átomo

¿ Qué son los átomos ?

📌 Los átomos son los componentes básicos de la materia común. Los átomos se pueden unir para formar moléculas, que a su vez forman la mayoría de los objetos que te rodean.

Igualmente los átomos están compuestos de partículas llamadas protones , electrones y neutrones.

Los protones llevan una carga eléctrica positiva, los electrones llevan una carga eléctrica negativa y los neutrones no llevan carga eléctrica en absoluto.

Los protones y neutrones se agrupan en la parte central del átomo, llamado núcleo , y la órbita de los electrones es el núcleo.

Un átomo en particular tendrá la misma cantidad de protones y electrones y la mayoría de los átomos tienen al menos tantos neutrones como protones.

Los átomos son las unidades básicas de la materia y la estructura definitoria de los elementos.

El término

El término “átomo” proviene de la palabra griega para indivisible, porque una vez se pensó que los átomos eran las cosas más pequeñas del universo y no podían dividirse.

Ahora sabemos que los átomos están formados por tres partículas: protones, neutrones y electrones, compuestos por partículas incluso más pequeñas, como los quarks.

Los átomos fueron creados después del Big Bang hace 13.700 millones de años. A medida que el nuevo universo caliente y denso se enfriaba, las condiciones se volvieron adecuadas para la formación de quarks y electrones.

Quarks se unieron para formar protones y neutrones, y estas partículas se combinaron en núcleos. Todo esto tuvo lugar dentro de los primeros minutos de la existencia del universo.

Tomó 380,000 años para que el universo se enfriara lo suficiente como para ralentizar los electrones, de modo que los núcleos pudieran capturarlos para formar los primeros átomos.

Los primeros átomos fueron principalmente hidrógeno y helio, que siguen siendo los elementos más abundantes en el universo.

La gravedad eventualmente causó que las nubes de gas se fusionaran y formaran estrellas, y átomos más pesados ​​fueron (y aún son) creados dentro de las estrellas y enviados a través del universo cuando la estrella explotó (supernova).

Partículas atómicas

Los protones y los neutrones son más pesados ​​que los electrones y residen en el núcleo en el centro del átomo.

Los electrones son extremadamente livianos y existen en una nube que orbita el núcleo. La nube de electrones tiene un radio 10,000 veces mayor que el núcleo.

Los protones y neutrones tienen aproximadamente la misma masa. Sin embargo, un protón pesa más de 1.800 electrones.

Los átomos siempre tienen la misma cantidad de protones y electrones, y la cantidad de protones y neutrones suele ser la misma.

Agregar un protón a un átomo crea un nuevo elemento, mientras que agregar un neutrón forma un isótopo, o una versión más pesada, de ese átomo.

Núcleo

El núcleo fue descubierto en 1911 por Ernest Rutherford, un físico de Nueva Zelanda, que en 1920 propuso el nombre de protón para las partículas del átomo con carga positiva.

Rutherford también teorizó que también había una partícula neutral dentro del núcleo, que James Chadwick, un físico británico y estudiante de Rutherford, pudo confirmar en 1932.

Prácticamente toda la masa del átomo reside en el núcleo. Los protones y neutrones que componen el núcleo tienen aproximadamente la misma masa (el protón es un poco menor) y tienen el mismo momento angular, de acuerdo con el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.

El núcleo se mantiene unido por la “fuerza fuerte”, una de las cuatro fuerzas básicas de la naturaleza.

Esta fuerza entre los protones y los neutrones supera la fuerza eléctrica repulsiva que, de acuerdo con las reglas de la electricidad, empujaría a los protones de otra manera.

Algunos núcleos atómicos son inestables porque la fuerza de unión varía para diferentes átomos según el tamaño del núcleo.

Estos átomos se descompondrán en otros elementos, como el carbono 14 que se descompone en nitrógeno 14.

Protones

Los protones son partículas con carga positiva que se encuentran dentro de los núcleos atómicos. Rutherford los descubrió en experimentos con tubos de rayos catódicos conducidos entre 1911 y 1919.

Los protones son ligeramente más pequeños en masa que los neutrones con una masa relativa de 0.9986 (en comparación con la masa del neutrón que es 1) o alrededor de 1.673×10 -27 kg.

La cantidad de protones en un átomo define qué elemento es. Por ejemplo, los átomos de carbono tienen seis protones, los átomos de hidrógeno tienen uno y los átomos de oxígeno tienen ocho.

La cantidad de protones en un átomo se conoce como el número atómico de ese elemento. La cantidad de protones en un átomo también determina el comportamiento químico del elemento.

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La Tabla Periódica de los Elementos ordena los elementos en orden de aumentar el número atómico.

Tres quarks componen cada protón: dos quarks “hacia arriba” (cada uno con una carga positiva de 2/3) y un quark “hacia abajo” (con una carga negativa de 1/3) – y se mantienen unidos por otras partículas subatómicas llamadas gluones, que no tienen masa

Electrones

Los electrones son pequeños en comparación con los protones y neutrones, más de 1.800 veces más pequeños que un protón o un neutrón.

Los electrones tienen una masa relativa de 0.0005439 (en comparación con la masa de un neutrón que es 1) o aproximadamente 9.109×10 -31 kg.

JJ Thomson, un físico británico, descubrió el electrón en 1897. Originalmente conocido como “corpúsculos”, los electrones tienen una carga negativa y son atraídos eléctricamente por los protones con carga positiva.

Los electrones rodean el núcleo atómico en las vías llamadas orbitales, una idea que fue presentada por Erwin Schrödinger, un físico austríaco, en la década de 1920.

Los orbitales

Hoy en día, este modelo se conoce como el modelo cuántico o el modelo de nube de electrones. Los orbitales internos que rodean al átomo son esféricos, pero los orbitales externos son mucho más complicados.

La configuración electrónica de un átomo es la descripción orbital de las ubicaciones de los electrones en un átomo típico.

Usando la configuración electrónica y los principios de la física, los químicos pueden predecir las propiedades de un átomo, como la estabilidad, el punto de ebullición y la conductividad.

Típicamente, solo las cáscaras de electrones exteriores importan en química. La notación interna de la capa de electrones a menudo se trunca reemplazando la descripción orbital de mano dura con el símbolo de un gas noble entre paréntesis.

Este método de notación simplifica enormemente la descripción de moléculas grandes.

Por ejemplo, la configuración electrónica para berilio (Be) es 1s 2 2s 2 , pero está escrita [He] 2s 2 . [Él] es equivalente a todos los orbitales de electrones en un átomo de helio .

Las letras, s, p, d y f designan la forma de los orbitales y el superíndice indica el número de electrones en ese orbital.

El uranio, como otro ejemplo, tiene una configuración electrónica de 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4e14 5d 10 6p 6 7s 2 5f 4 , que se puede simplificar a [RN] 7s 2 5f 4 .

Neutrones

El neutrón se usa como una comparación para encontrar la masa relativa de protones y electrones (por lo que tiene una masa relativa de 1) y tiene una masa física de 1,6749×10 -27 kg.

La existencia del neutrón fue teorizada por Rutherford en 1920 y descubierta por Chadwick en 1932.

Se encontraron neutrones durante los experimentos cuando los átomos fueron disparados a una delgada lámina de berilio. Se lanzaron partículas subatómicas sin carga: el neutrón.

Los neutrones son partículas sin carga que se encuentran en todos los núcleos atómicos (excepto en el caso del hidrógeno-1).

La masa de un neutrón es ligeramente más grande que la de un protón. Como los protones, los neutrones también están hechos de quarks: un quark “arriba” (con una carga positiva de 2/3) y dos quarks “abajo” (cada uno con una carga negativa de 1/3).

Isótopos

La cantidad de neutrones en un núcleo determina el isótopo de ese elemento. Por ejemplo, el hidrógeno tiene tres isótopos conocidos: protio, deuterio y tritio.

Protium, simbolizado como 1 H, es simplemente hidrógeno ordinario; tiene un protón y un electrón y no neutrones. El deuterio (D o 2 H) tiene un protón, un electrón y un neutrón. El tritio (T o 3 H) tiene un protón, un electrón y dos neutrones.

Historia del átomo

La teoría del átomo data, por lo menos, ya en 440 aC a Demócrito, un científico y filósofo griego.

Es probable que Demócrito haya construido su teoría de los átomos sobre el trabajo de los filósofos del pasado, según Andrew G. Van Melsen, autor de “De Atomos a Atom: La historia del concepto Atom”.

Por ejemplo, Parménides, maestro de Demócrito, es conocido por proponer el principio de identidad.

Este principio, que establece que “todo lo que es, juntos forma el ser”, condujo a otros filósofos, incluido Demócrito, a avanzar en su trabajo, que finalmente condujo a la teoría atómica.

La explicación de Demócrito del átomo comienza con una piedra. Una piedra cortada a la mitad da dos mitades de la misma piedra.

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Si la piedra fuera cortada continuamente, en algún punto existiría una pieza de piedra lo suficientemente pequeña como para que ya no pueda ser cortada.

Los griegos

El término “átomo” proviene de la palabra griega para indivisible, que, según Demócrito, debe ser el punto en el cual un ser (cualquier forma de materia) ya no puede ser dividido.

Su explicación incluía las ideas de que los átomos existen separados unos de otros, que hay una cantidad infinita de átomos, que los átomos son capaces de moverse, que pueden combinarse para crear materia pero no fusionarse para convertirse en un átomo nuevo, y que no se puede dividir.

Sin embargo, porque la mayoría de los filósofos de la época, especialmente el influyente Aristóteles, creían que toda la materia se creaba desde la tierra, el aire,

John Dalton, un químico británico, se basó en las ideas de Demócrito en 1803 cuando presentó su propia teoría atómica, según el departamento de química de la Universidad de Purdue.

Dalton

La teoría de Dalton incluía varias ideas de Demócrito, como que los átomos son indivisibles e indestructibles y que diferentes átomos se unen para crear toda la materia.

Las adiciones de Dalton a la teoría incluían las ideas de que todos los átomos de un elemento eran idénticos, que los átomos de un elemento tienen diferentes pesos y propiedades que los átomos de otro elemento, que los átomos no pueden ser creados o destruidos, y que la materia está formada por átomos combinando en números enteros simples.

Los britanicos

Thomson, el físico británico que descubrió el electrón en 1897, demostró que los átomos en realidad se pueden dividir, de acuerdo con la Fundación de Patrimonio Químico .

Pudo determinar la existencia de partículas cargadas negativamente al estudiar las propiedades de la descarga eléctrica en tubos de rayos catódicos.

Según el documento de Thomson de 1897 , los rayos se desviaron dentro del tubo, lo que demostró que hay algo que se cargó negativamente dentro del tubo de vacío.

En 1899, Thomson publicó una descripción de su versión del átomo, comúnmente conocida como el “modelo de budín de ciruela”, según un artículo de 2013por Giora Hon y Bernard R. Goldstein publicado en la revista Annalen der Physik.

Carga Positiva

El modelo del átomo de Thomson incluía una gran cantidad de electrones suspendidos en algo que producía una carga positiva que le daba al átomo una carga neutra general, que se asemejaba a un postre británico popular que tenía pasas suspendidas en una bola redonda similar a una torta.

El siguiente científico que modificó y progresó aún más el modelo atómico fue Rutherford, que estudió con Thomson, según el departamento de química de la Universidad de Purdue .

En 1911, Rutherford publicó su versión del átomo, que incluía un núcleo cargado positivamente que está orbitado por electrones.

Este modelo surgió cuando Rutherford y sus ayudantes dispararon partículas alfa en finas láminas de oro. (Una partícula alfa está formada por dos protones y dos neutrones, todos unidos por la misma fuerza nuclear fuerte que une el núcleo de cualquier átomo, según el Laboratorio Jefferson).

Los científicos notaron que un pequeño porcentaje de las partículas alfa se dispersaron en ángulos muy grandes con respecto a la dirección original del movimiento, mientras que la mayoría pasó a través de apenas perturbado.

El Espacio Vacio

Rutherford fue capaz de aproximarse al tamaño del núcleo del átomo de oro, descubriendo que es al menos 10.000 veces más pequeño que el tamaño del átomo entero, y gran parte del átomo es espacio vacío.

El modelo del átomo de Rutherford sigue siendo el modelo básico que se usa hoy en día, a pesar de sus limitaciones.

Varios otros científicos promovieron el modelo atómico, incluido Niels Bohr (basado en el modelo de Rutherford para incluir propiedades de electrones basados ​​en el espectro de hidrógeno).

Erwin Schrödinger (desarrolló el modelo cuántico del átomo), Werner Heisenberg (afirmó que no se puede conocer tanto el posición y velocidad de un electrón simultáneamente).

Murray Gell-Mann y George Zweig (independientemente desarrollaron la teoría de que los protones y los neutrones estaban compuestos de quarks).

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