El átomo se considera como la partícula más pequeña que representa a un elemento químico sin que pierda sus propiedades. Es el componente del que están hechos casi toda la materia del universo. Está compuesto de partículas más pequeñas, las cuales se conocen como partículas subatómicas, estas son: protones, neutrones y electrones.

La palabra átomo proviene del griego «indivisible», esto porque en un inicio se pensó que era la partícula más pequeña que existía, la cual era indivisible. Hoy sabemos que está formado por otras subpartículas como el protón, neutrón y electrón. Estos además también están compuestos de quarks, que son partículas mucho más pequeñas.

Se calcula que los átomos aparecieron con el Big Bang hace 13,700 millones de años. El universo se mantenía caliente y denso, pero eventualmente logro enfriarse para favorecer la aparición de quarks y electrones. Los quarks luego formaron protones y neutrones, pasando a formar núcleos. Todo sucedió en los primeros minutos de existencia del universo.

Tuvieron que pasar 380,000 años hasta que el universo se enfrió lo suficiente para que los electrones pierdan velocidad y puedan ser capturados por los núcleos formados. De esta manera aparecieron los primeros átomos de hidrógeno y helio, los cuales son los más simples y más abundantes del universo.

Luego, gracias a la fuerza de gravedad, las nubes de gas formado dieron paso a la formación de estrellas que ocasionaron la aparición de otros átomos más pesados

Características del Átomo

  • Son la base fundamental de la materia tal como la conocemos y esta se conforma de tres partículas subatómicas muy diferenciadas: Protones, neutrones y electrones.
  • Cada partícula subatómica posee características únicas y tienen un lugar definido dentro de la estructura del átomo. Protones y neutrones en el núcleo, mientras que los electrones en la nube electrónica que orbita el núcleo.
  • Cada partícula tiene una carga eléctrica característica: Protón es de carga positiva, Neutro sin carga y electrón con carga negativa.
  • La mayor masa de un átomo se encuentra en el núcleo, con un 99% o más de masa y solo la diferencia ínfima les pertenece a los electrones.
  • Un protón tiene 1,835 veces más masa que un electrón.
  • La nube electrónica puede tener aproximadamente 10,000 veces el radio del núcleo.
  • La diferencia entre cada elemento de la tabla periódica viene definida por la cantidad de protones y neutrones en el núcleo. La cantidad de protones define el numero atómica específicamente.
  • Si agregamos o quitamos teóricamente un protón a un núcleo atómico, el elemento químico habrá cambiado. Si agregas o quitas un neutrón, se genera un isotopo del mismo elemento.

Estructura del átomo

Estructura del átomo
Estructura interna del átomo (Wikimedia)

Se pueden observar dos zonas: el núcleo y la nube de electrones (también llamado orbitales electrónicos)

El núcleo está formado por protones y neutrones. La nube electrónica esta formada por electrones, los cuales rodean el núcleo.

Núcleo

Está formado por protones y neutrones. Estas partículas se caracterizan por tener masa, aunque solo los protones poseen carga (positiva) como sus nombres dejan intuir.

Regularmente, la cantidad de protones suele ser la misma en todos los átomos de un elemento químico. En el caso de los neutrones puede variar un poco, cuando ocurre esto se les llama isotopos. Ejemplo: El carbono regular es considerado como carbono-12 (6 protones + 6 neutrones), pero existe un carbono-14 (6 protones + 8 neutrones). Posiblemente has escuchado alguna vez de este carbono, porque es usado en arqueología para determinar su antigüedad.

Nube electrónica

Se encuentra rodeando el núcleo atómico en forma de nube, en ella podemos encontrar a los electrones moviéndose, los cuales tienen una carga negativa.

Es muy común que los átomos pierdan o ganen electrones, cuando esto ocurre se llaman iones. Esta nube posee niveles de energía, las cuales determinan que electrones se utilizan para la ionización.

Para hacerse una idea, el 99% de la masa de un átomo es el núcleo y solo el 1% (o mucho menos) podría ser los electrones. También se sabe que el 99,9% de su volumen es vacío.

Protón

Esta partícula nuclear posee una carga positiva y una masa de 1,67 x 10^-24 gramos.

Los números atómicos de un elemento químico en la tabla periódica de los elementos se determinan por la cantidad de protones que posee el núcleo. Por ejemplo: el helio tiene numero atómico (Z) igual a 2, lo que indica que en núcleo posee 2 protones.

Neutrón

Partícula nuclear del átomo sin carga y con una masa similar a la del protón con 1,69 x10^24 gramos. Esto equivale a 1839 veces la masa de un electrón.

Electrón

Estas partículas se mueven alrededor del núcleo en forma de nube. El Electrón posee una masa de 9,11 x 10^-28 gramos. No parece muy alejada de la masa del protón, pero si se observa bien tiene una masa insignificante, solo el 0.05% del protón.

Como se observa, cada partícula posee características propias y también una carga, pero el átomo conformado es naturalmente neutro porque todas las cargas se cancelan entre ellas.

Historia del átomo

El átomo en la antigua Grecia

busto de Democrito
Demócrito

Hasta donde se conoce, es en esta época donde el hombre empieza a hacerse las primeras preguntas sobre el átomo. Filósofos como Demócrito, Leucipo y Epicuro propusieron sobre la idea de hasta que tamaño se puede seguir dividiendo la materia. Estas ideas no tienen un origen experimental, son conceptos creados luego de la reflexión filosófica.

«La materia no puede dividirse indefinidamente, por lo que debe existir una unidad o bloque indivisible e indestructible que, al combinarse de diferentes formas, creara todos los cuerpos macroscópicos que nos rodean» Postularon los filósofos presocráticos

Se creía entonces que existía una partícula que definía a la materia, la cual debería ser indivisible e indestructible, conceptos que permanecieron vigentes por muchos años.

Primera teoría atómica

John Dalton llega a proponer la primera teoría atómica, la cual se obtuvo después de realizar experimentos sobre gases a inicios del año 1800.

átomo de dalton
Modelo atómico de Dalton
  • Dalton propone que todos los átomos son esféricos y que si son de un mismo elemento tienen que ser todos iguales.
  • Además, los átomos de diferentes elementos se deben diferenciar por su tamaña y su masa.
  • Los átomos son indestructibles y cuando ocurre una reacción química entonces existe un reordenamiento de los átomos para conformar los productos y diferenciarse de los reactantes.

No fue hasta 1869 que Dmitri Mendelev logro clasificar los átomos en una tabla periódica donde se ordenaban según su número atómico.

Modelo de Thomson

Modelo atómico de Thomson

En 1897, el físico Joseph Thomson descubre el electrón, con el cual determina un nuevo modelo atómico donde se podían encontrar partículas con cargas eléctricas negativas y positivas. Está seria la primera propuesta donde se indica que el átomo si puede dividirse.

El modelo de Thomson definía al átomo como electrones flotando sobre una sustancia de carga eléctrica positiva, tal como si fueran pasas en un pudin.

Modelo de Rutherford

Modelo atómico de Rutherford

En 1911, Ernest Rutherford, que fue discípulo de Thomson, propone un nuevo modelo atómico. Este modelo menciona que los electrones orbitan alrededor de un núcleo, tal como ocurre con los planetas y el sol. Indicando que existe vacío dentro de un átomo. De modo educativo, aún hoy puede ser usado este modelo, aunque no represente la realidad del átomo.

Cabe mencionar que Rutherford predijo en 1920 la existencia del neutrón.

Modelos posteriores

modelo átomo de Bohr
Modelo atómico de Bohr

Luego, Niels Bohr propone un nuevo modelo que corrige ciertas incongruencias del modelo de Rutherford. Esencialmente con las leyes de electromagnetismo.

En los años siguientes, otros científicos proponen mejoras al modelo atómico, como la inclusión de partículas como los quarks. Se mencionan nombre de científicos como Arnold Sommerfeld, Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg, Murray Gell-Mann y George Zweig.

Video: Todo lo que te han enseñado sobre los átomos es FALSO

Referencias

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