Estructura molecular.
Àtomos, electrones, neutrones y protones 

Átomo

Átomo

El átomo es una estructura en la cual se organiza la materia en el mundo físico o en la naturaleza. Los átomos forman las moléculas, mientras que los átomos a su vez están formados por constituyentes subatómicos como los protones (con carga positiva), los neutrones (sin carga) y los electrones. (con carga negativa).

De un modo gràfico ¿Qué es un átomo? Imaginemos que tienemos un trozo de hierro. Lo partimos. Seguimos teniendo dos trozos de hierro pero más pequeños. Los vuelvemos a partir, otra vez... Cada vez tendremos más trozos más pequeños hasta que llegará un momento, en que si lo volviésemos a partir lo que nos quedaría ya no sería hierro, sería otro elemento de la tabla periódica. En este momento, podemos decir que lo que nos ha quedado es un átomo, un átomo de hierro.

Definición de átomo

De un modo más formal, definimos átomo como la partícula más pequeña en que un elemento puede ser dividido sin perder sus propiedades químicas.

El origen de la palabra átomo proviene del griego, que significa indivisible. En el momento que se bautizaron estas partículas se creía que efectivamente no se podían dividir, aunque hoy en dia sabemos que los átomos están formados por partículas aún más pequeñas, repartidas en las dos partes del àtomo, las llamadas partículas subatómicas.

Partes de un átomo

Definición de átomo

La estructura de un átomo resulta muy sencilla. Distinguimos dos partes de un átomo: núcleo y corteza.

El núcleo es la parte central de la estructura del átomo. En la parte del núcleo se encuentran los protones (partículas con carga positiva) y los neutrones (partículas sin carga eléctrica).

En la corteza, la parte exterior del átomo se encuentran los electrones (partículas con carga eléctrica negativa).

Los protones, neutrones y electrones son las partículas subatómicas que forman la estructura del átomo. Lo que diferencia a un átomo de otro es la relación que se establecen entre ellas.

Los electrones, de carga negativa, son las partículas subatómicas más ligeras. Los protones, de carga positiva, pesan unas 1.836 veces más que los electrones. Los neutrones, los únicos que no tienen carga eléctrica, pesan aproximadamente lo mismo que los protones.

Los protones y neutrones se encuentran agrupados en la parte central del átomo formado el núcleo atómico. Por este motivo también se les llama nucleones.

De este modo, la parte central del átomo, el núcleo atómico, tiene una carga positiva en la que se concentra casi toda su masa, mientras que en el escorzo alrededor del núcleo atómico hay un cierto número de electrones, cargados negativamente. La carga total del núcleo atómico (positiva) es igual a la carga negativa de los electrones, de modo que la carga eléctrica total del átomo sea neutra.

Modelo de Bohr

Esta descripción de los electrones orbitando alrededor del núcleo atómico corresponde al sencillo modelo de Bohr. Según la mecánica cuántica cada partícula tiene una función de onda que ocupa todo el espacio y los electrones no se encuentran localizados en órbitas aunque la probabilidad de presencia sea más alta a una cierta distancia del núcleo.

Propiedades de los átomos

Las unidades básicas de la química son los átomos. Durante las reacciones químicas los átomos se conservan como tales, no se crean ni se destruyen, pero se organizan de manera diferente creando enlaces diferentes entre un átomo y otro.

Los átomos se agrupan formando moléculas y otros tipos de materiales. Cada tipo de molécula es la combinación de un cierto número de átomos enlazados entre ellos de una manera específica.

Según la composición de cada átomo se diferencian los distintos elementos químicos representados en la tabla periódica de los elementos químicos. En esta tabla podemos encontrar el número atómico y el número másico de cada elemento:

  • Número atómico, se representa con la letra Z, indica la cantidad de protones que presenta un átomo, que es igual a la de electrones. Todos los átomos con un mismo número de protones pertenecen al mismo elemento y tienen las mismas propiedades químicas. Por ejemplo todos los átomos con un protón serán de hidrógeno (Z = 1), todos los átomos con dos protones serán de helio (Z = 2).
  • Número másico, se representa con la letra A, y hace referencia a la suma de protones y neutrones que contiene el elemento. Los isótopos son dos átomos con el mismo número de protones, pero diferente número de neutrones. Los isótopos de un mismo elemento, tienen unas propiedades químicas y físicas muy parecidas entre sí.

Tabla periódica de los elementos. Características de los átomos.

Los átomos y sus isótopos

Sucede que los átomos de un elemento no tienen todos el mismo número de neutrones en el núcleo. Esto se llama isótopo. Los isótopos tienen (casi) las mismas propiedades químicas, pero otras propiedades físicas. Se conoce más de un isótopo de prácticamente todos los elementos. Además, es posible producir nuevos átomos con reacciones nucleares, pero a menudo son inestables y sufren un deterioro radioactivo.

Los isótopos són muy importantes en la industria de la energía nuclear puesto que manipulándolos se pueden generar variantes (isótopos) más inestables que favorezcan las reacciones de fisión nuclear. El enriquecimiento de uranio es, precisamiente, el convertir un isótopo de uranio en otro isótopo de uranio más inestable.

Historia de la teoría atómica

El concepto de átomo es muy antiguo. Incluso Demokritos sugirió que todo está hecho de átomos y vacío, y debido a que no hay vacío en los átomos, son indivisibles, porque solo el vacío puede separar las canciones entre sí.

El concepto de átomo en química fue introducido por John Dalton a principios del siglo XIX. Con ello, explicó en particular la ley de los coeficientes de peso múltiple. Esta ley dice que si dos elementos forman más de un compuesto, entonces las cantidades de un elemento que pueden coincidir con la misma cantidad de otro elemento están en una proporción entera simple, generalmente pequeña.

A principios del siglo XIX, esta teoría y las reacciones químicas permitieron determinar muy de cerca la relación entre las masas de los átomos de diferentes elementos. Sin embargo, aún no se sabía cuán grandes eran sus masas en una fracción de un gramo, solo se conocían sus masas relativas. Por lo tanto, fue necesario introducir una unidad especial de masa atómica que se definió inicialmente como la masa del átomo de hidrógeno. (Hoy en día se define como 1/12 de la masa del átomo de carbono-12).

Al mismo tiempo, la termo-teoría y la teoría del gas cinético estrechamente relacionada, que también requería gas consistente en moléculas, también se desarrollaron rápidamente. Ley de avogadro, basada en la teoría del gas cinético. También resultó útil para determinar las masas atómicas de elementos gaseosos.

Sin embargo, en el siglo XIX, la teoría atómica era de particular importancia en la química orgánica. A través de diversas reacciones químicas, se extrajeron conclusiones de gran alcance sobre la estructura de las moléculas orgánicas y el orden en que los átomos se ubican entre sí. Cuando mucho más tarde las estructuras de las moléculas orgánicas también podían estudiarse con rayos X, las conclusiones hechas por los químicos demostraron ser correctas en la mayoría de los casos.

La teoría atómica fue aceptada rápidamente por los científicos, aunque todavía existían dudas a finales del siglo XIX, por ejemplo Ernst Mach. Solo los resultados de la radioactividad y la explicación del movimiento de Albert por Albert Einstein en 1905 finalmente resolvieron la disputa y permitieron determinar la relación entre la unidad de masa atómica y el gramo.

Al igual que la democracia, Dalton y la comunidad científica mucho después de él mantuvieron el átomo indivisible. Sin embargo, el estudio de la electrólisis hacia la conclusión de que el átomo puede obtener una carga eléctrica, es decir, ionizado, condujo gradualmente a la suposición de que también hay partículas más pequeñas cargadas eléctricamente.

Modelos atómicos

Hace poco más de 2.000 años, el filósofo Platón introdujo los átomos en varios elementos de los timios. Combinó un polígono regular, la llamada pieza platónica, en cada elemento clásico: tierra, aire, fuego y agua, de modo que la tierra era equivalente a un cubo, un octaedro de aire, un icosaedro de agua y un tetraedro de fuego. Platón pensaba que cada elemento estaba formado por sus propios átomos, como suponen las teorías actuales.

De los modelos atómicos actuales, basados ​​en hallazgos científicos, el primero es el patrón de bulbo del buscador de electrones Joseph Thomson. Se había encontrado que el átomo era eléctricamente neutro pero estaba formado por partículas cargadas de diferentes marcas. Según la teoría clásica, el único modelo atómico permanente posible era uno en el que las partículas positivas y negativas se distribuyen uniformemente al átomo.

Sin embargo, Ernest Rutherford hizo un experimento en el que bombardeó una delgada lámina de oro con partículas alfa. Para su gran sorpresa, descubrió que una pequeña parte de las partículas rebotaba a través de las demás, como si la mayoría del átomo estuviera vacío y solo un pequeño núcleo contenía toda la masa. Rutherford terminó en un modelo de sistema solar donde los electrones circulan un núcleo positivo de la misma manera que los planetas del sol. Sin embargo, el modelo atómico de Rutherford no sería estable, según la física clásica, porque los electrones en el movimiento circular pronto irradiarían su energía.

Niels Bohr resolvió el problema argumentando que los electrones hacen circular el núcleo solo en ciertos caminos estacionarios permanentes. En el modelo de Bohr, los electrones solo se emiten cuando se mueven de una pista a otra al absorber o emitir un fotón. Las debilidades del modelo están relacionadas con el hecho de que de ninguna manera explica este cuanto.

Finalmente, físicos como Erwin Schrödinger recibieron la mecánica cuántica desarrollada. El modelo atómico en el que los electrones forman nubes de probabilidad alrededor del núcleo: nunca se sabe con seguridad dónde está el electrón, pero es como si se extendiera por el espacio. Debido a la complejidad y la racionalidad de la mecánica cuántica, los modelos simples de Rutherford y Bohr todavía se utilizan en la enseñanza, y la mayoría de las personas todavía piensa en los átomos como pequeños sistemas solares. Sin embargo, el modelo atómico mecánico cuántico ha demostrado ser válido en muchos experimentos extremos.

valoración: 4.4 - votos 675

Última revisión: 28 de octubre de 2016

Volver