Estructura atómica

Teoría del Plan Común · Lote 1

1.1 Clasificación de la materia

En una línea: todo lo que puedes separar sin una reacción química es una mezcla.

Lo primero que hay que soltar es la idea de que "puro" significa "limpio" o "bueno". En química, puro significa de composición fija. El agua destilada es pura. El agua mineral no, y no por eso está sucia: tiene sales disueltas, y esas sales se pueden sacar sin romper ninguna molécula de agua.

Ese es el criterio, y es el único que importa:

¿Puedo separar sus componentes sin una reacción química? Si sí → mezcla. Si no → sustancia pura.

Dentro de las sustancias puras hay dos clases. Un elemento está hecho de un solo tipo de átomo (Fe, O₂, He). Un compuesto tiene dos o más tipos de átomo unidos en una proporción fija (H₂O siempre es dos de hidrógeno por uno de oxígeno, nunca 1,7). Para separar un compuesto sí hace falta una reacción: electrolizar agua rompe enlaces, y eso ya es química, no física.

Homogénea y heterogénea: se cuentan fases, no ingredientes

Una mezcla es homogénea si se ve una sola fase, y heterogénea si se distinguen dos o más. Una fase es una porción con las mismas propiedades en todo su interior.

El error de casi todos es contar ingredientes. El agua de mar tiene decenas de sales distintas y es homogénea: se ve una sola cosa. El aceite con agua tiene dos ingredientes y es heterogénea: se ven dos capas.

Y el estado no decide nada. Hay mezclas homogéneas en los tres:

Una aleación es una mezcla homogénea sólida. Es el ejemplo con el que la PAES pilla a quien cree que "sólido = heterogéneo".

Cómo lo pregunta la PAES

Te dan una lista —agua destilada, aire, bronce, granito, sal de mesa— y te piden clasificarlas. La respuesta se arma en dos pasos: primero ¿se separa sin reacción?, después ¿cuántas fases veo?

El error que cuesta puntos

Creer que una mezcla homogénea tiene "un solo componente". Tiene los que sea, pero repartidos de forma tan pareja que no se distinguen. Homogéneo describe cómo se ve, no de cuántas cosas está hecho.

1.2 Separación de mezclas

En una línea: cada método explota una propiedad física distinta — elige el método mirando qué propiedad diferencia a los componentes.

No hay que memorizar la tabla. Hay que preguntarse en qué se diferencian las cosas que quiero separar, y el método sale solo.

Filtración vs. decantación es donde se pierde el punto. Filtras cuando hay un sólido que no se disolvió: el papel lo retiene. Decantas cuando hay dos líquidos que no se mezclan y forman capas: dejas salir la de abajo. Si intentas filtrar agua salada no sacas nada, porque la sal está disuelta — pasa por el filtro junto con el agua.

La destilación es la única que separa lo disuelto. Calientas, el componente de menor punto de ebullición se va primero como vapor, lo enfrías aparte y lo recoges. Así se separa alcohol de agua (el alcohol hierve a 78 °C, el agua a 100 °C), y así se saca agua pura del agua de mar.

Cómo lo pregunta la PAES

El enunciado describe una mezcla concreta y pregunta qué método usar, o en qué orden usar dos. Con tres componentes casi siempre es: primero lo que se separa por tamaño o por fase, al final lo disuelto.

El error que cuesta puntos

Elegir filtración para algo disuelto. Si el enunciado dice "disuelto", "soluble" o "disolución", el filtro no sirve — necesitas destilación o evaporación.

1.3 Propiedades físicas de los elementos

En una línea: las propiedades que no dependen de cuánta materia tengas son las que sirven para identificarla.

Hay dos clases de propiedad, y la distinción es toda la unidad:

• Extensivas: dependen de la cantidad. Masa, volumen, largo. Un kilo de cobre tiene el doble de masa que medio kilo.
• Intensivas: no dependen de la cantidad. Densidad, punto de fusión, punto de ebullición, color. Un kilo de cobre y medio kilo tienen exactamente la misma densidad.

Solo las intensivas identifican una sustancia. Por eso la densidad aparece tanto:

$$d = \frac{m}{V}$$

Es un cociente de dos extensivas, y esa división es justamente lo que cancela la dependencia del tamaño.

Los puntos de cambio de estado te dicen el estado a cualquier temperatura

Con la temperatura de fusión (T_f) y la de ebullición (T_e) de una sustancia, sabes en qué estado está a la temperatura que sea:

Esa tabla resuelve por sí sola una pregunta completa de la PAES: te dan una tabla con cuatro sustancias y sus dos temperaturas, te dicen "a 25 °C", y preguntan cuál es líquida. Buscas la que cumple T_f < 25 < T_e.

Cómo lo pregunta la PAES

Casi siempre con una tabla de datos que hay que leer, no calcular. La habilidad evaluada es interpretar la tabla, no aplicar una fórmula.

El error que cuesta puntos

Usar la masa para identificar una sustancia. Dos trozos del mismo material pesan distinto si son de distinto tamaño; lo que comparten es la densidad.

1.4 Modelos atómicos

En una línea: cada modelo cayó por un experimento concreto — si sabes cuál, no necesitas memorizar el orden.

Esto se estudia como una lista de nombres y se olvida en una semana. Estudiado como una cadena de experimentos, se sostiene solo: cada modelo nuevo existe porque apareció una observación que el anterior no podía explicar.

Dalton (1808). El átomo es una esfera maciza e indivisible. Explicaba que los compuestos tengan proporciones fijas. → Cae cuando Thomson descubre el electrón: si hay partículas más chicas adentro, el átomo no es indivisible.

Thomson (1904), el "budín de pasas". Una esfera de carga positiva con electrones incrustados. Materia positiva repartida de forma pareja por todo el volumen. → Cae con la lámina de oro.

Rutherford (1911). Bombardea una lámina de oro finísima con partículas alfa (positivas). Casi todas pasan de largo, pero unas pocas rebotan hacia atrás.

Ese rebote es el dato que hay que entender, porque es lo que más se pregunta. Si la carga positiva estuviera repartida como decía Thomson, ninguna partícula encontraría una concentración suficiente para devolverla. Que unas pocas reboten significa dos cosas a la vez:

1. Toda la carga positiva y casi toda la masa están concentradas en un núcleo diminuto — por eso el rebote es violento.
2. El resto del átomo está casi vacío — por eso la enorme mayoría pasa sin desviarse.

→ Cae porque un electrón girando debería perder energía y caer al núcleo. El átomo de Rutherford sería inestable.

Bohr (1913). Los electrones solo pueden estar en órbitas de energía fija, y no irradian mientras se quedan en una. Cambian de órbita solo absorbiendo o emitiendo un paquete exacto de energía. → La evidencia son los espectros de emisión: al excitar un gas no emite todos los colores, sino unas pocas líneas nítidas. Si la energía pudiera valer cualquier cosa, el espectro sería continuo. Que sea de líneas prueba que los niveles están cuantizados.

Cómo lo pregunta la PAES

Casi nunca "¿quién propuso qué?". Casi siempre "¿qué evidencia sostiene o refuta tal modelo?" — es una pregunta de análisis, no de memoria.

El error que cuesta puntos

Decir que Rutherford descubrió el núcleo porque "la mayoría de las partículas pasó de largo". Eso prueba que el átomo está vacío. Lo que prueba que hay núcleo es que unas pocas rebotaron.

1.5 Partículas subatómicas

En una línea: Z dice qué elemento es; A dice cuánto pesa; cambiar Z cambia el elemento, cambiar A no.

$$Z = \text{protones} \qquad A = \text{protones} + \text{neutrones} \qquad \text{neutrones} = A - Z$$

Z es la identidad del elemento. Todo átomo con 6 protones es carbono, siempre. Si cambias Z, cambiaste de elemento — eso es una reacción nuclear, no química.

El electrón casi no pesa. Su masa es unas 1836 veces menor que la del protón, por eso A solo cuenta protones y neutrones. Pero sí manda en el comportamiento químico: toda la química son los electrones.

Isótopos e isóbaros

• Isótopos: mismo Z, distinto A. Mismo elemento, distinto número de neutrones. El carbono-12 y el carbono-14 son los dos carbono.
• Isóbaros: mismo A, distinto Z. Elementos distintos que pesan parecido.

El truco para no confundirlos está en la palabra: isó-topo es el mismo lugar en la tabla periódica (mismo elemento); isó-baro es el mismo peso.

Iones

Un ion se forma ganando o perdiendo electrones, nunca protones:

• Catión (+): perdió electrones. Ca²⁺ tiene 20 protones y 18 electrones.
• Anión (−): ganó electrones. Cl⁻ tiene 17 protones y 18 electrones.

Z no cambia al formarse un ion. Sigue siendo el mismo elemento.

Cómo lo pregunta la PAES

Te dan la notación $^{A}_{Z}X$ con o sin carga y piden contar partículas. Con la fórmula de arriba y la regla del ion, sale siempre.

El error que cuesta puntos

Restar la carga a los protones. Un ion 2+ no perdió protones: perdió dos electrones. Los protones son los que hacen que siga siendo el mismo elemento.