Divulgación Duda sobre átomos y la formacion de los distintos elementos.

[MeN_2016]

Hola, tengo una duda existencial sobre los átomos y cómo estos forman los distintos materiales. No sé si esto va aquí exactamente, pero no sabia donde meterlo exactamente. La duda es :

Si los átomos están formados por electrones, neutrones y protones, y cada elemento tiene un número distinto de estos, ¿ Qué es lo que hace que al cambiar la cantidad de cosas iguales, den cosas tan distintas ? Me explico. Un átomo que tenga un protón, un neutrón y un electrón, forma un elemento con tales características.Si cogemos un átomo que tenga dos electrones, dos protones y dos neutrones, la unica diferencia es que tienen " el doble de lo mismo ", pero sale algo diferente. Espero haberme explicado bien. Es como si para hacer un bizcocho bato 4 huevos y si, sale un bizcocho, Pero al batir 5 huevos, saliera no sé...una hamburguesa,

[jleo]

Re: Duda sobre átomos y la formacion de los distintos elementos.

Hola,

tu pregunta es lo suficientemente amplia como para ser contestada de una forma escueta. Pero desde el punto de vista de la química, la reactividad de los elementos está ligada a la búsqueda de una mayor estabilidad (desde el punto de vista energético) y en este caso las cantidades importan y mucho. Piensa que los electrones y protones de un átomo interaccionan entre sí mediante fuerzas electrostáticas (entre otras...) y el hecho de tener más cantidad de un tipo de partícula subatómica influye en el equilibrio (radios atómicos, por ejemplo, el aumento de la carga nuclear acerca a los electrones).

Por otro lado, un átomo en sus reacciones con otros para formar moléculas, busca configuraciones electrónicas más estables completando su capa de valencia (configuración de gas noble), mediante donación o compartición de sus electrones. De nuevo, en este caso, el número de electrones y su localización influye.

Piensa además, que aunque existen un gran número de elementos, muchos comparten características por la periodicidad de las propiedades que se hace patente en la organización de la tabla periódica en grupos y periodos.

Ya te digo que todo esto es generalizando mucho. Si repasas conceptos elementales verás que todo está relacionado de una forma lógica y coherente.

Un saludo.

[MeN_2016]

Re: Duda sobre átomos y la formacion de los distintos elementos.

Sí, eso lo entiendo. Pero la pregunta es más simple ( aunque requiera una gran respuesta ). Por qué poniendo el doble de lo mismo, tenemos otra cosa y más de lo mismo ( por asi decirlo ).

[abuelillo]

Re: Duda sobre átomos y la formacion de los distintos elementos.

Sí, eso lo entiendo. Pero la pregunta es más simple ( aunque requiera una gran respuesta ). Por qué poniendo el doble de lo mismo, tenemos otra cosa y más de lo mismo ( por asi decirlo ).

Si te fijas en la tabla periodica , esta organizada en columnas o grupos, los elementos de cada grupo tienen caracteristicas quimicas similares a pesar de que unos elementos son mas pesados que otros. Esto es debido a que los elementos de un mismo grupo tienen la misma valencia atomica, es decir la misma cantidad de electrones en la ultima capa. Esos electrones de la capa mas "exterior" son los que permiten forman enlaces y moleculas con otros elementos.

[jleo]

Re: Duda sobre átomos y la formacion de los distintos elementos.

Porque poniendo el doble de lo mismo (o el triple, la mitad, etc.) el sistema cambia y se modifican las interacciones dentro del sistema. Tan simple o tan difícil como eso.

[MeN_2016]

Re: Duda sobre átomos y la formacion de los distintos elementos.

Porque poniendo el doble de lo mismo (o el triple, la mitad, etc.) el sistema cambia y se modifican las interacciones dentro del sistema. Tan simple o tan difícil como eso.

Ya, eso me lo supongo :P pero no me dice nada nuevo...me gustaria saber que es lo que pasa, para que pase.

Si te fijas en la tabla periodica , esta organizada en columnas o grupos, los elementos de cada grupo tienen caracteristicas quimicas similares a pesar de que unos elementos son mas pesados que otros. Esto es debido a que los elementos de un mismo grupo tienen la misma valencia atomica, es decir la misma cantidad de electrones en la ultima capa. Esos electrones de la capa mas "exterior" son los que permiten forman enlaces y moleculas con otros elementos.

Si, eso lo entiendo. Pero no va por ahí la pregunta. Quiza sea tan "simple" que no se entienda bien. Simple la pregunta, la respuesta seguro que es demasiado complicada.

[pod]

Re: Duda sobre átomos y la formacion de los distintos elementos.

De hecho, la respuesta es lo suficientemente simple como para estudiarse en la química de bachillerato (es una paradoja que la física más interesante se dé en la asignatura de química ).

La energía de los electrones en un átomo está cuantizada. Eso quiere decir que sólo puede tomar determinados valores concretos, no puede tomar cualquier valor en un intervalo. Es como una especie de escalera, con diferentes escalones energéticos. Hay infinitos de esos escalones, pero cada vez son más pequeños, de forma que la escalera en total recorre una "altura energética" finita (13.6eV en un átomo de hidrógeno, por ejemplo).

Luego, los electrones son un tipo de partícula llamada fermiones. Cuando hay varios fermiones idénticos en el mismo sistema, no pueden estar todos en el mismo estado. En cada escalón energético hay un número limitados de estados disponibles. Quizá sería más sencillo imaginarse la escala energética como un parlamento, donde en cada nivel hay una serie de asientos. En cada nivel más alto caben más ladrones (perdón, quiero decir que en las filas más altas caben más parlamentarios). En el primer nivel caben dos electrones, en el segundo ocho, en el tercero 10, y así etcétera.

A medida que añadimos electrones, se van sentando en el asiento más bajo disponible en el parlamento energético. Cuando un nivel está lleno, el nuevo electrón tienen que sentarse una fila más lejana del núcleo. En la realidad es un poco más complicado, ya que no todos los electrones del mismo nivel tienen la misma energía. Por ejemplo, los dos primeros electrones del tercer nivel tienen menos energía que seis de los electrones del segundo nivel. Hay una regla gráfica bastante sencilla para ordenar los niveles, pero ahora mismo no es muy importante. La idea que te tiene que quedar es que hay una serie de capas que se llenan de arriba a abajo.

Siguiendo con el tema que nos ocupa, las interacciones entre átomos tienen que ver en cómo se comportan las últimas capas de electrones que hay en el átomo. Si en la última capa sólo hay un electrón suelto, éste se podrá mover por todo el nivel libremente. Puede pasar de un asiento al otro del mismo nivel sin chocarse con nadie. Además, estará bastante más alejado del núcleo que el resto de electrones, y de hecho habrá un efecto conocido como apantallamiento de carga (la carga negativa de los electrones de abajo apantallan en gran medida la carga positiva del núcleo, así que la atracción electrostática que siente este electrón solitario es menor). Por lo tanto, este electrón estará muy suelto, lo tendrá muy fácil para interaccionar con los electrones de la última capa de otros átomos. Este tipo de átomos serán muy activos químicamente, y se corresponden a la primera columna de la tabla periódica.

Si añadimos un nuevo electrón, ahora ambos compartirán la última capa. Las propiedades químicas son muy diferentes, ya que los electrones se repelerán y tenderán a ponerse en extremos opuestos de la capa. El apantallamiento es menor, y la geometría de los enlaces químicos que se pueden formar es muy diferente.

Y así, sucesivamente, hasta que llegamos a completar la última capa completa. Cuando está completa, los electrones están muy bien encajados en su sitio. No hay tanto lugar para interacciones con otros electrones, y por eso los átomos con la última capa completa son los más inertes químicamente (son lo que llamamos gases nobles, la última columna de la tabla periódica).

Si a un gas noble le añadimos un electrón más, entonces volveremos a la situación inicial. Las propiedades serán, cualitativamente, las mísmas que teníamos antes: tenemos un electrón libre en la última capa. Ahora esta última capa está más arriba, pero eso da un poco igual (cualitativamente).

Precisamente por eso es por lo que muchas veces nos burlamos de los químicos diciéndoles que, en realidad, son "los físicos de la última capa".

[jleo]

Re: Duda sobre átomos y la formacion de los distintos elementos.

Te recomiendo que te des el placer de leer el libro Historia de un átomo, de Lawrence M.Krauss y saques tus propias conclusiones. Por lo demás me da la impresión de que la respuesta que tu buscas no la vas a encontrar dentro de la Ciencia quizás en el ámbito de la especulación, probaría a buscar en la Filosofía.

[carroza]

Re: Duda sobre átomos y la formacion de los distintos elementos.

Un átomo que tenga un protón, un neutrón y un electrón, forma un elemento con tales características.Si cogemos un átomo que tenga dos electrones, dos protones y dos neutrones, la unica diferencia es que tienen " el doble de lo mismo ", pero sale algo diferente. Espero haberme explicado bien. Es como si para hacer un bizcocho bato 4 huevos y si, sale un bizcocho, Pero al batir 5 huevos, saliera no sé...una hamburguesa,

Hola. Solo para completar lo que se ha dicho. La clave está, como dice pod, en que los electrones son fermiones. No pueden estar en el mismo estado, y, por tanto, en el átomo el segundo electrón hace cosas distintas que el primero, y el tercero cosas distintas al primero y al segundo, etc.

Es lo mismo que si tomas una orquesta de varios músicos, pero no permites que dos toquen el mismo instrumento.
La música de un solista será muy distinta que la música de un dúo, o la de un terceto, o la de un cuarteto.

[MeN_2016]

Re: Duda sobre átomos y la formacion de los distintos elementos.

Pod, gracias por la extensa explicación. Me han quedado un poco mas claros algunos conceptos, pero sigo sin despejar mi duda inicial. Parece ser que la clave son las partículas subatomicas,¿no?. Algo que que hace que los electrones, por ejemplo, sean iguales " por afuera " pero no por dentro; que ahí se comporten con otras propiedades ( sin alterar las propiedades " externas " ). Quizá vaya por ahí la cosa, porque mi pregunta es simple : sin átomo con un electrón, un protón y un neutrón dan una cosa, por que un átomo con dos electrones, dos protones y dos neutrones dan otra cosa tan distinta. Ya digo, entendí algo de la explicación, los ejemplos y eso, pero sigo sin ver POR QUÉ es asi

Carroza, gracias por gracias por completar a pod. No sé lo que es un fermion, pero parece ser algo que hace que una misma partícula, se pueda comportar de diferentes formas, ya buscaré información sobre partículas subatomicas, parece muy interesante.

jleo, gracias por el consejo. Si me da tiempo, y lo encuentro por la biblio, le daré una ojeada

[Weip]

Re: Duda sobre átomos y la formacion de los distintos elementos.

Quizá vaya por ahí la cosa, porque mi pregunta es simple : sin átomo con un electrón, un protón y un neutrón dan una cosa, por que un átomo con dos electrones, dos protones y dos neutrones dan otra cosa tan distinta. Ya digo, entendí algo de la explicación, los ejemplos y eso, pero sigo sin ver POR QUÉ es asi
No sé lo que es un fermion, pero parece ser algo que hace que una misma partícula, se pueda comportar de diferentes formas, ya buscaré información sobre partículas subatomicas, parece muy interesante.

Es que añadir partículas hace que se distribuyan de forma diferente (lo que ha dicho pod) y las interacciones que se pueden producir con otros átomos dependen de esta distribución. Y eso puede llegar a dar propiedades químicas muy diferentes. El porqué ya lo ha explicado pod, no creo que se pueda decir más.

Y un fermión es una partícula con espín semi-entero (el electrón tiene espín +-1/2). pod lo usa para explicar el principio de exclusión de Pauli, supongo que te sonará.

[pod]

Re: Duda sobre átomos y la formacion de los distintos elementos.

Parece ser que la clave son las partículas subatomicas,¿no?. Algo que que hace que los electrones, por ejemplo, sean iguales " por afuera " pero no por dentro; que ahí se comporten con otras propiedades ( sin alterar las propiedades " externas " ).

No, en absoluto. Eso no es posible. Los electrones son fundamentales, no tienen nada dentro. Todos los electrones son iguales entre si. Si un electrón no fuera igual a otro, entonces no sería un electrón.

Lo que pasa es que cuando pones varios electrones juntos, no todos pueden ocupar el mismo sitio. Es un poco como en el fútbol, el mismo jugador si se coloca por la banda no hace lo mismo que si está en la portería.

Quizá vaya por ahí la cosa, porque mi pregunta es simple : sin átomo con un electrón, un protón y un neutrón dan una cosa, por que un átomo con dos electrones, dos protones y dos neutrones dan otra cosa tan distinta. Ya digo, entendí algo de la explicación, los ejemplos y eso, pero sigo sin ver POR QUÉ es asi

Eso es lo que te hemos intentado explicar. Cuando añades electrones al átomo, como no pueden ponerse todos ellos en el mismo lugar, cada nuevo electrón ocupa una posición diferente. Eso hace que las propiedades del conjunto sean diferentes.

No sé lo que es un fermion, pero parece ser algo que hace que una misma partícula, se pueda comportar de diferentes formas,

No, no es eso. El átomo tiene diferentes "plazas" donde se pueden colocar los electrones, y eso es independiente de su carácter fermiónico.

Lo que importa en este caso es que sólo se puede poner un fermión en cada una de estas plazas. Este es el principio de exclusión de Pauli, como dice Weip.

Todas las partículas son o bien fermiones o bien bosones. Los fermiones y los bosones se diferencian únicamente en cómo se comportan cuando hay varias partículas del mismo tipo juntas. Los bosones se pueden ubicar todos ellos en la misma plaza. En cambio, sólo puedes poner un fermión en cada estado.

Hay muchas partículas de carácter fermiónico: electrones, protones, neutrones, neutrinos, quarks, etc.

También hay algunos bosones: fotones, gluones, gravitones (si existen), mesones,... Y, por supuesto, el bosón de Higgs es un bosón.

[MeN_2016]

Re: Duda sobre átomos y la formacion de los distintos elementos.

Vale, con eso me ha quedado todo bastante más claro. Gracias por las respuestas chicos. Supongo que a medida que avance en el grado lograré entenderlo mejor y profundizar más ( no di química en bachiller y se nota ).