Introducción al átomo

El `àtomo, protòn neutròn y electròn

En la mayoría de los temas tienes que estar en un nivel bastante avanzado

antes de abordar temas interesantes desde el punto de vistatfilosófico

pero en química, simplemente empieza desde el

primer momento, con lo que es sin duda lo más filosoficamente

interesante de todo el temario, y eso es el átomo.

Y la idea del átomo, como los filósofos hace mucho tiempo,

y podrias buscar en lo que diferentes filosofos

primero filosofaron sobre ello, y decian: sabes, si yo

empezara con no sé, con una manzana

si empezara con una manzana

y no dejara de cortar la manzana - voy a dibujar una

bonita manzana , solo para que no parezca

como un corazón.

Asi.

Tienes una manzana de aspecto agradable, y siguieras cortando

en piezas más y más pequeñas.

Al final se obtiene una pieza tan pequeña, tan pequeña, que

no se puede cortar más..

Y estoy seguro de que algunos de estos filósofos fue por ahí

con un cuchillo y trató de hacerlo y sentían precisamente eso,

oh, si tan sólo pudiera conseguir que el cuchillo estuviera más afilado

podría seguir cortando una y otra vez.

Así que es una construcción completamente filosófica, que

francamente, en muchos sentidos, no es muy diferente a la forma en que

el átomo es en la actualidad.

No deja de ser una abstracción mental que nos permite

describir una gran cantidad de observaciones que vemos en el universo.

Pero de todos modos, estos filósofos también dijeron,en algún momento

imagina que haya una parte pequeña de una manzana

que no se pueda dividir más.

Y lo llamaron un átomo.

Y no sólo se aplica a una manzana,

esto es cierto para cualquier sustancia o cualquier elemento que

encuentras en el universo.

Y así, la palabra átomo es en realidad la traduciçon del griego para la palabra no cortable/incortable

Incortable o indivisible.

Incortable, que no se puede cortar más

Ahora sabemos que se puede dividir e incluso

y esto no es una cosa trivial, que no es la forma más pequeña de

materia que conocemos.

Ahora sabemos que un átomo se compone de otras

partículas fundamentales.

Y dejame escribir esto

Así que tenemos el neutrón.

Y voy a dibujar en un segundo cómo encajan entre sí y la

estructura de un átomo.

Tenemos un neutrón.

Tenemos un protón.

Y tenemos electrones.

Electrones.

Y es posible que ya estés familiarizado con esto si ves

viejos videos sobre proyectos atómicos, verás un dibujo

que se parece a algo como esto.

Vamos a ver si se puede dibujar uno

algo por el estilo.

Y tienes estas cosas dando vueltas

que se parecen a esto.

tienen órbitas que se parecen a esto.

Y tal vez algo que se parece a esto.

Y la idea general detrás de este tipo de dibujos nucleares

- Y estoy seguro de que todavía aparecen en algunos

laboratorios gubernamentales de defensa o algo así - es que

tienen un núcleo en el centro de un átomo.

Tene un núcleo en el centro de un átomo.

Y sabemos que un núcleo tiene protones y neutrones.

Neutrones y protones.

Y vamos a hablar un poco más acerca de los elementos y

cuántos neutrones y cuántos protones tienen..

Y luego en la órbita, y voy a usar la palabra órbita

ahora, a pesar de que vamos a aprender en dos minutos

que la palabra órbita es en realidad incorrecta e incluso

la forma incorrecta de visualizar mentalmente lo que

un electrón está haciendo.

Pero la vieja idea era que tienes estos electrones

orbitando alrededor del núcleo es muy similar a la forma en que la

Tierra orbita alrededor del Sol o la Luna

órbitas alrededor de la Tierra.

Y se ha demostrado que eso es en realidad

una idea muy equivocada.

Y cuando lleguemos a la mecánica cuántica vamos a aprender por qué

no funciona, cuáles son las contradicciones que surgen

cuando se trata de hacer un modelo de un electrón simulando que es un planeta

que gira alrededor del sol.

Pero esta era la idea original, y, francamente,

creo que esta es la manera más corriente

de visualizar un átomo.

Ahora,he dicho que un átomo es filosóficamente interesante.

¿Por qué es filosóficamente interesante?

Porque lo que ahora se ve como la forma aceptada de ver un

átomo de verdad empieza a desdibujar la línea entre nuestroa realidad física

y que todo en el mundo es sólo información, y

que en realidad no hay tal cosa como la materia real o

partículas reales ,sino la forma en se definen en nuestra vida cotidiana.

Ya sabes, para mí una partícula, oh, se parece

a un grano de arena.

Puedo recogerlo, tocarlo.

Mientras una ola, que podría ser como una onda de sonido. Podría ser

sólo este cambio en la energía a través del tiempo.

Pero vamos a aprender, especialmente cuando comenzemos con la mecánica cuántica,

que todo se vuelve complejo cúando empezamos a tratar

deaplicar escalas o tamaño a un átomo.

De todos modos, he dicho que esto era una forma incorrecta de hacerlo.

¿Cuál es la forma correcta?

Así que resulta que - esta es una imagen, no una imagen realmente,

sino también una representación.

Así que es una pregunta muy interesante, lo que acabo de decir.

¿Cómo se puede tener una imagen de un átomo?

Debido a que resulta que la mayoría de las longitudes de onda

de la luz, sobre todo las longitudes de onda de luz visible, son mucho más

grandes que el tamaño de un átomo.

Todo lo demás que, entre comillas, observes en

la vida, es por la luz reflejada.

Pero, de repente, cuando estás tratando con un átomo,

la luz que se refleja casi se podría ver como demasiado grande, o

demasiado contundente por el instrumento con el cual observar un átomo.

De todos modos, ésta es una representación de un átomo de helio.

Un átomo de helio tiene dos protones y dos neutrones.

O por lo menos en este átomo de helio tiene dos

protones y dos neutrones.

Y la forma en que se muestran aquí en el núcleo, a la derecha

aquí, tal vez estos son los dos - Estoy asumiendo que son

rojo para el protón y púrpura para el neutrón.

El color púrpura parece un color neutro.

Y están quietos en el centro de este átomo.

Y entonces toda esta neblina por ahí, esos son los

dos electrones que el helio tiene, o que por lo menos

este átomo de helio tiene.

Tal vez podríasganar o perder un electrón.

Pero estos son los dos electrones.

Y me dices: ey, Sal, ¿cómo pueden dos electrones crear este este desenfoque

que parcecen manchas en torno a este átomo.

Y aquí es donde se pone filosóficamente interesante.

No se puede describir la ruta de un electrón alrededor de un

núcleo con la idea de la órbita tradicional que hemos

encontrado cuando nos fijamos en los planetas o si simplemente imaginamos

cosas a mayor escala.

Resulta que en un electrón, no se puede saber con exactitud su

impulso y su ubicación en cualquier punto dado en el tiempo.

Todo lo que podemos saber es una distribución de probabilidad de

donde es probable que esté.

Y la forma en que mostraron esto, en el area negra hay mayor

probabilidad, por lo que es mucho más probable para encontrar el

electrón aquí de lo que es aquí.

Pero el electrón realmente podría estar en cualquier lugar.

Incluso podría estar aquí, aunque esta zona sea completamente blanca

aquí , con muy, muy, muy, muy, muy baja

probabilidad.

Y así, la función de donde está un electrón se llama

un orbital.

Orbital.

No se debe confundir con órbita.

Orbital.

Recuerde, una órbita era algo como esto.

Es como Venus girando alrededor del sol.

Esto es físicamente muy fácil para nosotros de imaginar.

Mientras que un orbital es en realidad una probabilidad matemática

la función que nos dice dónde es

probable encontrar un electrón.

Vamos a tratar esto mucho más cuando comenzemos coon la mecanica cuántica

mecánica, pero eso no va a ser en el ámbito de

esta clase de sistema de introducción de clases de química.

Pero es interesante, ¿verdad?

El comportamiento de un electrón es tan extraño a esa escala que

no puedes - quiero decir, llamarlo una partícula es casi engañoso.

Se le llama partícula, pero no es una partícula en el

sentido que estamos acostumbrados en nuestra vida cotidiana.

Es esta cosa que ni siquiera se puede decir exactamente dónde está.

Puede estar en cualquier parte de esta bruma.

Y vamos a aprender más tarde que hay diferentes formas de

neblinas, como si añadieramos más electrones a un átomo.

Pero para mí, empieza a abordar cuestiones filosóficas

sobre lo que la materia realmente es, o cosas que vemos, ¿cómo

de reales son?

O como de relaes son, al menos en lo que hemos definido como realidad?

De todos modos yo no quiero ponerme muy filosófico contigo

Pero toda la noción de electrones, protones,

ha sido enseñado basado en esta noción de cambio.

Y hemos hablado de eso antes, cuando aprendimos

La ley de Coulomb.

Puedes revisar los videos de las leyes de la física de Coulomb

en la lista de reproducción. Pero la idea es que un electrón

tiene una carga negativa.

Un protón, escrito a veces asi,

tiene una carga positiva.

Y un neutrón no tiene carga.

Y eso es lo que era tentador sobre el original

modelo de un electrón.

Decian: esto tiene carga positiva, ¿verdad?

Así que digamos que esto son dos neutrones y dos protones.

Digamos que es un átomo de helio.

Entonces vamos a tener algunas cargas positivas aquí.

Tenemos algunas cargas negativas aquí.

Y las cargas opuestas se atraen.

Y si estas cosas tuvieran cierta velocidad, la suficiente

velocidad, girarian en órbita alrededor de esto, de igual forma en que

un planeta gira en órbita alrededor del sol.

Pero ahora nos enteramos, a pesar de que esto es parcialmente cierto, que

cuanto más lejos está un electrón del núcleo,más

energía, potencia tiene.

que quiere avanzar hacia el núcleo, pero

por todos los mecanismos a nivel cuántico, no se

acaba de hacer algo tan simple como moverse en un camino así, como

un cometa haría alrededor del Sol, en realidad tiene este tipo

de comportamiento simila al de una onda, en el que sólo tiene esta

probabilidad de función que lo describe.

Sin embargo, cuanto más lejos un orbital,

más potencial tiene.

Vamos ahondar más en este tema en los videos de futuro.

Pero de todos modos, ¿cómo reconocer qué es un elemento?

He hablado mucho sobre la filosofía y todo eso,

pero ¿cómo sé que esto es helio?

¿Es por el número de neutrones que tiene?

¿Es por el número de protones que tiene?

¿Es por el número de electrones?

Bueno, la respuesta es que es por el número de protones.

Así que si sabes el número de protones de un elemento,

sabes que elemento es.

Y el número de protones, se define

como el número atómico.

Ahora bien, digamos ue digo que algo tiene cuatro protones.

¿Cómo sabemos lo que es?

Bueno, si no lo hemos aprendido de memoria, podríamos mirar hacia arriba en la

tabla periódica de elementos, que vamos a ver

mucho en este video.. Y te digo, oh, cuatro protones,

es el berilio.

Justo ahí.

Y el número atómico es el número que ves allí.

Y que es, literalmente, el número de protones.

Y eso es lo que diferencia

un átomo de otro.

Si tienes quince protones, estás hablando

de fósforo.

Y de repente, si tienes siete protones, se

trata de nitrógeno.

Si tienes ocho , se trata de oxígeno.

Eso es lo que define el elemento.

Ahora, vamos a hablar en el futuro sobre lo que ocurre con la carga

y todo eso.

O lo que pasa cuando ganan o pierden electrones.

Pero eso no cambia de que elemento estamos hablándo

Y del mismo modo, al cambiar el número de neutrones,

tampoco cambia el elemento del que hablamos.

Pero eso lleva a una pregunta obvia, y es : que número de

neutrones y electrones tiene?

Bueno, si un átomo tiene carga neutra, significa

que tiene el mismo número de electrones.

Así que digamos que tengo carbono.

Su número atómico es de seis.

Y digamos que su número de masa es de doce.

Ahora, ¿qué significa esto?

Y además, que es una partícula neutra.

Se trata de un átomo neutro.

Por lo que el número atómico del carbono es de seis.

Que nos dice exactamente cuántos protones tiene.

Así que si yo tuviera que diseñar un modelo aquí, y esto no es en

un modelo preciso.

Voy a dibujar seis-dos, tres, cuatro, cinco, seis

protones en el centro.

Y el peso de los protones, cada protón es una

unidad de masa atómica, y vamos a hablar más sobre la forma en que

se refiere a kilogramos. Es una muy pequeña

fracción de un kilogramo.

Más o menos creo que es 1,6 veces 10 a la

27a parte de un kilogramo.

Así que digamos que cada uno de estos son una unidad de masa atómica, y

que es aproximadamente igual a, creo, 1,67 veces 10 a la

menos 27 kilogramos. Este es un número muy pequeño.

De hecho, es casi imposible de visualizar.

Al menos lo es para mí.

Esto me dice que la masa del átomo de carbono entero, de este

átomo de carbono en particular.

Y esta realidad puede cambiar de átomo de carbono

a átomo de carbono.

Y esto es esencialmente la masa de todos los protones

además de todos los neutrones.

Y cada protón tiene una masa atómica de una, en unidades de masa atómica

y cada neutrón tiene una masa atómica de

una unidad de masa atómica.

Así que este es realmente el número de protones más

el número de neutrones.

En este caso tenemos seis protones, por lo que también debe haber

seis neutrones.

Seis neutrones más seis protones.

Ahora, ¿dónde están los electrones?

Bueno, he dicho antes que es neutro por lo que el protón tiene la misma

carga positiva como carga negativa del electrón.

Así que este es un átomo neutro, y tiene seis protones, por lo que también

tiene seis electrones.

Dejame dibujar esto

.

Por lo tanto, hemos dicho que tiene seis neutrones aquí.

Uno, dos, tres, cuatro, cinco, seis.

Ese es el núcleo aquí.

Y luego, si tuviéramos que dibujar los electrones, podría

dibujar como una mancha, pero si queremos de alguna manera visualizarlo un

poco mejor, podríamos decir, OK, va a haber seis

electrones en órbita.

Uno, dos, tres, cuatro, cinco, seis.

Y que van a estar moviéndose en esta impredecible

manera que tendríamos que describir con

una función de probabilidad.

Así que lo interesante de esto es que la mayoría de la masa

de un átomo está quieta aquí.

Quiero decir, puedes percibir que cuando las personas se preocupan por la

masa, cuando se preocupan por el número de masa atómica de un átomo,

hacen caso omiso de los electrones.

Y eso es porque la masa de un protón, un protón

masa-sabio, es igual a 1.836 electons.

Así que para pensar en la masa de un átomo, para fines básicos

puede ignorar la masa de un electrón.

En realidad es la masa del núcleo la que se considera como la

masa del átomo.

Ahora, puedes ver esta tabla periódica aquí, y

decir, OK, nos dan el número atómico quí arriba

El número atómico del oxígeno es ocho.

Esto significa que tiene ocho protones.

El número atómico del silicio es 14.

Cuenta con 14 protones.

Ahora, ¿qué es esto de aquí?

Vamos a ver, carbono.

En el carbono tienen puesto:12,0107.

Ese es el peso atómico del carbono.

Voy a escribirlo

Peso atómico del carbono.

El peso atómico del carbono es 12,0107.

Ahora, ¿qué significa eso?

Quiere decir que el carbono tiene seis protones y

el resto, el resto de 6,0107 neutrones, son una especie

de esta fracción de neutrones?

No.

Esto significa que si cojieras la media de todos las diferentes

versiones de carbono que se encuentra en el planeta y que el

promedio, el número de neutrones basado en la cantidad de

diferentes tipos de carbón, este es el

promedio que se obtendría.

Así que resulta que el carbón, en sus dos formas principales, y en la principal

que encuentras es el carbono-12.

Así que eso es así.

Así que tiene seis protones y seis neutrones.

Y luego otro isótopo del carbono.

Un isótopo es el mismo elemento con diferente

número de neutrones.

Otro isótopo del carbono es el carbono-14, que es mucho más

escaso en el planeta.

No sé hasta qué punto en el universo, pero si en nuestro planeta.

Ahora, si fueras a medirlos, no solo hacer el promedio

, entonces se obtendría de carbono-13 y el peso atómico

sería de 13, pero pesas este mucho más

porque existe en cantidades mucho más grandes en la Tierra.

Quiero decir, esto es casi todo el

carbono que se ve.

Pero hay poco de este.

Así que si los pesas adecuadamente, el promedio

se convierte en esto.

Así que la mayoría del carbono que va a encontrar - si acabas de encontrar

en algún lugar carbono, en promedio su peso enunidades de masa atómica

será 12,0107.

Pero la idea de un isótopo es muy interesante.

Recuerda que, al cambiar los neutrones, no modificas

el elemento real, fundamental.

apenas consigues un isótopo diferente, una diferente

versión del elemento.

Así pues, estas dos versiones de carbono son los dos isótopos.

Ahora, quiero dejar este vídeo con lo que creo que es

la idea más clara sobre los átomos. Y es

filosóficamente lo más interesante acerca de ellos.

Es que el tamaño relativo - tenemos estos electrones,

que representan muy poco de la masa de un átomo.

1 / 2000 de la masa de un átomo son los electrones.

E incluso asi , es difícil describirlos como

partículas, ya que ni siquiera podemos decir exactamente dónde y

a que velocidad una de estas partículas está en movimiento.

Sólo tienen una función de probabilidad.

Así que la mayor parte de los átomos está quieto en el interior del núcleo.

Y esto es lo interesante.

Si nos fijamos en un átomo, en promedio, si

ecimos que este es mi átomo.

Digamos que tiene dos átomos que están unidos el uno al otro.

Y yo digo, ¿cuánto de esto es algo real?

Y cuando digo cosas, que es un concepto muy abstracto, porque

estamos hablando del núcleo, ¿verdad?

Debido a que el núcleo es donde toda la

la masa está, todas las cosas.

Resulta que en realidad es una infinitesimal

pequeña fracción del volumen del átomo, donde - el volumen

del átomo es difícil de definir, ya que el electrón puede

más o menos estar en cualquier lugar, pero si vemos el volumen de

donde es más probable encontrar el electrón, o con un 90%

de probabilidad, entonces el

núcleo es, en muchos casos y la forma en que pienso en ello,

es que es aproximadamente 1 / 10, 000 del volumen.

Así que si lo piensas bien, si nos fijamos en algo, si

miras tu mano o si nos fijamos en la pared o si

echas un vistazo a su ordenador, el 99,99% del espacio está libre.

No es nada.

Es vacío.

Si tuvieras algo ultra-pequeño - Supongo que podríamos llamarlo

partículas o algo así - la mayoría de ellos pasarian directamente se irían directos

a través de lo que miras

Por lo que ya empieza

nuestra pregunta con la realidad.

¿Qué es lo que, si - y esto es un hecho, esto no es

teoría - que si se reduce algo a su forma màs fundamental

hasta el nivel atómico, la mayoría de los

espacios de ese tipo de, entre comillas objeto, es

vacío del espacio.

Podrias atravesarlo si pudieras llegar a

esa escala.

Esta imagen de un átomo de helio, lo pone aquí es

un femtometer.

¿No?

Un femtometer.

Esta es la escala del núcleo de un

átomo de helio, ¿verdad?

Un femtometer.

Esto es un un angstrom, ¿verdad?

Y dicen que equivale a 100.000 femtometers.

Y sólo para tener una idea de la escala, un angstrom es 1 vez

10 a la negativa de 10 metros, ¿verdad?

Asi que el átomo es más o menos en la escala de un angstrom.

En el caso del helio, el núcleo es

incluso una fracción más pequeña.

Es 1 / 100, 000.

Así que si usted tenía - vamos a decir que había helio líquido, que se había

tiene que ser muy frío para conseguir.

Si usted está mirando que, en su mayoría es espacio libre.

Si usted está buscando en una barra de hierro, la, gran, gran, gran

gran, gran mayoría, gran parte de ella es el espacio libre.

Y ni siquiera estamos hablando, tal vez hay algunos gratuitos

espacio en el interior del núcleo que se podría hablar

sobre en el futuro.

Pero para mí, que sólo me sorprende que la mayoría de cosas que ver

en realidad no son sólidos.

En realidad son sólo un espacio vacío, pero tienen un aspecto sólido

por la forma en la luz se refleja en ellos o las fuerzas de la

que nos repelen.

Pero en realidad no es algo para tocar allí.

Que la mayor parte de esto de aquí es todo el espacio libre.

Creo que he dicho la palabra espacio libre ahora, y creo que

Voy a dejar más

alucinante al siguiente vídeo.