ATOMO En química y física, átomo (del latín atomus, y éste del griego άτομος, indivisible) es la unidad más pequeña de un elemento químico que mantiene.

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1 ATOMO En química y física, átomo (del latín atomus, y éste del griego άτομος, indivisible) es la unidad más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades y que no es posible dividir mediante procesos químicos.

2 Atomo Particle Location Weight Charge Proton Nucleus 1.0073 amu
Positive Neutron amu Neutral Electrons Electron Cloud amu Negative

3 El estado de la materia o número de oxidación se define como la suma de cargas positivas y negativas de un átomo Los protones de un átomo tienen carga positiva Los electrones de un átomo tienen carga negativa

4 CATIONES Si el átomo cede un electrón (-) y las cargas positivas de los protones (+) no son compensadas se obtiene un ion con carga positiva (catión) A+ y se dice que es un ion monopositivo; su estado de oxidación es de 1+.

5 ANIONES Si el átomo acepta un electrón (-) y los protones (+) no compensan la carga de los electrones, obteniéndose un ion mononegativo(anión), A-. El estado de oxidación de los iones se indica mediante un superíndice después del símbolo del elemento, como ya se ha visto en Fe3+, o por ejemplo, en el oxígeno (II), O2-.

6 Elemento El término elemento químico hace referencia a una clase de átomos, todos ellos con el mismo número de protones en su núcleo. El número de protones en el núcleo determina las propiedades químicas del átomo y qué elemento químico es. El número atómico de un elemento indica el número de protones de su núcleo

7 MOLÉCULA En química, una molécula es una partícula formada por un conjunto de átomos ligados por enlaces covalentes o metálicos (en el caso del enlace iónico no se consideran moléculas, sino redes cristalinas)

8 Enlace Covalente los electrones de enlace son compartidos por ambos átomos.

9 Estructura Nuclear La estructura nuclear de un átomo específico se define por el número de protones (Z) lo cual define el elemento. El número de neutrones (N) define el isótopo de ese elemento. Para un átomo dado, la suma de protones y neutrones nos da la masa atómica (A).

10 12 C 6 Masa atómica (del núcleo) Número atómico Para que el átomo
sea neutro protones= electrones

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12 GRUPOS A las columnas verticales de la Tabla Periódica se las conoce como grupos. Todos los elementos que pertenecen a un grupo tienen la misma valencia, y por ello, tienen características o propiedades similares entre si. Por ejemplo los elementos en el grupo IA tienen valencia de 1 (un electrón su último nivel de energía) y todos tienden a perder ese electrón al enlazarse como iones positivos de +1. Los elementos en el último grupo de la derecha son los Gases Nobles, los cuales tienen su último nivel de energía lleno (regla del octeto) y por ello son todos extremadamente no-reactivos.

13 ISÓTOPOS La palabra isótopo, del idioma griego "en el mismo sitio", se usa para indicar que todos los isótopos de un mismo elemento se encuentran en el mismo sitio de la tabla periódica.

14 Ej.: el 99% del carbono tiene 6 protones y
6 neutrones (d12C, ligero y abundante), el otro 1% tiene 7 neutrones (d13C, pesado)

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16 En la naturaleza el ELEMENTO carbono se presenta como una mezcla de tres isótopos con números de masa 12, 13 y 14: 12C, 13C y 14C. Sus abundancias respecto a la cantidad global de carbono son respectivamente: 98,89%, 1,11% y trazas.

17 Los elementos están formados por mezclas de átomos que contienen diferentes números de neutrones y por tanto diferentes masas. Las diferencias radica en sus núcleos (protones + neutrones) Los átomos que tienen el mismo número de protones pero diferente número de neutrones se conocen como ISOTOPOS. Las masas de estas mezclas isotópicas (pesos atómicos) nos darán la masa del elemento (C = 12,01115).

18 La estabilidad de un núcleo puede expresarse en términos de la energía de amarre nuclear, que es la energía que hay que suministrarle al núcleo para disociarlo completamente, separando entre sí todos sus protones y neutrones.

19 Para que ocurra el proceso de desintegración la masa del núcleo original debe ser suficiente como para dar lugar a la formación de núcleos producto y la energía de amarre nuclear original debe ser mas baja que la energía de amarre de los nucleos productos. Si esta condición no se cumple, el proceso no puede ocurrir espontáneamente y se dice que el núcleo es estable contra la desintegración.

20 Los protones y los neutrones pueden migrar por todo el interior de un núcleo.
Por lo tanto, se puede considerar la probabilidad de que un protón o neutrón dado, se encuentre en una cierta región. Hay una chance minúscula de que un compuesto formado por dos protones y dos neutrones (una partícula alfa) pueda emigrar hacia el exterior del núcleo. Hay mayor chance de que ésto ocurra en un núcleo grande que en uno pequeño. Esta partícula alfa estará libre de la fuerza fuerte residual que la mantenía atrapada en el interior del núcleo y, del mismo modo que un resorte, liberado repentinamente, la partícula alfa cargada se "lanzará" fuera del núcleo.

21 Las partículas alfa pueden ser detenidas por medio de una hoja de papel; las partículas beta por aluminio; y la radiación gama con un bloque de plomo

22 d12C d13C ¿Qué es un isótopo? Inestables o Radioactivos Estables
6+ 6± 6ê Inestables o Radioactivos Estables d12C d13C Ligero Pesado

23 ¿Cómo los medimos? Aceleración Ionización Deflexión Detección
electromagneto a bomba de vacío Vaporizado de muestra Deflexión Detección Amplificador Registrador

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25 Estos isótopos son normalmente reportados como valores “delta” (d) en partes por mil (‰):
‰ = (Rmuestra/Restándar - 1)1000 “R” es la relación del isótopo pesado al ligero en la muestra y el estándar de composición conocida. Ej. de estándares: PDB (Pee Dee Belemnite) para carbono; SMOW ("Standard Mean Ocean Water" para oxígeno e hidrógeno; AIRE atmosférico para nitrógeno; CDT (Cañon Diablo Troilite) para azufre.

26 Un valor positivo significa que la muestra contiene más del isótopo pesado que el estándar; p.e. un d15N de +30‰ significa que hay 30 partes-por-mil o 3% mas de d15N en la muestra en relación al estándar

27 El uso de la isotopía estable se ha convertido en una herramienta estándar en múltiples estudios de diversas disciplinas, en particular en: ciencias de la tierra del mar y del ambiente

28 Principios básicos Los isótopos de un elemento tienen ligeras diferencias en sus propiedades físico-químicas debido a sus diferencias de masas; en particular, los elementos de bajo peso atómico (p.e. CHONS).

29 Estas diferencias son suficientes para que muchos procesos físicos, químicos y biológicos “fraccionen” o cambien la proporción relativa de los isótopos (efectos de rxn de equilibrio, de rxn cinéticas y procesos de difusión) dejando una “firma distintiva” del proceso o reacción.

30 Velocidad de rxn del isótopo pesado es mas baja que la del isótopo ligero.
Resultado: hay un enriquecimiento del isótopo pesado en los reactivos (sustrato) y enriquecimiento del isótopo ligero en el producto.

31 Los procesos biológicos, generalmente unidireccionales, son excelentes ejemplos de fraccionamiento isotópico por rxn cinética. En general, reacciones lentas muestran más grande fraccionación que las procesos más rápidos debido a que el organismo tiene tiempo para ser más selectivo.

32 Los isótopos mas pesados serán enriquecidos:
en los compuestos con mas alto nivel de oxidación, por ejemplo: d34Ssulfato>d34Ssulfuro en la fase mas densa del mismo compuesto, por ejemplo: d18Osólido>d18Olíquido>d18Ovapor

33 El avance logrado en la tecnología de la espectrometría de masas permite hoy en día analizar las pequeñas variaciones naturales con extremada exactitud y precisión

34 Variaciones en la abundancia de isotopos estables entre diferentes compuestos.
El enlace químico es mas fuerte en moléculas con isótopos mas pesados. moléculas mas dificiles de romper ( Fraccionacion cinetica) Diferencias en las propiedades físicas de las moleculas con isotopos mas pesados. Fraccionacion difusiva Fraccionacion en equilibrio.

35 En la fraccionación cinética, la tasa de una reacción enzimatica es más rápida con substratos que contienen la forma isotópica mas ligera que en reacciones que involucran la forma isotópica mas pesada. Como consecuencia, habrá diferencias en las abundancias de los isótopos estables entre substratos y productos.

36 Estas diferencias ocurrirán a menos que todo el substrato sea consumido. En este caso no habría diferencia en la composición isotópica del substrato y del producto. Expression of a significant kinetic fractionation in most biological reactions involves substrates at branch points in metabolism, such as the initial fixation of CO2 in photosynthesis.

37 when the reaction rate of one isotope of an element is greater than that of the other isotopes, we say that there has been an isotopic discrimination For example for carbon the source is usually atmospheric CO2. If the delta value of atmospheric CO2 is -8‰, and C, as it occurs subsequently as starch inside a leaf is -28‰, then a discrimination of 20‰ has occurred

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