El átomo




¿Qué es un átomo?


Un átomo es una partícula (en otras palabras, una "parte" de la materia) de tamaño microscópico. Está presente en la mayoría de las sustancias que nos rodean pero también en las que nos constituyen.

Los átomos son los constituyentes de:

  • gas
  • liquidos
  • sólido
  • moléculas
  • materia mineral (agua, dióxido de carbono, etc.)
  • materia orgánica (carbohidratos, proteínas lipídicas, etc.)
  • rieles
  • plástica
  • tejido vivo
  • planeta tierra crudo
  • materiales de todos los planetas
  • materia del sol
  • todos los materiales estrella
  • asuntos de todas las estrellas

La historia de la teoría atómica


En primer lugar, cabe señalar que la teoría atómica defiende la idea de que la materia está formada por partículas llamadas "átomos". Hoy parecería absurdo dudarlo pero no siempre ha sido así, esta teoría está en el origen de controversias, debates animados y durante mucho tiempo ha sido descuidada a favor de la teoría de los 4 elementos de Aristóteles.

  • La historia retiene que el concepto de átomo fue forjado por el filósofo griego Leuccipe (nacido en -460 y muerto en -370) y su discípulo Demócrito de Abdera (¡llamado el “filósofo risueño”!, También nacido en - 460 y muerto en - 370) quienes consideran que toda la materia contiene en su interior estas partículas indivisibles.

  • La teoría atómica fue suplantada durante casi 2000 años por la teoría de los cuatro elementos de Aristóteles, que describe la materia como una combinación de fuego, aire, agua y tierra.

  • En 1802, el químico británico John Dalton expuso una teoría atómica moderna más elaborada en la que identificó 6 tipos de átomos (hidrógeno, oxígeno, carbono, nitrógeno, fósforo y azufre) capaces de combinarse para formar diferentes compuestos. Esta nueva teoría atómica se basa en mediciones de masas, proporciones y especialmente en el principio de conservación de la masa planteado por Lavoisier.

  • En 1808, John Dalton desarrolló esta teoría en un trabajo titulado “Un nuevo sistema de filosofía química” que puede traducirse como “Un nuevo sistema de filosofía química”.

  • En 1897 el físico británico Joseph John Thomson obtuvo, durante un experimento, un haz de cátodo formado por partículas negativas provenientes de una pieza metálica denominada "cátodo". Él deduce que estas partículas negativas provienen de los átomos del cátodo y así demuestra que el átomo no es una partícula elemental: está formado, entre otras cosas, por partículas más pequeñas y negativas llamadas electrones.

  • En 1904, tras el descubrimiento del electrón, Thomson propuso un modelo atómico llamado “pudín de ciruela” (o torta de pasas) en el que describía el átomo como una especie de masa positiva en la que estarían incrustados granos negativos (electrones).

  • En 1909 el físico británico Ernest Rutherford llevó a cabo un experimento conocido como el “experimento de Rutherford” en el que bombardeó una hoja de oro con partículas alfa. Estas partículas cargadas positivamente son emitidas por una fuente radiactiva y en su mayoría pasan a través de la hoja de oro sin ser desviadas. Solo una pequeña fracción de ellos se desvía o se recupera. Rutherford deduce que los átomos de oro están formados por una estructura central positiva a la que llama "núcleo". Este núcleo sería el responsable de la deflexión de ciertas partículas alfa (debido a la fuerza eléctrica repulsiva que ejerce) mientras que las otras pasarían por el espacio vacío que separa el núcleo de los electrones.

  • En 1911 Ernest Rutherford propuso un modelo atómico planetario basado en los resultados de su experimento, propuso describir el átomo como la asociación de un núcleo central positivo que concentra la mayor parte de la materia atómica alrededor de la cual los electrones negativos girarían como los planetas giran alrededor del Dom.

  • En 1913, el físico danés Niels Bohr propuso un modelo cuántico del átomo (también llamado modelo de Bohr) que, a diferencia del modelo de Rutherford, explica la órbita estable de los electrones alrededor del núcleo, así como las emisiones y la radiación de absorción. En este modelo los electrones aún giran alrededor del núcleo pero solo pueden adoptar ciertas órbitas particulares, cada una de las cuales coincide con un nivel de energía (lo que permite explicar la existencia de espectros de emisión y absorción). Es este modelo el que se usa en la escuela secundaria.

  • En 1926, el físico austriaco Erwin Schrödinger propuso un modelo cuántico del llamado átomo probabilístico. Adapta el modelo de Bohr y resuelve sus contradicciones aplicando las leyes de la mecánica cuántica al átomo: los electrones ya no están claramente ubicados alrededor del átomo, se describen mediante ecuaciones de las que se deducen las probabilidades de presencia.
 

Estructura y constituyentes del átomo


Un átomo está formado por tres tipos de partículas:

  • Electrones
  • Neutrones
  • Protones

Los protones y neutrones tienen tamaños y masas similares, pertenecen a la misma familia de partículas: los nucleones. Estas son las partículas que forman el núcleo del átomo.

El núcleo es la parte central del átomo, concentra la mayor parte de la materia de este último. Los nucleones se mantienen juntos allí por una fuerza nuclear mucho más intensa que la fuerza eléctrica repulsiva ejercida entre los protones. Dado que los neutrones son partículas neutras y cada protón lleva una carga elemental positiva, el núcleo siempre está cargado positivamente y tiene un número de cargas elementales igual al número de protones. Un núcleo generalmente tiene un número similar (pero no siempre idéntico) de protones y neutrones.

Los electrones son partículas que tienen cada una una carga eléctrica elemental negativa, giran alrededor del núcleo siguiendo ciertas órbitas (formando capas electrónicas). Todos los electrones de un átomo constituyen lo que se llama nube electrónica. Esta nube electrónica tiene una carga eléctrica negativa que es exactamente opuesta a la del núcleo.

Entre el núcleo y los electrones hay un inmenso espacio vacío, este último es incluso el constituyente mayoritario del átomo: se dice que este último tiene una estructura lacunar. El átomo tiene un radio cuyo orden de magnitud es de 10-10 m, mientras que el del núcleo suele ser de 10-14 m (excepto para los átomos pequeños). Si el núcleo fuera una esfera de 1 m, entonces los electrones evolucionarían a unos 10 km con una zona intermedia vacía. Esto representa una proporción del 99,99999999999% de vacío.
   

La forma de un átomo


Un átomo no tiene una “superficie” claramente definida, su borde coincide con las trayectorias de los electrones más externos (los más alejados de los núcleos). Sin embargo, por simplicidad, se considera que un átomo tiene forma esférica.

El tamaño de un átomo


El hidrógeno es el átomo más pequeño (número atómico Z = 1) y tiene un radio de 2,5.10-11 m
El cesio (número atómico Z = 55) es el más grande con un radio atómico de 2,6.10-10 m

Para simplificar, podemos retener que los átomos son esferas cuyo radio es del orden de magnitud 10-10 m

Neutralidad eléctrica


Un átomo es una partícula eléctricamente neutra, lo que significa que su carga eléctrica total es cero: las cargas eléctricas negativas de los electrones se compensan con las cargas positivas del núcleo.

Dado que cada electrón tiene una carga -e y cada protón una carga + e, esta neutralidad implica que un átomo tiene el mismo número de electrones que de protones.

Dado que el número atómico Z de un átomo corresponde al número de protones, también corresponde al número de electrones.

Número atómico


Un átomo es una partícula eléctricamente neutra, lo que significa que su carga eléctrica total es cero: las cargas eléctricas negativas de los electrones se compensan con las cargas positivas del núcleo.

Dado que cada electrón tiene una carga -e y cada protón una carga + e, esta neutralidad implica que un átomo tiene el mismo número de electrones que de protones.

Dado que el número atómico Z de un átomo corresponde al número de protones, también corresponde al número de electrones.

El número de nucleones


El número de nucleones de un átomo se anota A (en mayúsculas) representa el número total de nucleones presentes en el núcleo y por lo tanto corresponde a la suma del número de protones y neutrones: A = Z + N.

Este número también se llama "Número de masa" porque debido a la definición elegida para el mol, un átomo con un número de nucleones "A" tiene una masa molar de valor A (en g/mol). Por tanto, el isótopo 12 del carbono (A = 12) tiene una masa molar de 12 g/mol.

El número de neutrones


El número de neutrones se anota N, generalmente no se menciona en la tabla periódica, pero se puede deducir del número de nucleones (A) y del número de protones (Z):

N = A - Z

Los átomos con el mismo número atómico (por lo tanto, correspondientes al mismo elemento) pueden tener diferentes números de neutrones: entonces se dice que son isotópicos entre sí.

En general, el número de neutrones es idéntico o muy cercano (en unas pocas unidades más o menos) al número atómico, especialmente para los átomos de las primeras filas de la tabla periódica.

Describe la composición de un átomo


Describir la composición de un átomo consiste en indicar el número de electrones, protones y neutrones que lo constituyen. Dependiendo de la situación y los datos del problema, hay varias formas de encontrar estos números, pero la mayoría de las veces usamos la tabla periódica.

Si se conoce el nombre o el símbolo del átomo, entonces la tabla periódica permite encontrar el número atómico Z así como el número de nucleones A:

  • Por definición, el número atómico corresponde al número de protones
  • Dado que el átomo es neutro, Z también es el número de electrones
  • El número de neutrones se deduce de la diferencia entre el número de nucleones y el de protones: N = A - Z

Nota
También podemos deducir:
  • Z de la carga Q del núcleo con la relación Z = Q / e ("e" es el valor de carga elemental)
  • Z de la carga Q 'de la nube electrónica con Z = -Q / e
  • A de la masa m del núcleo con A = m / mn (donde mn es la masa de un nucleón)

Símbolos atómicos


Cada elemento químico está asociado a un símbolo siempre compuesto:

  • al menos una letra mayuscula
  • posiblemente seguido de una letra minúscula

Notas
  • Es necesario respetar estas convenciones de escritura. Por ejemplo, el símbolo del cobre es Cu, si está escrito completamente en mayúsculas, obtenemos la notación CU ​​que ya no designa al cobre sino a la asociación bastante improbable de un elemento de carbono (C) y un elemento de uranio (U).
  • La letra mayúscula suele ser la primera del nombre del átomo, pero no necesariamente la del nombre español. Ejemplo es del nombre latino "aurum" que se formó el símbolo atómico del oro (Au).

Hay un centenar de elementos diferentes y tantos símbolos atómicos, no es necesario conocerlos todos pero sí es necesario recordar los más comunes.


Átomos en materia orgánica
Hidrógeno H
Oxígeno O
Carbón C
Nitrógeno N
Azufre S
Cloro Cl

Rieles
Planchar Fe
Cobre Cu
Zinc Zn
Dinero Ag
Oro Au
Aluminio Al

Halógenos
Flúor F
Cloro Cl
Bromo Br
Yodo  I

Gases nobles
Helio He
Neón Ne
Argón Ar

Otro
Sodio  Na
Magnesio  Mg
Calcio Ca


Isótopos


Dos átomos se califican como isótopos siempre que tengan el mismo número de protones en su núcleo pero un número diferente de neutrones.

Corresponden al mismo elemento químico, tienen las mismas propiedades

Las transformaciones del átomo


Un átomo puede sufrir dos tipos de transformaciones: químicas o nucleares.

  • Transformaciones químicas

Ya sea que un átomo esté aislado (como un cuerpo monoatómico puro) o sea parte de una molécula, una transformación química puede causar:

una modificación del número o de la naturaleza de los enlaces covalentes en los que participa.
una variación (pérdida o ganancia) en el número de electrones.

En cada uno de estos casos, es la estructura electrónica la que se ve afectada por las desventajas; el núcleo nunca se modifica por una transformación química.

  • Transformaciones nucleares

Estas transformaciones afectan al núcleo de los átomos, el número y la naturaleza de los nucleones pueden variar y las energías involucradas son claramente superiores a las de las transformaciones químicas.

Energía Atómica


La energía atómica, también llamada energía nuclear, designa la energía que posee el núcleo del átomo (nuclear deriva del latín "núcleo" que significa "núcleo"). Esta energía se intercambia durante las transformaciones nucleares, se puede utilizar:

para llevar a una reacción en cadena rápida e incontrolada que resulta en una explosión violenta (bomba nuclear).
para producir energía eléctrica a través de la fisión nuclear controlada (en plantas de energía nuclear)
También es la energía que alimenta al Sol y otras estrellas gracias al fenómeno de la fusión nuclear.

¿Cuál es el origen de los átomos?


Según la teoría del Big Bang, el Universo primitivo no contenía materia sino solo energía. Es esta energía la que permitió la formación de las primeras partículas como electrones, protones y neutrones, de hecho Albert Einstein demostró a partir de su famosa ecuación E = mc2 que existe una equivalencia entre energía y materia:

  • una masa “m” de la materia se puede convertir en una forma de energía de valor E (con E = mc2 )
  • pero lo contrario también es cierto, una energía de valor E puede formar una masa “m” de material tal que m = E / c2

El Universo era entonces lo suficientemente denso y caliente como para que los primeros nucleones se fusionaran para formar núcleos atómicos más grandes, dando lugar a los elementos más ligeros: principalmente hidrógeno, helio, litio, berilio, boro.

Los elementos más pesados ​​se formaron luego, nuevamente por fusión nuclear, dentro de las estrellas, ya sea durante su ciclo de vida o durante su fase explosiva (supernova).


 
 

 
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