelen tener una vida corta, principalmente por la inestabilidad y radioactividad que presentan.
Dentro de los isótopos existen algunos que normalmente se encuentran en la naturaleza. A estos isótopos se los denomina isótopos radiactivos o isótopos naturales.
El resto de isótopos existentes se han producido de manera artificial, es decir, isótopos radiactivos artificiales, por irradiación o bombardeo de isótopos estables en reactores nucleares y aceleradores de partículas, tales como ciclotrones, aceleradores de Van der Graaff, entre otros; modificando la configuración de los núcleos estables, referentes al número de neutrones.
HISTORIA DE LOS ISÓTOPOS
A continuación, se explicarán los experimentos y conceptos que generaron al conocimiento que se tiene hoy en día sobre los isótopos.
Los estudios sobre la diferenciación de la estructura de los núcleos atómicos comenzaron junto con el siglo XX. Los experimentos ejecutados arrojaban que las partículas radioactivas podrían diferenciarse en su núcleo.
En 1910, Sir Joseph Thomson, tratando de separar átomos de distinta masa, canalizó una corriente de iones de neón a través de campos magnéticos y eléctricos, método que en la actualidad se denomina espectrometría de masas, hasta chocar con una placa fotográfica que había colocado al otro lado. Observó dos zonas incandescentes en la placa, que revelaban dos trayectorias de desviación diferentes. Thomson concluyó que esto sucedía porque algunos de los iones de neón tenían diferentes masas y de esta manera descubrió la existencia de los isótopos. Más tarde, otros experimentos demostraron que el neón existente en la naturaleza contiene 90% de neón-20, 0,27% de neón-21 y 73% de neón-22.
SERIES RADIACTIVAS
Un átomo radiactivo puede desintegrarse, produciendo un nuevo átomo de otro elemento, que puede ser radiactivo, y éste al desintegrase produce a un átomo estable. A este conjunto de átomos que están relacionados de este modo se le denomina serie radiactiva.
La fisión nuclear puede ocurrir cuando un núcleo de un átomo pesado captura un neutrón (físion inducida) o puede ocurrir espontáneamente debido a la inestabilidad del isótopo (fisión espontánea)
Los radioelementos naturales, que fueron los inicialmente descubiertos, son unos cuarenta elementos y se agrupan en tres series radiactivas, cada una de las cuales comprende los isótopos formados por una misma secuencia de transformaciones. En función a dicho estudio, el químico y físico británico Frederick Soddy, en 1913, llamó isótopos a los átomos de un mismo elemento que poseen igual número atómico pero diferente número másico.
Más tarde, en 1919, William Aston construyó el primer espectrofotómetro de masas que confirmó el concepto de isótopo. Gracias al espectrofotómetro de masas se logró explicar la naturaleza decimal de las masas atómicas al comprobar que, generalmente, la mayoría de los elementos están compuestos por varios isótopos en distintos porcentajes.
El espectrómetro de masas es un artefacto que permite analizar con gran precisión la composición de diferentes elementos químicos e isótopos atómicos
En cuanto al estudio de isótopos radiactivos artificiales, en 1934, los químicos Fréderic Joliot-Curie y su esposa Irene Joliet-Curie (hija de Marie Curie), demostraron que al bombardear con partículas a una lámina de aluminio se producía fósforo radiactivo. En la actualidad se conocen isótopos radiactivos artificiales de casi todos los elementos.
APLICACIONES DE LOS ISÓTOPOS
- En medicina, los isótopos radiactivos se utilizan para esterilizar con rayos ultravioletas y para la radiación o radioterapia. La radioterapia es una disciplina médica que aprovecha los efectos biológicos de las radiaciones ionizantes para tratar enfermedades relacionadas a la proliferación anómala de células, el cáncer (tabla 1).
Los isótopos radioactivos permiten hacer estudios y/o tratamientos médicos
A través de los isótopos radiactivos también se realizan exploraciones para obtener imágenes de todo el cuerpo o de un órgano en específico. Estas exploraciones no son invasivas ni tienen efectos adversos. La técnica es llamada en medicina gammagrafía. En la tabla 1 se pueden estudiar algunos ejemplos.
- En química, la primera aplicación de los isótopos radiactivos fue en el estudio de la cinética química, para establecer las condiciones de equilibrio de la reacción. Un ejemplo de ello es el uso del isótopo radiactivo plomo-212, para comprobar la velocidad de disolución y cristalización (factor concentración).
También se utilizan isótopos radiactivos como trazadores de rutas de reacciones de síntesis de moléculas biológicas. Un ejemplo de ello es el conocido ciclo de Calvin de la fotosíntesis, llamado así en honor a Melvin Calvin debido a sus estudios sobre los productos intermediarios que se generan en la fotosíntesis. Logró realizar dicho estudio gracias a que utilizó como trazador al isótopo radiactivo carbono-14, lo que le valió el premio Nobel de la química en 1961.
La medicina nuclear utiliza diferentes tipos de isótopos para sus aplicaciones diagnósticas y terapéuticas
- Datación: los métodos de estimación de edades de los objetos, de seres vivos y de depósitos minerales, basados en la radiactividad, dependen del tiempo transcurrido desde que la muestra examinada fue separada de su entorno, y por tanto, dejó de interaccionar en él. Esta técnica se basa en comparar la vida media (periodo de desintegración) de los núcleos radiactivos naturales sobre la superficie de la Tierra con las edades de los minerales en donde se hallan para que se proporcione la edad aproximada de la Tierra (tiempos geológicos). Es por ello que dichos isótopos son conocidos como relojes naturales.
Como los isótopos radiactivos se usan para determinar el tiempo que hace que se solidificaron las rocas (edad de las rocas) se los conoce como "los relojes naturales"
