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Física y Química 3.º ESO · Los primeros modelos atómicos: Dalton y Thomson

Recuerda: la teoría atómica de Dalton

Objetivo: Al terminar, sabrás enunciar los postulados de la teoría atómica de Dalton y representar elementos y compuestos con modelos de bolas.

Recuerda

¿De qué está hecha la materia?

Hace unos 2500 años, el filósofo griego Demócrito (siglo V a. C.) pensó que, si partes un trozo de materia una y otra vez, llegarás a unas partículas que ya no se pueden dividir. Las llamó átomos, que en griego significa «que no se puede dividir». Aristóteles, en cambio, defendía que la materia es continua (se puede dividir sin fin) y que todo está formado por cuatro elementos: tierra, agua, aire y fuego. La idea de Aristóteles fue la más aceptada durante unos 2000 años.

Ninguno de los dos hizo experimentos: eran solo ideas.

La teoría atómica de Dalton (1808)

A principios del siglo XIX, el químico inglés John Dalton estudió cómo reaccionan las sustancias midiendo sus masas y propuso la primera teoría atómica basada en experimentos. Sus postulados son:

La materia está formada por partículas muy pequeñas e indivisibles llamadas átomos.
Todos los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí (misma masa y mismas propiedades). Los átomos de elementos distintos son diferentes.
Los compuestos se forman al unirse átomos de elementos distintos en una proporción fija de números enteros sencillos (por ejemplo, 1 a 1 o 1 a 2).
En una reacción química los átomos se reorganizan: se separan y se unen de otra forma, pero no se crean, no se destruyen y no se convierten en átomos de otro elemento.

Modelos de bolas

Un modelo científico es una representación simplificada que sirve para explicar lo que observamos. Si un experimento nuevo no encaja con el modelo, el modelo se corrige o se cambia por otro.

Para representar los átomos usamos bolas; cada elemento, con un color o tamaño distinto. Dalton dibujaba cada átomo como un círculo con una marca: el oxígeno, un círculo vacío; el hidrógeno, un círculo con un punto en el centro; el carbono, un círculo negro.

Elemento (sustancia simple): un solo tipo de átomo. Puede estar en átomos sueltos (helio, He) o en moléculas de átomos iguales (oxígeno, $\text{O}_2$ : dos bolas iguales unidas).
Compuesto: átomos de elementos distintos unidos en proporción fija. Agua, $\text{H}_2\text{O}$ : una bola de oxígeno unida a dos de hidrógeno, siempre.

¿Qué acertó Dalton y qué no?

Acertó en lo más importante: la materia está formada por átomos, los compuestos tienen una proporción fija de átomos y en las reacciones los átomos se reorganizan.
No acertó en todo: a finales del siglo XIX se descubrió que el átomo sí tiene partes más pequeñas, así que no es indivisible. Además, Dalton pensaba que el agua tenía 1 átomo de hidrógeno por cada átomo de oxígeno (HO); hoy sabemos que tiene 2 ( $\text{H}_2\text{O}$ ).

Así avanza la ciencia: cada modelo explica lo que se sabe en su época y se mejora cuando aparecen datos nuevos.

Puntos clave

Demócrito imaginó los átomos, pero sin experimentos; Aristóteles pensaba que la materia era continua.
La materia está formada por átomos (Dalton, 1808), primera teoría atómica basada en experimentos.
Para Dalton, los átomos eran indivisibles; los de un mismo elemento, iguales; los de elementos distintos, diferentes.
Un compuesto tiene átomos de elementos distintos unidos en proporción fija.
En una reacción química los átomos se reorganizan; no se crean ni se destruyen.
Elemento: un solo tipo de átomo (sueltos o en moléculas como $\text{O}_2$ ). Compuesto: varios tipos unidos.
Un modelo científico se corrige cuando aparecen experimentos nuevos: hoy sabemos que el átomo sí tiene partes.

Errores frecuentes

ErrorPensar que $\text{O}_2$ o $\text{N}_2$ son compuestos porque tienen dos átomos.
Cómo corregirloMira cuántos tipos de átomos hay, no cuántos átomos: si todas las bolas son iguales, es un elemento.
ErrorCreer que en una reacción química desaparecen átomos (por ejemplo, al quemar madera).
Cómo corregirloLos átomos solo se reorganizan; los que «desaparecen» han pasado a gases que no vemos.
ErrorPensar que, como Dalton se equivocó en algunas cosas, su teoría no sirve para nada.
Cómo corregirloSus ideas principales (átomos, proporción fija, reorganización en las reacciones) siguen siendo válidas; los modelos se mejoran, no se tiran enteros.

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1. Sustancias con bolas modelo de bolas (representar y clasificar)
Representa con modelos de bolas estas sustancias y di si son elementos o compuestos: a) el helio de un globo de feria (He, átomos sueltos); b) el oxígeno del aire ( $\text{O}_2$ ); c) el agua ( $\text{H}_2\text{O}$ ); d) el dióxido de carbono que expulsamos al respirar ( $\text{CO}_2$ ).

Resolución
Elegimos un color por elemento: H blanco, O rojo, C negro, He amarillo.

a) He: bolas amarillas sueltas → elemento (un solo tipo de átomo). b) $\text{O}_2$ : parejas de bolas rojas unidas → elemento (dos átomos, pero iguales). c) $\text{H}_2\text{O}$ : una bola roja unida a dos blancas → compuesto (dos tipos de átomos, siempre 2 H por cada O). d) $\text{CO}_2$ : una bola negra en el centro unida a dos rojas → compuesto (siempre 1 C por cada 2 O).

Ejercicios

De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.

1. Fácil
¿Qué postulado de Dalton contradice cada frase? a) «Los átomos de oro de un anillo son distintos de los átomos de oro de un lingote». b) «Al quemar carbón, parte de sus átomos desaparecen». c) «En el agua hay unas veces 2 átomos de hidrógeno por cada átomo de oxígeno y otras veces 3».

Ver solución
a) Postulado 2. b) Postulado 4. c) Postulado 3.
a) Los átomos de un mismo elemento son iguales (postulado 2). b) En una reacción los átomos no se crean ni se destruyen, solo se reorganizan (postulado 4); los átomos de carbono pasan al $\text{CO}_2$ . c) En un compuesto la proporción de átomos es fija (postulado 3): en el agua, siempre 2 H por cada O.
2. Fácil
Un recipiente contiene partículas formadas cada una por dos bolas negras iguales unidas. Otro contiene partículas formadas por una bola negra unida a una bola blanca. a) ¿Cuál contiene un elemento y cuál un compuesto? b) Pon un ejemplo de sustancia que se pueda representar así en cada caso.

Ver solución
a) El primero, elemento; el segundo, compuesto. b) Por ejemplo, $\text{N}_2$ (o $\text{Cl}_2$ ) y CO (o HCl).
a) Primer recipiente: un solo tipo de átomo → elemento (moléculas de dos átomos iguales). Segundo: dos tipos de átomos unidos en proporción 1 a 1 → compuesto. b) Elemento con moléculas de dos átomos: nitrógeno $\text{N}_2$ , cloro $\text{Cl}_2$ , hidrógeno $\text{H}_2$ … Compuesto 1 a 1: monóxido de carbono CO, cloruro de hidrógeno HCl…
3. Media
Dibuja con modelos de bolas una molécula de cada sustancia e indica cuántos átomos de cada elemento tiene: a) amoniaco, $\text{NH}_3$ ; b) metano (el gas natural de las cocinas), $\text{CH}_4$ ; c) nitrógeno, $\text{N}_2$ .

Ver solución
a) 1 N y 3 H. b) 1 C y 4 H. c) 2 N.
a) $\text{NH}_3$ : una bola de N unida a tres bolas de H → 1 átomo de N y 3 de H (compuesto). b) $\text{CH}_4$ : una bola de C en el centro unida a cuatro de H → 1 C y 4 H (compuesto). c) $\text{N}_2$ : dos bolas iguales de N unidas → 2 átomos de N (elemento). El subíndice indica cuántos átomos de ese elemento hay; si no hay subíndice, es 1.

Para practicar más

1. Fácil
a) ¿Qué significa la palabra «átomo»? b) Escribe con tus palabras los cuatro postulados de Dalton.

Ver solución
a) «Que no se puede dividir». b) Átomos indivisibles; iguales en un mismo elemento; compuestos con proporción fija; en las reacciones los átomos se reorganizan.
a) Viene del griego y significa «indivisible». b) 1) La materia está formada por átomos indivisibles. 2) Los átomos de un elemento son iguales entre sí y distintos de los de otros elementos. 3) Los compuestos se forman al unirse átomos distintos en proporción fija y sencilla. 4) En una reacción química los átomos se reorganizan, sin crearse ni destruirse.
2. Media
Clasifica como elemento o compuesto: Fe, $\text{Cl}_2$ , NaCl, CO, Co, $\text{O}_3$ , $\text{H}_2\text{O}_2$ . (Pista: fíjate en las mayúsculas.)
Ver solución
Elementos: Fe, $\text{Cl}_2$ , Co, $\text{O}_3$ . Compuestos: NaCl, CO, $\text{H}_2\text{O}_2$ .
Cada símbolo empieza por mayúscula, así que contamos mayúsculas para saber cuántos elementos distintos hay.
- Fe (hierro), $\text{Cl}_2$ (cloro), $\text{O}_3$ (ozono): un solo elemento → elementos.
- Co (cobalto): una mayúscula → elemento.
- CO: C y O, dos mayúsculas → compuesto (monóxido de carbono).
- NaCl y $\text{H}_2\text{O}_2$ : dos elementos cada uno → compuestos.
3. Media
Dibuja con bolas lo que ocurre, según Dalton, cuando 1 átomo de carbono reacciona con 1 molécula de oxígeno, $\text{O}_2$ , y forma 1 molécula de dióxido de carbono, $\text{CO}_2$ . ¿Hay los mismos átomos antes y después?

Ver solución
Sí: 1 C y 2 O antes y después; solo cambian las uniones.
Antes: una bola negra suelta (C) y dos bolas rojas unidas ( $\text{O}_2$ ). Después: la bola negra unida a las dos rojas ( $\text{CO}_2$ ). Antes: 1 C y 2 O. Después: 1 C y 2 O. Los átomos no se crean ni se destruyen (postulado 4): solo se rompe la unión O–O y se forman las uniones C–O.