Qué es un átomo
Es la unidad de partículas más pequeña existente como sustancia simple, pudiendo intervenir en una combinación química. A lo largo de los siglos, los conocimientos limitados que se tenían sobre el átomo, sólo fueron objeto de conjeturas y suposiciones, por lo que no se pudieron obtener datos concretos sino hasta muchos años después.
En los siglos XVIII y XIX, el científico inglés John Dalton sugirió la existencia de los átomos como una unidad extremadamente pequeña, de la cual estaría compuesta toda la materia, les asignó masa y los representó como esferas macizas e indivisibles.
Esta palabra se deriva del latín «atŏmus».
Historia del átomo
El primer registro de la palabra, así como de la teoría que la envuelve, data del siglo V antes de Cristo. Fue de la mano del griego Demócrito, junto a su mentor Leucipo quienes desarrollaron “La teoría atómica del universo”. Sin embargo, la teoría fue ignorada y dejada en el olvido. Cabe destacar que esta teoría era más un concepto filosófico y no científico.
Muchos siglos después, el concepto fue revisado por científicos como Newton y Boyle, incluso filósofos como Galileo hicieron menciones acerca de la posible existencia de algo que conforme la masa a nivel atómico o molecular.
Fue en 1808, de la mano del químico inglés John Dalton que se formó la primera teoría atómica moderna, en la que se sustentó un modelo de átomo con experimentos.
El químico inglés empleó el modelo atómico para explicar las reacciones de algunos elementos químicos en patrones predecibles.
Dalton comenzó con la pregunta de por qué los elementos reaccionan en proporciones de números enteros pequeños y concluyó que estas reacciones se producían en múltiplos enteros de unidades discretas, en otras palabras, átomos.
A través de una serie de experimentos con gases, Dalton desarrolló su modelo atómico, en lo que se conoce como la Teoría Atómica de Dalton, que sigue siendo uno de los pilares de la química y física actual.
Partes del átomo
La estructura atómica es particularmente sencilla, está formada por tres partes principales, el protón, el neutrón y el electrón, estas partículas del átomo son llamadas subatómicas y dos de ellas se encuentran cargadas.
Los electrones poseen una carga negativa, los neutrones por otro lado, tienen carga neutra, mientras que los protones gozan de una carga positiva.
Núcleo
Se conoce como núcleo a la parte más densa y central de un átomo, está compuesto por los protones y neutrones.
Su carga es positiva, puesto que el protón siempre tiene carga positiva, mientras que el neutrón tiene carga neutra. En el núcleo se encuentra hasta el 99,9% de la masa.
El núcleo es muy estable, indistintamente de que los protones al tener carga igual se repelan entre sí, similar a lo que ocurre cuando se encuentran dos polos iguales de los imanes.
Protones
Esta partícula se encuentra en el núcleo, formando parte de los nucleones, y su carga es positiva. Aportan cerca del 50% de la masa total, su masa es equivalente a 1836 veces la de un electrón. Sin embargo, presentan una ligera cantidad menor de masa que los neutrones. El protón no es una partícula elemental, ya que está compuesto por tres quarks (que es un tipo de fermión, una de las dos partículas elementales existentes).
El número de protones presentes en el núcleo son los que determinan a qué elemento pertenece. Por ejemplo, un núcleo con 6 protones pertenecería al elemento Carbono, mientras que un átomo con 30 protones sería perteneciente al elemento Zinc. El hidrógeno es el único elemento en cuyo núcleo solo se encuentra un único protón.
Neutrones
Es la partícula subatómica neutra del átomo, es decir, que presenta igual cantidad de carga positiva y negativa. Su masa es superior a la de los protones, con los cuales se conforma el núcleo.
Al igual que los protones, los neutrones están compuestos por tres quarks: dos descendentes o down con carga -1/3 y uno ascendente o up con carga +2/3, resultando una carga total de cero, lo que le da neutralidad. Un neutrón por sí solo no puede existir fuera del núcleo, ya que su promedio de vida fuera de este, es de unos 15 minutos.
La cantidad de neutrones no determina la naturaleza, a menos que se trate de un isótopo.
Corteza
También denominada nube atómica, es aquella masa que no forma parte del 99,9% del núcleo. Esto quiere decir que posee muy poca masa.
La corteza tiene una carga negativa, ya que en esta es que orbitan los electrones. Aquello que la mantiene unida al núcleo es la interacción electromagnética que se forma entre los protones cargados positivamente y los electrones orbitando con carga negativa.
Electrones
Son las partículas negativas que se encuentran orbitando el núcleo. Su masa es tan ínfima que se considera descartable. Normalmente, la cantidad de electrones es la misma de los protones, por lo cual ambas cargas se cancelan las unas con las otras.
Los electrones de distintos átomos quedan enlazados por la fuerza de Coulomb (electrostática), y al compartirse e intercambiarse de un átomo a otro, causa los enlaces químicos. Hay electrones que pueden estar libres, sin estar unidos a algún átomo; y los que están enlazados a uno, pueden tener órbitas de distintos tamaños (a mayor radio orbital, mayor la energía contenida en él).
El electrón es una partícula elemental, ya que es un tipo de fermión (leptones), y no lo constituye ningún otro elemento.
El electrón más lejano del núcleo determina el radio atómico, el cual es usado para saber la distancia relativa entre dos núcleos de un mismo elemento unidos por un enlace.
Características del átomo
Sin importar a qué elemento pertenezcan, los átomos y moléculas tienen características particulares, por ejemplo, el número atómico es exclusivo de cada elemento.
Número atómico
Se representa con la letra Z, y se refiere a la cantidad de protones contenidos en un átomo, que es el mismo número de electrones en el mismo. La tabla periódica de los elementos de Mendeléiev de 1869, se encuentra ordenada de menor a mayor de acuerdo al número atómico.
Peso atómico
El peso atómico se debe mayormente a los neutrones en los núcleos atómicos, puesto que si bien no tienen carga, poseen más masa que el mismo protón. Es importante mencionar esto, ya que el peso total del átomo se ve afectado significativamente por la presencia del neutrón.
Se conoce como peso atómico a la suma y promedio de los pesos de sus componentes, es decir, el promedio del peso del protón, el neutrón y del electrón presente en un átomo.
Es una medida adimensional diferente para cada elemento, esta debe ser calculada con exactitud, por lo cual es común encontrar el peso atómico con múltiples decimales.
Masa atómica
Representada con la letra A, se le denomina masa atómica a la masa total de los protones y neutrones contenidos en un átomo, sin tomar en cuenta los electrones, pues su masa es tan pequeña que puede ser descartable.
Los isótopos son variaciones de átomos de un mismo elemento con la misma cantidad de protones, pero distinto número de neutrones, por lo que su masa atómica será diferente aun cuando sean muy similares.
Isótopos
Son un tipo de átomos, cuya composición nuclear no es equitativa, es decir, que presenta la misma cantidad de protones, pero distinta cantidad de neutrones. En este caso, los átomos que conforman un mismo elemento serán distintos, diferenciados por el número de neutrones que contenga.
Existen dos tipos de isótopos:
- Naturales, que se encuentran en la naturaleza, como el caso del hidrógeno, que tiene tres (protio, deuterio y tritio); o el de carbono, que también tiene tres (carbono-12, carbono-13 y carbono-14; cada uno con utilidades distintas).
- Artificiales, que se producen en ambientes controlados, en los que se bombardean partículas subatómicas, siendo inestables y radioactivas.
Este tipo de isótopos artificiales son los utilizados en las bombas atómicas modernas, por ejemplo, el plutonio-239.
Existen isótopos estables, no obstante dicha estabilidad es relativa, ya que, aunque de igual forma son radioactivos, su periodo de desintegración es extenso comparado a la existencia del planeta.
Ejemplos de átomos
A continuación se presentan algunos ejemplos de átomos y su estructura atómica:
- Átomo de oxígeno
Esta formado por ocho protones y ocho neutrones en su nucleo. En su parte externa cuenta con dos electrones ubicados en la primera capa y seis electrones en la segunda capa.
- Átomo de hidrógeno
Esta formado por un protón ubicado en el núcleo y un electrón que gira en torno a este.
- Átomo de carbono
Esta formado por seis protones y seis neutrones en su nucleo y seis electrones en su parte externa (2 en la primera capa y 4 en la segunda capa)
- Átomo de aluminio
Su núcleo esta formado por trece protones, los cuales se encuentran rodeados por trece electrones en sus capas externas.
- Átomo de sodio
Estan formado por once protones en su núcleo y once electrones en sus capas externas.
