Átomos
Hechos, Resumen & Definición
- Los átomos son la unidad más pequeña de la materia y se combinan para formar moléculas
- Contienen protones, neutrones, y electrones
- Más del 99% de un átomo es espacio vacío pero los electrones hacen que los átomos se repelan
- El número de protones de un átomo determina su número atómico
- El número de protones y neutrones determina su masa atómica
¿Qué son los átomos?
Los átomos son la unidad más pequeña de materia (algo que se puede tocar físicamente) que conserva todas las propiedades químicas de un elemento. Se combinan para formar moléculas (que a su vez forman sólidos, gases y líquidos).
Partículas atómicas
Los átomos están formados por tres partículas básicas. Son los electrones, los protones y los neutrones, que se denominan colectivamente partículas subatómicas.
El núcleo del átomo contiene protones (que son partículas con carga positiva) y neutrones (que no tienen carga). Estos protones y neutrones se denominan colectivamente nucleones y están unidos por una fuerza llamada fuerza fuerte residual. El número de neutrones en relación con el número de protones ayuda a determinar la estabilidad del núcleo.
Alrededor del núcleo hay envolturas de electrones que contienen los electrones (que son partículas con carga negativa. Las propiedades de un átomo dependen del número y la disposición de todas sus partículas.
Los electrones son las más pequeñas de las partículas subatómicas (son demasiado pequeños para ser medidos con las técnicas de las que disponen actualmente los científicos) y tienen carga negativa. Están unidos al núcleo debido a sus cargas eléctricas opuestas. Si un átomo tiene más o menos electrones que su número atómico, el átomo se carga y se llama ion: si el átomo tiene más electrones, el átomo se vuelve más negativo; si el átomo tiene menos electrones, el átomo se vuelve más positivo. Los electrones no tienen estructura interna, por lo que se denominan partículas elementales.
Los protones poseen una carga positiva y son 1836 veces más pesados que un electrón. El número de protones de un átomo es igual al número atómico. Cada protón está formado por dos quarks up y un quark down, que son un tipo de partícula elemental. Los quarks se mantienen unidos por una fuerza llamada interacción fuerte – esta interacción fuerte está mediada por los gluones (otro tipo de partícula elemental).
Los neutrones son la partícula subatómica más pesada y pesan 1839 veces más que un electrón. No poseen carga alguna. Cada neutrón está formado por un quark up y dos quarks down.
La siguiente imagen muestra la estructura de un átomo. Se puede ver el núcleo y las envolturas de los electrones:
Masa atómica
Los protones y los neutrones tienen la misma masa de 1,67 × 10-24 gramos – los científicos suelen definir esta cantidad como un Dalton. Aunque su masa es similar, los neutrones no tienen carga (mientras que los protones sí). Esto significa que los neutrones contribuirán en gran medida a la masa de un átomo, pero no a su carga.
Los electrones son mucho más pequeños y sólo pesan 9,11 × 10-28 gramos – esto significa que no contribuyen significativamente a la masa de un átomo sino por su carga.
La siguiente tabla muestra la ubicación, masa y carga de todas las partículas que hay en un átomo.
Volumen atómico
Más del 99% de un átomo es espacio vacío. Sin embargo, la razón por la que los objetos no se atraviesan unos a otros se debe a los electrones. Los electrones que rodean a cada átomo están cargados negativamente, por lo que se repelen entre sí cuando se compran cerca. Esto impide que los átomos ocupen el mismo espacio unos que otros.
Número atómico
El número de protones de un átomo determina su número atómico – que se suele denotar por Z. Este valor nunca cambiará a menos que el núcleo decaiga de alguna manera, o que el núcleo sea bombardeado (física nuclear). Por ejemplo, el número atómico del carbono es 6 porque tiene 6 protones. El número atómico ayuda a distinguir los elementos entre sí. El número de electrones en un átomo es siempre equivalente al número de protones – esto explica por qué los átomos no tienen carga global.
Número de masa
El número total de protones y neutrones en un átomo determina su número de masa – esto se denota generalmente por A. Los electrones generalmente no se tienen en cuenta al calcular la masa de un electrón ya que su masa es tan insignificante. Se puede calcular el número de neutrones de un elemento mediante la siguiente ecuación:
número másico – número de protones = número de neutrones
Los isótopos del mismo elemento tendrán el mismo número atómico pero un número másico diferente, ya que pueden tener un número diferente de neutrones. La mayoría de los elementos tienen muchos isótopos naturales. También debes saber que la masa atómica de un elemento equivale a la media de la abundancia relativa de todos sus isótopos. Por ejemplo, el carbono tiene tres isótopos, pero como el carbono-12 constituye alrededor del 99% de todo el carbono, es por lo que el carbono tiene la masa atómica de 12.
Lectura adicional
http://www.chem4kids.com/files/atom_structure.html
https://www.livescience.com/37206-atom-definition.html
http://www2.open.ac.uk/openlearn/periodictablephase2/atom.html
https://chem.libretexts.org/Textbook_Maps/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Teoría_atómica/Isótopos