11. Postulado de identidad | 🎱 El átomo químico | Joseleg

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Todos los átomos de un mismo elemento son idénticos entre sí, poseen igual tamaño, masa y comportamiento físico y químico 

Al igual que 1 es diferente de 2 o una pera es diferente de una manzana, un átomo de hidrogeno es diferente de un átomo de oxígeno en propiedades físicas como la masa, o en propiedades químicas como sus posibles reacciones y productos con otros elementos. Esto se traslada pictóricamente al hecho de que el átomo de cada elemento se representa con un símbolo propio, que originalmente eran esferas.

Colores de las esferas daltonianas

Debido a que John Dalton era daltónico “ceguera a algunos colores” el código original para los elementos eran esferas con símbolos internos. Por lo que podemos representar el átomo daltoniano como una esfera sólida sin estructura interna que se diferencia de otras por sus propiedades, siendo la masa la más relevante.

Figura 11‑1.  Modelo atómico de Dalton. La identidad del átomo de Dalton estaba dictada por su masa y por ende, por su tamaño. Dalton sin embargo los diferenció por símbolo, siendo estos arbitrarios.

Durante la etapa introductoria del curso de química general,  los textos también emplean círculos o esferas, pero como la mayoría no somos daltónicos “como si lo era Dalton” en lugar de símbolos generalmente empleamos un código de colores. Estos colores se denominan código CPK. Es probable que los colores de CPK se hayan inspirado en modelos del siglo XIX. Aparentemente, August Wilhelm von Hofmann fue el primero en introducir modelos moleculares en la química orgánica, luego de la introducción de la teoría de la estructura química de August Kekule en 1858 y la introducción de fórmulas estructurales impresas de Alexander Crum Brown en 1861. En un discurso de viernes por la noche en la Royal Institution de Londres el 7 de abril de 1865, mostró modelos moleculares de sustancias orgánicas simples como metano, etano y cloruro de metilo, que había construido a partir de bolas de croquet de mesa de diferentes colores conectadas entre sí con tubos delgados de latón. El esquema de color original de Hofmann (carbono = negro, hidrógeno = blanco, nitrógeno = azul, oxígeno = rojo, cloro = verde y azufre = amarillo) ha evolucionado hacia los esquemas de color posteriores (Ollis, 1972).

Figura 11‑2.  Código de colores CPK. Existen otras versiones de este código, por ejemplo, la más común es que todos los halógenos se representan verdes.

Varios de los colores CPK se refieren mnemotécnicamente a colores de elementos puros o compuestos notables. Por ejemplo, el hidrógeno es un gas incoloro, el carbono como carbón, grafito o coque es negro, el azufre en polvo es amarillo, el cloro es un gas verdoso, el bromo es un líquido rojo oscuro, el yodo en el éter es violeta, el fósforo amorfo es rojo, el óxido de hierro III es rojo anaranjado oscuro, etc. Para algunos colores, como los de oxígeno y nitrógeno, la inspiración es menos clara. Quizás el rojo para el oxígeno esté inspirado en el hecho de que normalmente se requiere oxígeno para la combustión o que el químico que contiene oxígeno en la sangre, la hemoglobina, es de color rojo brillante, y el azul para el nitrógeno en el hecho de que el nitrógeno es el componente principal de la atmósfera terrestre. que aparece a los ojos humanos como de color azul cielo. La nomenclatura CPK es muy empleada para la elaboración de modelos moleculares de plástico o figuras con esferas.

Figura 11‑3.  Juego de modelos moleculares de plástico empleando la nomenclatura CPK básica, em la caja tenemos nitrógeno (azules) hidrógeno (blancas), carbono (negras) azufre (amarillas) halógenos (verdes) y oxígeno (rojas).

Figura 11‑4.  La nomenclatura CPK también es empleada para representar pictóricamente los átomos en dibujos sencillos.

Símbolo atómico

Sin embargo, dibujar esferas de colores es molesto a la hora de hacer u modelo matemático, por lo que un elemento en general se representa actualmente mediante el símbolo atómico, un conjunto de una o dos letras que normalmente es el nombre del elemento, aunque puede que el nombre usado no sea el de su idioma, y por eso elementos como sodio se representan con Na, pues se usa el nombre en latín Natrum. Recuerde que la mayúscula y la minúscula cuentan, una combinación de una mayúscula y una minúscula como en Ni representa un solo símbolo atómico, en este caso níquel, pero una combinación de dos mayúsculas NI representa dos símbolos atómicos consecutivos, pero de elementos distintos, en este caso nitrógeno y yodo.

Ejemplo. Identifique si las siguientes parejas de letras representan un solo símbolo atómico o dos símbolos consecutivos Co CO Si SI Cs CS.

Ejemplo. Identifique si las siguientes parejas de letras representan un solo símbolo atómico o dos símbolos consecutivos Sn SN Sb SB Sc SC.

Modelo matemático

¿Cómo se lee el principio de identidad atómica matemáticamente? Hay dos opciones, la primera es una suma de átomos que tienen la misma identidad.

 

Recuerde que una suma solo me permite sumar cosas con la misma identidad, si tengo una manzana más otra manzana, pues obtengo dos manzanas, pero no puedo sumar una manzana y una pera, pues sus identidades son distintas.

Ejemplo. Un sistema posee inicialmente 1.0 x 10⁷ átomos de hidrógeno. Determine la cantidad de átomos totales si se agrega 8.5 x 10⁶ átomos de hidrógeno.

Una segunda ecuación que podemos desprender del principio de identidad es que un átomo de un elemento dado tiene una masa atómica específica para ese elemento (I), entonces, la masa de un cuerpo puro dependerá de la cantidad de átomos, y de la masa de un solo átomo de ese mismo elemento.

La masa atómica ma_I es propia de cada elemento del mismo modo en que cada elemento parecía tener una masa relativa propia cuando se la ponderaba con otras magnitudes como el volumen. Eso se sabía desde la época clásica cuando Arquímedes empleó la densidad como una medida para identificar la identidad y pureza del oro con respecto a aleaciones de plata menos valiosas. Aunque Dalton y los atomistas solo podían soñar con hacer los cálculos siguientes:

Ejemplo. Calcule la masa en gramos de 1.0 x 10³⁰ átomos de hidrógeno si la masa atómica de un solo átomo de hidrógeno es 1.66 x 10^-27 kg.