ÁTOMO DE DALTON

PRIMEROS ÉXITOS Y FRACASOS

EXPLICACIÓN DE LAS LEYES PONDERALES Y EL PROBLEMA DE LA MASA DE LOS ÁTOMOS

 

IDENTIFICANDO EL PROBLEMA

Si dividimos un trozo de materia (por ejemplo oro, o una manzana) por la mitad tendremos dos trozos con la mitad de tamaño. Si uno de estos lo dividimos a su vez por la mitad tendremos dos trozos que serán cuatro veces más pequeños que la muestra original. ¿Podemos seguir realizando estas reducciones de tamaño de manera indefinida?. ¿Llega algún momento en el que el trozo obtenido ya no se puede dividir?.

En la Grecia clásica (siglo IV a.C) este problema tuvo dos soluciones bien diferentes. Evidentemente los argumentos para apoyar una u otra no se obtuvieron de ningún experimento científico tal como lo entendemos hoy día. Al contrario, los argumentos se apoyaban en razonamientos lógicos.

SOLUCIÓN ATÓMICA: Leucipo y Demócrito fueron los defensores de la idea atómica en la Grecia antigua. para estos filósofos la materia no podría dividirse indefinidamente. Para ellos el proceso debería detenerse cuando se llegara a los átomos. La materia estaría formada por estas pequeñas porciones de materia (átomos) que estarían en continuo movimiento y serían eternos.

leucipo

SOLUCIÓN CONTINUA: Aristóteles defiende la visión contraria. Según este filósofo la materia es infinitamente divisible. El átomo como entidad final del proceso de división no existe. De acuerdo con sus argumentos cualquier trozo de materia podría ser dividido eternamente.

aristoteles

La relevancia de Aristóteles en la antigüedad explica que sus argumentos triunfaran, quedando la idea atomista relegada hasta que en el Renacimiento empezó a recuperarse de nuevo. En los siglos XVI y siguientes era normal que los científicos aceptaran que la materia estaba constituida por partículas. No es lo mismo que aceptar el átomo como lo entendemos hoy día, pero fue un avance que explica que a comienzos del siglo XIX Dalton propusiera la Teoría Atómica de la materia.

¿QUÉ EXISTE ENTRE LOS ÁTOMOS?

Uno de los argumentos que se utilizó Aristóteles para apoyar la existencia de una materia continua (infinitamente divisible) procede de esta pregunta: Si los átomos existen, si la materia (como dicen Leucipo y Demócrito) está confinada en los átomos ¿qué hay entre los átomos?. Evidentemente no puede ser materia porque está en los átomos. Por tanto, creer en la existencia de átomos supone creer también en la existencia del VACÍO. Los átomos deberían moverse en un medio no material: el vacío. Aristóteles no aceptaba la existencia de este espacio inmaterial, argumentando que LA NATURALEZA LE TIENE HORROR AL VACÍO.

Este argumento se utilizó hasta que en el siglo XVII Torricelli y Blaise Pascal demostraron que el vacío podía tener existencia real. Esto ocurrió a lo largo de sus investigaciones sobre la Presión Atmosférica.

tubo mercurio

En lo alto del tubo invertido se había hecho el vacío. Sólo la presión del aire empujando sobre el mercurio del recipiente impide que el mercurio caiga.

Experimentos como este fueron convenciendo a los científicos de que la autoridad de Aristóteles no era argumento suficiente para erradicar los átomos de la ciencia. Con el tiempo se fueron acumulando datos hasta que en la primera década del siglo XIX Dalton propusiera explicar todo el conocimiento químico acumulado en su época sobre la base de los átomos. Ojo, esa idea feliz pasó por muchas dificultades a los largo del siglo XIX. Aunque Dalton había dado el primer empuje, su propia visión (equivocada) del comportamiento de los átomos supuso un freno y añadió dificultades al avance de la Química. En el primer congreso químico de la historia (Karlsruhe 1860), la comunidad científica de la época consiguió establecer los acuerdos que desbloquearon las dificultades existentes. Por ejemplo se estableció una forma científica para determinar las fórmulas moleculares y las masas atómicas, además se aceptó que dos átomos iguales pudieran unirse entre sí para formar moléculas.

 

PRIMER MODELO DE ÁTOMO

ÁTOMO BOLA (DALTON, 1805)

daltonatomo bola

LOS ÁTOMOS SON LAS PARTÍCULAS DE MATERIA DE LAS QUE ESTÁN HECHOS LOS ELEMENTOS QUÍMICOS.

PUEDEN ENTENDERSE COMO ESFERAS INALTERABLES E INDESTRUCTIBLES CARACTERIZADAS POR SU MASA.

LOS ÁTOMOS DE UN ELEMENTO QUÍMICO SON IDÉNTICOS ENTRE SÍ Y SE DIFERENCIAN DE LOS DE OTROS ELEMENTOS EN SU MASA.

Esta idea tan simple de átomo fue el origen de una verdadera revolución científica, dando origen a la ciencia que hoy reconocemos como Química. Antes de Dalton no existía un paradigma aceptado por toda la comunidad científica acerca de la naturaleza de la materia y su comportamiento. Con posterioridad, a pesar de muchos problemas de crecimiento, la Química floreció a una velocidad vertiginosa. El gran desarrollo de la Química tiene lugar en el siglo XIX.

Sin embargo, la Historia de la Química nos demuestra que los primeros pasos de esta Ciencia fueron complicados. La dificultad para encajar los datos experimentales en el concepto de átomo de Dalton fueron muy importantes. Ejemplo de ello fue que a mitad del siglo XIX todavía no había una tabla de masas atómicas aceptada por la comunidad científica. Por aquella época científicos tan importantes como el francés Dumas propusieron abandonar la idea de que los átomos tuvieran existencia real. Todos los problemas empezaron a solucionarse en el 1er Congreso Químico de la Historia (Karlsruhe, 1860). No fue casualidad que el tema del congreso fuera: el átomo.

asistentescannizaro

Asistentes al congreso al primer congreso químico (Karlsruhe): LA CUESTIÓN DEL ÁTOMO. Retrato de Cannizaro uno de los protagonistas del congreso. Defendió con éxito las ideas de su paisano Avogadro.

De aquel congreso no hay fotografías. Otro congreso químico histórico fue el que se convocó en 1911 en Bruselas.

congreso 1911

GRANDES ÉXITOS DEL ÁTOMO DE DALTON:

- EXPLICACIÓN DE LAS LEYES PONDERALES

- PONE LAS BASES PARA EL ANÁLISIS QUÍMICO Y LA ESTEQUIOMETRÍA

GRANDES FRACASOS DEL ÁTOMO DE DALTON:

- INCAPACIDAD PARA DETERMINAR CORRECTAMENTE LAS MASAS ATÓMICAS

masas atomicas Dalton

Fíjese que, en la primera tabla de masas atómicas de Dalton, el nitrógeno (Azote) tiene masa atómica 5 y el oxígeno (Oxygen) 7

1.- EXPLICACIÓN DE LAS LEYES PONDERALES EN BASE AL MODELO ATÓMICO DE DALTON

¿POR QUÉ SE CUMPLE EL PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA MATERIA?

PCM: En un sistema cerrado en el que tienen lugar una reacción química la cantidad de materia es la misma en cualquier momento. Una reacción química no puede crear ni destruir materia

Los átomos son inalterables, por tanto no sufren cambios durante la reacción química. Son los mismos átomos antes y después de la reacción. Al principio forman parte de los reactivos y al final de los productos.

¿POR QUÉ SE CUMPLE LA LEY DE LAS PROPORCIONES DEFINIDAS?

LPD: Cuando dos sustancias reaccionan entre sí para formar otra determinada sustancia, las masas que reaccionan están en una proporción invariable.

La relación entre las masas que reaccionan tiene relación con las masas de los átomos que forman el nuevo compuesto. Por ejemplo, en la síntesis del agua, la relación entre las masas de oxígeno y hidrógeno que reaccionan es igual a la mitad de la relación entre las masas del átomo de oxígeno y el de hidrógeno. Como las masas de los átomos no pueden cambiar cabe esperar que la relación entre las masas que reaccionan tampoco cambie.

¡¡¡ Además, la interpretación atómica de la LPD permite "pesar" los átomos, o al menos comparar la masa de unos átomos con respecto a otro !!!

¿POR QUÉ SE CUMPLE LA LEY DE LAS PROPORCIONES MÚLTIPLES?

LPM: Cuando dos elementos forman más de un compuesto, las masas de uno de ellos que se combinan con la misma masa del otro elemento están en una relación sencilla, expresable por un cociente de números enteros.

El cociente entre las masas de un elemento que se combina con la misma masa de otro elemento para formar diferentes compuestos indica la relación entre el número de átomos de ese elemento que se combinan con un átomo del otro elemento. Ya que los átomos se combinan en unidades enteras (1, 2, 3, ...). Esa relación debe ser expresable por medio de relaciones entre números enteros.

 

2.- EXPLICACIÓN DE LAS DIFERENCIAS ENTRE ELEMENTOS Y COMPUESTOS

Para Dalton los compuestos se forman por la unión de átomos de al menos dos tipos de elementos, dando lugar a moléculas. Por lo tanto, el análisis químico podía obtener elementos a partir de un compuesto.

Para Dalton un elemento químico está formado por la unión de átomos de un mismo tipo. Por lo tanto, de un elemento no se podría obtener otra sustancia diferente.

Ojo: Para Dalton las moléculas existen en los compuestos pero no pueden existir en los elementos. Las moléculas se formarían por unión entre átomos diferentes (atracción eléctrica) pero nunca entre átomos iguales. No podrían existir moléculas en los elementos. Según Dalton dos átomos idénticos no podrían unirse entre sí para formar moléculas.

El origen de esta manera de pensar hay que entenderlo en el momento histórico en el que vive Dalton. A comienzos del siglo XIX se había inventado la pila eléctrica (Volta) y los estudios de la electricidad estaban en sus comienzos.

IMPRECISIONES COMETIDAS POR DALTON

1.- Hoy sabemos que no todos los compuestos están formados por moléculas. Hay compuestos que forman cristales, redes cristalinas

En algunos compuestos se forman moléculas, es decir agrupaciones de átomos en las que no sólo se mantiene constante la proporción entre los diferentes átomos sino que también permanece constante el número total de ellos.

Es el caso del agua. En su molécula hay 3 átomos, 2 son de hidrógeno y 1 de oxígeno.

Es el caso del benceno. En su molécula hay 12 átomos, 6 son de carbono y 6 de hidrógeno

Es el caso del alcohol etílico. En su molécula hay 9 átomos, 2 son de carbono, 6 de hidrógeno y 1 de oxígeno

 

En otros compuestos no se forman moléculas, en su lugar se observan redes cristalinas. En una red cristalina se conserva la proporción entre el número de átomos de cada clase, pero al contrario que en las moléculas el número total de átomos puede ser variable.

Es el caso del cloruro de sodio, la sal de cocina. La fórmula química del cloruro de sodio es NaCl indicando que en su red cristalina por 1 átomo de Cloro hay 1 átomo de Sodio. Sin embargo esto no nos debe hacer suponer que existe la molécula de cloruro de sodio. En este caso la fórmula del compuesto no indica el número total de átomso sino sólo su proporción en el compuesto (fórmula empírica).

Es el caso de la fluorita (CaF2). En este caso la red cristalina contiene dos veces más átomos de fluor que de calcio.

 

2.- Los elementos pueden formar moléculas (Avogadro)

El que el constituyente de los elementos sean átomos no significa que los elementos no puedan forman moléculas. De hecho los elementos gaseosos más comunes (Nitrógeno, oxígeno, cloro, ...) forman moléculas diatómicas (N2, O2, Cl2, Br2, I2). Átomos idénticos pueden unirse entre sí para formar moléculas. En el caso del fósforo son cuatro los átomos que se unen (P4) y en el azufre ocho (S8).

Este sencillo modelo de átomo dominó la Química durante el siglo XIX y contribuyó a que esta ciencia se desarrollase de manera vertiginosa. Por ejemplo la mayor parte de las grandes empresas químicas actuales tienen su origen en esta época. Por ejemplo DU PONT.

3.- EL PROBLEMA DE LAS MASAS ATÓMICAS PARA DALTON

Para calcular las masas atómicas de los elementos, Dalton tiene un grave problema: no sabe determinar las fórmulas de los compuestos. Para salvar la dificultad comete un grave error: supone que se cumple el Principio de Máxima Simplicidad.

Por ejemplo, si se combinan hidrógeno y cloro supone que el compuesto formado tiene fórmula HCl

Si se combinan hidrógeno y oxígeno supone que el compuesto formado (agua) tienen fórmula HO

Si se combinan hidrógeno y nitrógeno supone que el compuesto formado (amoniaco) tiene fórmula NH

El Principio de Máxima Simplicidad es un grave error científico que conduce a Dalton a calcular masas atómicas equivocadas cuando aplica la LPD.

Como puede comprobar las masas atómicas de Nitrógeno y Oxígeno están equivocadas.

 

Trabajando con General Chemistry (Petrucci, Harwood, Herring)

Capítulo 1

Physical vs. Chemical Change

Classification of Matter

Mixtures and Compounds

Paper Chromatography of Ink

Phases of Water

Capítulo 2

Alpha, Beta, and Gamma Rays

Rutherford Experiment

Atomic Notation

Isotopes

Mass Spectrometer

Trabajando con CURSO DE INTRODUCCION EN QUIMICA GENERAL (Universidad Valladolid)

Nomenclatura

Estructura atómica

Propiedades periódicas

Estequiometría

Test

Trabajando con Alonsofórmula Formulación Química Inorgánica

Trabajando con Alonsofórmula Formulación Química Orgánica

Trabajando con 100ciaquimica Formulación Química Inorgánica
PHET (QUÍMICA GENERAL)
IOWA University (Simulations)
Delights of Chemistry
Educaplus
Libro del Web de Química del NIST
Laboratorio virtual ChemCollective

Mineralogy database

Lecture Demonstration Movie Sheets

Phase Diagrams & Computational Thermodynamics
Leyes de los gases
INICIACIÓN INTERACTIVA A LA MATERIA
CHEMISTRY POWERPOINTS

INTERNATIONAL UNION OF PURE AND APPLIED CHEMISTRY

General Chemistry Demonstrations
Learners TV

Practicando Quizes con General Chemistry Online

Videos de Academy Khan

Introductory Chemistry v.1 (cap 1)

Chem1 virtual textbook