EL ÁTOMO

 

Los átomos son la unidad básica de toda la materia, la estructura que define a todos los elementos y tiene propiedades químicas bien definidas. Todos los elementos químicos de la tabla periódica están compuestos por átomos con exáctamente la misma estructura y a su vez, éstos se componen de tres tipos de partículas, como los protones, los neutrones y los electrones.

El concepto moderno (Teoría atómica moderna) que hoy todos tenemos sobre lo que es un átomo proviene de distintos sectores de los campos de la física y la química. Las primeras ideas al respecto surgieron en la Antigua Grecia, desde las ciencias y la filosofía, que luego se desarrollaron por completo en la química de los siglos XVIII y XIX. Desde la época de los antiguos griegos hasta nuestros días, hemos reflexionado profundamente acerca de qué cosa está hecha la materia.
Hoy sabemos que los átomos son la unidad mínima de una sustancia, lo que compone toda la materia común y ordinaria. Si los átomos de una sustancia se dividen, la identidad de esa tal puede destruirse y cada sustancia tiene diferentes cantidades de átomos que la componen. A su vez, un átomo está compuesto de un determinado número de 3 tipos de partículas: los protones, los neutrones y los electrones.
Ubicándose en la parte central de los átomos (en el núcleo del átomo) se encuentran los protones y los neutrones, que tienen un peso mayor que el de los electrones, los cuales se ubican en una especie de órbita alrededor del núcleo. Los protones y los neutrones tienen casi que la misma masa y dentro de cada átomo, existe siempre la misma cantidad de protones y electrones.

Núcleo

Es el centro del átomo, es la parte más pequeña del átomo y allí se conservan todas sus propiedades químicas. Casi que toda la masa del átomo reside en el núcleo.

Protones

Son uno de los tipos de partículas que se encuentran en el núcleo de un átomo y tienen carga positiva (masa = 1.673 x 10-24 gramos). Fueron descubiertos por Ernest Rutherford entre 1911 y 1919. Como hemos visto en nuestro sección de química, al analizar cada uno de los elementos de la tabla periódica, el número de protones de cada átomo define qué elemento químico es, ésto se conoce como “peso atómico”. Los protones están compuestos de partículas aún más diminutas conocidas como quarks o cuarks.

Electrones

Éstas son las partículas que orbitan alrededor del núcleo de un átomo, tienen carga negativa y son atraídos eléctricamente a los protones de carga positiva (masa = 9.10 x 10-28 gramos).

Neutrones

Los neutrones son partículas ubicadas en el núcleo y tienen una carga neutra (masa = 1.675 x 10-24 gramos). La masa de un neutrón es ligeramente más grande que la de un protón y al igual que éstos, los neutrones también se componen de quarks.

Isótopos

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

Experimento casero: Verifica la teoría atómica y la mecánica cuántica

Publicado en 30 junio 2011 por Jose Luis Blanco — 56 Comments

Si tienes una caja de cartón, un disco CD viejo que no te importe romper y un cutter, prepárate para hacer un experimento en el que vas a aprender un montón de física cuántica. Prometo no usar ni una fórmula, así que espero que disfrutes el artículo aunque odies las mates. Hace poco más de un siglo que sabemos con absoluta certeza que las distintas sustancias que se encuentran en la Naturaleza se pueden partir una y otra vez manteniendo sus propiedades, pero no hasta el infinito: el límite es lo que llamamos átomos, del griego ἄ-τομος (“in-divisible”).
Seguramente en la escuela te explicaron que los átomos consisten en un núcleo, compuesto de partículas llamadas protones y neutrones (de cargas positiva y neutra) y una nube de electrones de carga negativa orbitando a su alrededor, tal que así:

Pues bien, si esta imagen de un mini sistema solar es la que tenías en mente cuando piensas en un átomo, siento decirte que… ¡¡en el colegio te engañaron!!. Por suerte, un átomo es algo muchísimo más complejo y entretenido, y una de las razones es el tamaño de las partículas que lo componen. Los electrones son tan “pequeños” y ligeros (pesan unas 1800 veces menos que las partículas del núcleo atómico) que viven en el mundo microscópico donde las leyes de la Naturaleza son muy diferente a las que vemos en nuestro día a día: las de la mecánica cuántica.
Para empezar, un electrón no es una “bolita”, como se lo suele representar. Se descartó hace mucho tiempo que pudieran ser esferas tras analizar un efecto llamado spin. De hecho, a día de hoy no se sabe qué son por dentro (si es que son algo).
Pero tampoco es correcto imaginárselos como “puntos” infinitamente pequeños y sin dimensión. En el mundo de la mecánica cuántica la pregunta de qué es un electrón quieto, sobre la mesa, no tiene sentido, ya que un electrón quieto no existe: debido al principio de indeterminación (que no de incertidumbre) ningún objeto puede estar quieto, aunque el efecto se atenúa para objetos más grandes que moléculas y por eso nuestra experiencia cotidiana no lo nota. Cuanto más intentes dejar un electrón quieto, más se moverá. De hecho, gracias a dicho efecto existe la materia tal y como la conocemos ya que así se evita que los electrones caigan hacia el núcleo atómico, al que se sienten atraídos por la diferencia de carga eléctrica (ya lo demostré matemáticamente aquí).
El hecho es que un electrón es en realidad un ente difuso, extremadamente pequeño pero que no está en ningún sitio concreto sino en una zona del espacio determinada siguiendo lo que llamamos funciones de densidad de probabilidad (fdp) que nos dicen donde es más o menos probable encontrar al  electrón. Por ejemplo, en un átomo de Helio, sus dos electrones orbitarán normalmente siguiendo idénticas distribuciones de probabilidad esféricas, siendo más probable encontrarlos cerca del núcleo que lejos: