El átomo es un constituyente materia ordinaria, con propiedades químicas bien definidas, que mantiene su identidad. Cada elemento químico está formado por átomos del mismo tipo (con la misma estructura electrónica básica), y que no es posible dividir mediante procesos químicos. Está compuesto por un núcleo atómico, en el que se concentra casi toda su masa, rodeado de una nube de electrones. El núcleo está formado por protones, con carga positiva, y neutrones, eléctricamente neutros.nota 1 Los electrones, cargados negativamente, permanecen ligados a este mediante la fuerza electromagnética.
Los átomos se clasifican de acuerdo al número de protones y neutrones que contenga su núcleo. El número de protones o número atómico determina su elemento químico, y el número de neutrones determina su isótopo. Un átomo con elque de electrones es eléctricamente neutro. Si por el contrario posee un exceso de protones o de electrones, su carga neta es positiva o negativa, y se denomina ion.
| Año | Científico | Descubrimientos experimentales | Modelo atómico | ||||||
| 1808 |  John Dalton |
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| 1897 |  J.J. Thomson |
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| 1911 |  E. Rutherford |
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| 1913 |  Niels Bohr |
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Estructura
La teoría aceptada hoy es que el átomo se compone de un núcleo de carga positiva formado por protones y neutrones, en conjunto conocidos como nucleón, alrededor del cual se encuentra una nube de electrones de carga negativa.
Núcleo atómico
El núcleo atómico se encuentra formado por nucleones, los cuales pueden ser de dos formas:
- Protones: Partícula de carga eléctrica positiva igual a una carga elemental, y 1,67262 × 10–27 kg y una masa 1837 veces mayor que la del electrón.
- Neutrones: Partículas carentes de carga eléctrica y una masa un poco mayor que la del protón (1,67493 × 10–27 kg).
Alrededor del núcleo se encuentran los electrones que son partículas elementales de carga negativa igual a una carga elemental y con una masa de 9,10 × 10–31 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.sss
A diferencia de los nucleones, un átomo puede perder o adquirir algunos de sus electrones sin modificar su identidad química, transformándose en un ion, una partícula con carga neta diferente de cero.
DISTRIBUCIÓN DE LOS ELECTRONES EN LA CORTEZA.
Teoría de Dalton
John Dalton, profesor y químico británico, estaba fascinado por el rompecabezas de los elementos. A principios del siglo XIX estudió la forma en que los diversos elementos se combinan entre sí para formar compuestos químicos. Aunque muchos otros científicos, empezando por los antiguos griegos, habían afirmado ya que las unidades más pequeñas de una sustancia eran los átomos, se considera a Dalton como una de las figuras más significativas de la teoría atómica porque la convirtió en algo cuantitativo. Dalton mostró que los átomos se unían entre sí en proporciones definidas. Las investigaciones demostraron que los átomos suelen formar gruposllamados moléculas. Cada molécula de agua, por ejemplo, está formada por un único átomo de oxígeno (O) y dos átomos de hidrógeno (H) unidos por una fuerza eléctrica denominada enlace químico, por lo que el agua se simboliza como HOH o H2O. Véase Reacción química.Todos los átomos de un determinado elemento tienen las mismas propiedades químicas. Por tanto, desde un de vista químico, el átomo es la entidad más pequeña que hay que considerar. Las propiedades químicas de los elementos son muy distintas entre sí; sus átomos se combinan de formas muy variadas para formar numerosísimos compuestos químicos diferentes. Algunos elementos, como los gases nobles helio y argón, son inertes; es decir, no reaccionan con otros elementos salvo en condiciones especiales. Al que el oxígeno, cuyas moléculas son diatómicas (formadas por dos átomos), el helio y otros gases inertes son elementos monoatómicos, con un único átomo por molécula.
La parte central del átomo, el nucleo atomico, tiene una carga positiva en la que se concentra casi toda su masa mientras que en la corteza, alrededor del nucleo atomico, hay un cierto número de electrones, que són unas partículas cargadas negativamente.
El nucleo atomico está constituido por protones (con carga positiva) y neutrones (sin carga), denominados nucleones. La carga total del nucleo atomico (positiva) es igual a la carga negativa de los electrones, de modo que la carga eléctrica total del átomo sea neutra.
Hay diferentes clases de átomos, estas diferencias son devidas al número de protones en el nucleo, y por esto se los clasifica en la tabla periodica de los elementos, como "elementos químicos. Ejemplo: hidrógeno, oxígeno, carbono, etc. Los átomos tienen simbolos convencionales, ejemplo: H para el hidrógeno, O para el oxígeno, C para el carbono, etc.
Los Isótopos son un grupo de átomos que presentan igual número atómico (Z) pero distinto numero másico (A). Los isobaros son aquellos átomos que presentan distinto número atómico (Z) pero presentan igual número masico (A). Los átomos isoelectrónicos son aquellos que presentan distinto numero atómico y másico pero presentan igual cantidad de electrones, en esta serie se pueden encontrar los cationes y aniones como átomos neutros. Los átomos se unen entre si por los orbitales (compartiendo electrones) para formar moléculas.
Hay diferentes clases de átomos, estas diferencias son devidas al número de protones en el nucleo, y por esto se los clasifica en la tabla periodica de los elementos, como "elementos químicos. Ejemplo: hidrógeno, oxígeno, carbono, etc. Los átomos tienen simbolos convencionales, ejemplo: H para el hidrógeno, O para el oxígeno, C para el carbono, etc.
Los Isótopos son un grupo de átomos que presentan igual número atómico (Z) pero distinto numero másico (A). Los isobaros son aquellos átomos que presentan distinto número atómico (Z) pero presentan igual número masico (A). Los átomos isoelectrónicos son aquellos que presentan distinto numero atómico y másico pero presentan igual cantidad de electrones, en esta serie se pueden encontrar los cationes y aniones como átomos neutros. Los átomos se unen entre si por los orbitales (compartiendo electrones) para formar moléculas.
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Una division que se hace para su estudio es ¨metales y no metales. Los metales tienen tendencia a perder electrones de su última capa y forman iones positivos (cationes); con el oxígeno forman óxidos y con el agua alcalis y los no metales aceptan electrones en su última capa u orbital y forman iones negativos, con el oxígeno forman anhídridos y con el agua ácidos.
ELECTRON
EL DESCUBRIMIENTO DEL ELECTRÓN
En la segunda mitad del siglo XIX, diversos investigadores se dedicaron a estudiar los efectos que producía una descarga eléctrica en gases encerrados en un tubo de vidrio a muy baja presión.
Emplearon un tubo de vidrio cuyo interior contaba con dos placas metálicas (Electrodos) conectadas una al polo positivo y otra al polo negativo de una fuente de alta tensión, actuando como ánodo y cátodo respectivamente. Además el tubo presentaba una conexión lateral que permitía conectarlo a una bomba para hacer el vacío al aplicar la alta tensión desde el cátodo salían haces de luz blanca débil que se denominaron rayos catódicos.
Estos rayos viajan hasta incidir en la superficie interna del extremo opuesto del tubo. La superficie está recubierta con un material fluorescente, de manera que se observa una intensa fluorescencia de luz cuando la superficie es bombardeada por los electrones. El análisis de estos rayos permitió comprobar que estaban formadas por partículas de electricidad negativa, dándoles el nombre de electrones.
En algunos experimentos al tubo de rayos catódicos se agregaron dos placas cargadas eléctricamente y un electroimán.
La teoría electromagnética establece que un cuerpo cargado en movimiento se comporta como un imán y puede interactuar con los campos eléctrico y magnético a través de los cuales pasa. Dado que el rayo catódico es atraído por la placa con cargas positivas y repelido por la placa con cargas negativas, es claro que debe estar formado por partículas negativas. En la figura 1 se muestra un tubo de rayos catódicos real y el efecto de un imán de barra en el rayo catódico.
En las postrimetrías del siglo XIX J.J. Thompson, utilizó un tubo de rayos catódicos y su conocimiento acerca de los efectos de las fuerzas eléctrica y magnética en una partícula cargada negativamente para obtener la relación entre la carga eléctrica y la masa de un electrón.
Thompson encontró que la relación es de -1.76 X 10.8 C/g, donde “C” significa coulomb, que es la unidad de carga eléctrica. Después, en experimentos efectuados entre 1908 y 1917, R.A Millikan encontró que la carga del electrón es de 1.60 X 10.19 C. A partir de estos datos es posible calcular la masa del electrón:
EL PROTON Y EL NUCLEO
Continuando con las investigaciones sobre los efectos causados por el paso de una descarga eléctrica en gases a muy baja presión, pero utilizando un cátodo perforado, se observó detrás del mismo un fino haz de luz al cuál denominaron rayos canales.El estudio de estos rayos permitió verificar que estaban compuestos por partículas cargadas positivamente y con una masa 1.840 veces mayor que la de los electrones. A estas partículas se las denominó protones.
A principios de la década de 1900, dos hechos relativos a los átomos habían quedado claros: contienen electrones y son eléctricamente neutros. Dado que son neutros, cada átomo deberá tener igual número de cargas positivas y negativas, para mantener la neutralidad eléctrica. A principios del siglo XX el modelo aceptado para los átomos era el propuesto por J. J. Tompson. Según su descripción, un átomo podría considerarse una esfera de materia positiva en la cual se encuentran embebidos los electrones.
En 1910 Ernest Rutherford decidió usar partículas alfa para probar la estructura de los átomos. Junto con su colega Hans Geiger Y un estudiante de licenciatura llamado Ernest Marsden, Rutherford efectuó una serie de experimentos en los cuales se utilizaron hojas delgadas de oro y metales como blancos de partículas alfa emitidas por una fuente radiactiva. Ellos observaron que la mayoría de las partículas penetraban la hoja sin desviarse o con una ligera desviación. También observaron que de vez en cuando una partícula alfa se desviaba sorprendentemente.
En algunas ocasiones, la partícula alfa podía incluso regresar por la misma trayectoria hacia la fuente emisora. Este fue el descubrimiento más sorprendente, dado que en el modelo de Thompson la carga positiva del átomo era tan difusa que se esperaría que las partículas alfa pasaran con muy poca desviación.
Posteriormente Rutherford, fue capaz de explicar el resultado del experimento de dispersión de partículas alfa, pero tuvo que dejar a un lado el modelo de Thompson y proponer un nuevo modelo para el átomo. Según Rutherford, la mayor parte de un átomo debe ser espacio vacío. Esto explica porqué la mayoría de las partículas alfa pasaron a través de la hoja de oro con poca o ninguna desviación. Las cargas positivas del átomo, están todas concentradas en un conglomerado central dentro del átomo, al que llamó núcleo. Cuando una partícula alfa se acerca al núcleo en el experimento de dispersión, actúa sobre ella una fuerza de repulsión muy grande y en consecuencia sufre una gran desviación. Si una partícula alfa viaja directamente hacia el núcleo, experimenta una repulsión que podía invertir por completo el sentido de su movimiento.
Las partículas cargadas positivamente presentes en el núcleo se llaman protones y cada uno tiene masa de 1.67152 X 10-24 g. En distintos experimentos se encontró que cada protón tiene la misma cantidad de carga que un electrón y es además una 1840 veces más pesado que la partícula cargada negativamente.
En este punto de la investigación, los científicos percibían el átomo de la siguiente manera: en el núcleo esta concentrada la mayor parte de la masa total del átomo, pero aquél ocupa solo 1/1013 del volumen total del átomo. En el caso de átomos y moléculas, las longitudes se expresarán aquí en términos de la unidad SI llamada psicómetro (pm) donde
1 pm = 1 X 10-12m
Un radio atómico típico es de unos 100 pm, mientras que el radio del núcleo atómico es de apenas 5X10-3.Es posible apreciar los tamaños relativos de un átomo y su núcleo imaginando que si un átomo fuera del tamaño del Astrodomo de Houston, el volumen del núcleo sería comparable con el de una pequeña canica. Mientras que los protones están encerrados en el núcleo del átomo, los electrones se consideran esparcidos alrededor del núcleo y a cierta distancia de él.
NEUTRONES
Son partículas de masa igual a la del protón, pero sin carga eléctrica.
LA SUMA DEL NÚMERO DE PROTONES MÁS EL DE NEUTRONES DA EL NÚMERO MÁSICO A DEL ÁTOMO
Los investigadores estaban convencidos de que en el átomo también existen partículas eléctricamente neutras, aunque les resultaba difícil poder demostrarlo. En 1932, Chadwick descubrió unas partículas sin carga eléctrica y con una masa aproximadamente igual a la del protón, a las cuales denominó neutrones.
Se sabía que el hidrógeno, el átomo más simple, tiene solo un protón, y que el de helio tiene dos. En consecuencia, la relación entre la masa del átomo de helio y la del átomo de hidrógeno debía ser de 2:1. (Dado que los electrones son mucho más ligeros que los protones, su contribución puede ignorarse). Sin embargo, en realidad la relación es 4:1. Anteriormente, Rutherford y otros habían propuesto que debía haber otro tipo de partículas subatómicas en el núcleo: la prueba fue proporcionada por James Chadwick en 1932. Cuando Chadwick bombardeó con partículas alfa una delgada hoja de berilio, el metal emitió una radiación de muy alta energía, un tanto similar a los rayos gamma.
En experimentos posteriores se demostró que los rayos en realidad constan de partículas eléctricamente neutras con masa ligeramente mayor que la de los protones. Chadwick llamó a estas partículas neutrones.
El misterio de la relación de masas podía ahora explicarse. En el núcleo de helio hay dos protones y dos neutrones, y en el núcleo de hidrógeno hay solo un protón y ningún neutrón; en consecuencia, la relación es 4.1.
Los físicos han descubierto que los átomos liberan diversos tipos de partículas subatómicas cuando son bombardeados con partículas de energía extremadamente alto en condiciones especiales en "desintegradores atómicos". Sin embargo, los químicos solo trabajan con electrones, protones y neutrones debido a que la mayoría de las reacciones químicas se efectúan en condiciones normales.
