Biología para Mayores I

Para entender cómo se unen los elementos, primero debemos hablar del componente más pequeño o bloque de construcción de un elemento, el átomo. Un átomo es la unidad más pequeña de materia que conserva todas las propiedades químicas de un elemento. Por ejemplo, un átomo de oro tiene todas las propiedades del oro, ya que es un metal sólido a temperatura ambiente. Una moneda de oro es simplemente un gran número de átomos de oro moldeados en forma de moneda y que contienen pequeñas cantidades de otros elementos conocidos como impurezas. Los átomos de oro no pueden descomponerse en nada más pequeño y seguir conservando las propiedades del oro.

Un átomo se compone de dos regiones: el núcleo, que está en el centro del átomo y contiene protones y neutrones, y la región más externa del átomo, que mantiene sus electrones en órbita alrededor del núcleo, como se ilustra en la figura 1. Los átomos contienen protones, electrones y neutrones, entre otras partículas subatómicas. La única excepción es el hidrógeno (H), que está formado por un protón y un electrón sin neutrones.

Figura 1. Los elementos, como el helio, representado aquí, están formados por átomos. Los átomos están formados por protones y neutrones situados dentro del núcleo, con electrones en orbitales que rodean el núcleo.

Los protones y los neutrones tienen aproximadamente la misma masa, unos 1,67 × 10-24 gramos. Los científicos definen arbitrariamente esta cantidad de masa como una unidad de masa atómica (amu) o un Dalton, como se muestra en la Tabla 1. Aunque su masa es similar, los protones y los neutrones difieren en su carga eléctrica. Un protón tiene carga positiva mientras que un neutrón no tiene carga. Por tanto, el número de neutrones de un átomo contribuye significativamente a su masa, pero no a su carga. La masa de los electrones es mucho menor que la de los protones, ya que sólo pesan 9,11 × 10-28 gramos, es decir, aproximadamente 1/1800 de una unidad de masa atómica. Por lo tanto, no contribuyen mucho a la masa atómica total de un elemento. Por lo tanto, al considerar la masa atómica, es habitual ignorar la masa de los electrones y calcular la masa del átomo basándose únicamente en el número de protones y neutrones. Aunque no contribuyen significativamente a la masa, los electrones sí contribuyen en gran medida a la carga del átomo, ya que cada electrón tiene una carga negativa igual a la carga positiva de un protón. En los átomos neutros sin carga, el número de electrones que orbitan alrededor del núcleo es igual al número de protones dentro del núcleo. En estos átomos, las cargas positivas y negativas se anulan mutuamente, dando lugar a un átomo sin carga neta.

Contando con los tamaños de los protones, neutrones y electrones, la mayor parte del volumen de un átomo -más del 99%- es, de hecho, espacio vacío. Con todo este espacio vacío, cabe preguntarse por qué los llamados objetos sólidos no se atraviesan unos a otros. La razón por la que no lo hacen es que los electrones que rodean a todos los átomos están cargados negativamente y las cargas negativas se repelen entre sí.

Número y masa atómica

Los átomos de cada elemento contienen un número característico de protones y electrones. El número de protones determina el número atómico de un elemento y se utiliza para distinguir un elemento de otro. El número de neutrones es variable, lo que da lugar a los isótopos, que son diferentes formas del mismo átomo que sólo varían en el número de neutrones que poseen. Juntos, el número de protones y el número de neutrones determinan el número de masa de un elemento, como se ilustra en la figura 2. Obsérvese que la pequeña contribución de masa de los electrones no se tiene en cuenta a la hora de calcular el número de masa. Esta aproximación de la masa puede utilizarse para calcular fácilmente cuántos neutrones tiene un elemento, simplemente restando el número de protones del número de masa. Dado que los isótopos de un elemento tendrán números de masa ligeramente diferentes, los científicos también determinan la masa atómica, que es la media calculada del número de masa de sus isótopos naturales. A menudo, el número resultante contiene una fracción. Por ejemplo, la masa atómica del cloro (Cl) es 35,45 porque el cloro está compuesto por varios isótopos, algunos (la mayoría) con masa atómica 35 (17 protones y 18 neutrones) y otros con masa atómica 37 (17 protones y 20 neutrones).

Pregunta de práctica

El carbono tiene un número atómico de seis, y dos isótopos estables con números de masa de doce y trece, respectivamente. Su masa atómica es 12,11.

Figura 2. Carbono-12 y carbono-13

¿Cuántos neutrones tienen el carbono-12 y el carbono-13, respectivamente?

Mostrar respuesta

El carbono-12 tiene seis neutrones. El carbono-13 tiene siete neutrones.