Átomo
En Física y Química, átomo 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. El concepto de átomo como bloque básico e indivisible que compone la materia del Universo existe desde la antigua
Grecia, sin embargo, su existencia no quedó demostrada hasta el siglo XIX. Con el desarrollo de la física nuclear en el siglo
XX se comprobó que de hecho los átomos se pueden subdividir en partículas más pequeñas.
Estructura Atómica
La teoría aceptada hoy es que el átomo se
compone de un núcleo de carga positiva formado por protones y neutrones, ambos conocidos como nucleones, alrededor del cual
se encuentran una nube de electrones de carga negativa.
El
Núcleo Atómico
Como se mencionó anteriormente, el núcleo
del átomo se encuentra formado por nucleones, los cuales pueden ser de dos clases:
Protones: Partículas de carga eléctrica positiva igual
a una carga elemental, y una masa de 1,6726x10-27 Kg. y;
Neutrones: Partículas carentes de carga eléctrica y una masa de
1,672x10-27 Kg
El núcleo más sencillo es el del hidrógeno,
formado únicamente por un protón. El núcleo del siguiente elemento en la tabla periódica, el helio, se encuentra formado por
dos protones y dos neutrones. La cantidad de protones contenidos en el núcleo del átomo se conoce como número atómico, el
cual se representa por la letra Z y se escribe en la parte inferior izquierda del símbolo químico.
Es el que distingue a un elemento químico
de otro. Según lo descrito anteriormente, el número atómico del hidrógeno es 1 (1H), y el del helio, 2 (2He).
La cantidad total de nucleones que contiene un átomo se conoce como número másico, representado por la letra A y escrito en
la parte superior izquierda del símbolo químico. Para los ejemplos dados anteriormente, el número másico del hidrógeno es
1(1H), y el del helio, 4(4He).
Existen también átomos que tienen el mismo
número atómico, pero diferente número másico, los cuales se conocen como isótopos. Por ejemplo, existen 3 isótopos naturales
del hidrógeno, el protio (1H), el deuterio (2H) y el tritio (3H). Todos poseen las mismas
propiedades químicas del hidrógeno, y pueden ser diferenciados únicamente por ciertas propiedades físicas.
Otros términos menos utilizados relacionados
con la estructura nuclear son los isótonos, que son átomos con el mismo número de neutrones. Los isóbaros son átomos que tienen
el mismo número másico.
Debido a que los protones tienen carga positiva
existe una fuerza de repulsión entre sí debido a la interacción electrostática, sin embargo, el núcleo del átomo mantiene
su cohesión debido a la existencia de otra fuerza de mayor magnitud, aunque de menor alcance conocida como la interacción
nuclear fuerte.
Nube
Electrónica
Alrededor del núcleo se encuentran los electrones
que son partículas elementales de carga negativa igual a una carga elemental y con una masa de 9.10x10-31 kg. La
cantidad de electrones de un átomo en su estado basal es igual a la cantidad de protones que contiene en el núcleo, es decir,
al número atómico, por lo que un átomo en estas condiciones tiene una carga eléctrica neta igual a 0.
A diferencia de los nucleones, un átomo puede
perder o adquirir algunos de sus electrones sin modificar su identidad química, transformándose en un ión, una partícula con
carga neta diferente de cero.
El concepto de que los electrones se encuentran
en órbitas satelitales alrededor del núcleo se ha abandonado en favor de la concepción de una nube de electrones deslocalizados
o difusos en el espacio, el cual representa mejor el comportamiento de los electrones descrito por la Mecánica cuántica únicamente
como funciones de densidad de probabilidad de encontrar un electrón en una región finita de espacio alrededor del núcleo.
Dimensiones
Atómicas
La mayor parte de la masa de un átomo se
concentra en el núcleo, formado por los protones y los neutrones, ambos conocidos como nucleones, los cuales son 1836 y 1838
veces mas pesados que el electrón respectivamente.
El tamaño o volumen exacto de un átomo es
difícil de calcular, ya que las nubes de electrones no cuentan con bordes definidos, pero puede estimarse razonablemente en
1.0586x10-10 m, el doble del radio de Bohr para el átomo de Hidrógeno. Si esto se compara con el tamaño de un protón,
que es la única partícula que compone el núcleo del hidrógeno, que es aproximadamente 1x10-15 se ve que el núcleo
de un átomo es cerca de 100,000 veces menor que el átomo mismo, y sin embargo, concentra prácticamente el 100% de su masa.
Para efectos de comparación, si un átomo tuviese
el tamaño de un estadio, el núcleo sería del tamaño de una canica colocada en el centro, y los electrones, como partículas
de polvo agitadas por el viento alrededor de los asientos.
