El Átomo y las Partículas Subatómicas

Durante mucho tiempo se creyó que el átomo era la partícula material más pequeña, es decir, que era indivisible. En la actualidad, sabemos que está formado por partículas más pequeñas todavía: protones y neutrones, que conforman el núcleo del átomo, y electrones, que giran alrededor del núcleo. Algo así como un sistema planetario. Así, tomando como modelo un sistema planetario, la ciencia planteó un modelo de átomo distribuido en un núcleo y una corteza.

• El núcleo: concentra casi toda la masa del átomo, aunque su tamaño es 10.000 veces más pequeño que este. Tiene carga eléctrica positiva. Está compuesto por protones (con carga eléctrica positiva) y neutrones (sin carga). Ambos tipos de partículas tienen una masa similar.
• La corteza: es la parte externa que rodea al núcleo. Está compuesta por electrones (con carga eléctrica negativa) que giran alrededor del núcleo y tienen una masa casi 2.000 veces menor que la de un protón.

Características de los Átomos

Para la química, las unidades básicas son los átomos. Cuando varios de ellos (iguales o diferentes) se combinan entre sí, forman moléculas y estas constituyen todos los materiales que conocemos. Todos los átomos tienen una estructura de núcleo y corteza, pero el número de partículas que forman los átomos de un elemento químico son diferentes de los de cualquier otro elemento.

Recuerda: Un átomo es la unidad más pequeña en la que se puede dividir la materia sin perder sus propiedades químicas y está compuesto por un núcleo, con protones (carga eléctrica positiva) y neutrones (sin carga), y electrones (carga eléctrica negativa) a su alrededor.

Los Isótopos

Todos los átomos de un elemento químico tienen el mismo número de protones, pero se pueden diferenciar por el número de neutrones. Los isótopos son los átomos de un mismo elemento que difieren en el número de neutrones y, por lo tanto, en su número másico. Todos los isótopos de un elemento tienen el mismo número atómico, pero distinto número másico. La mayoría de los elementos químicos se encuentran en la naturaleza como una mezcla de isótopos. La masa atómica de cada elemento químico se calcula haciendo el promedio de las masas atómicas de todos los isótopos del elemento, por eso generalmente no es un número entero.

Los isótopos pueden ser naturales o artificiales. Algunos ejemplos de isótopos naturales pueden ser el carbono y el hidrógeno. Los isótopos artificiales, al ser inestables, son muy radioactivos. Esto hace que sus núcleos cambien o se desintegren, emitan energía y se conviertan en otros isótopos o elementos. Suelen tener una vida media de millones de años. Un ejemplo sería el del plutonio; este elemento es radioactivo, y su isótopo plutonio-238 acabará convirtiéndose en plomo-206 en cuestión de 88 años. Sin embargo, el plutonio-244 tardará en desintegrarse 80 millones de años.

Los Iones

Los átomos son neutros. Sin embargo, pueden perder o ganar uno o más electrones y transformarse en iones, es decir, en partículas con carga eléctrica. Si un átomo recibe uno o más electrones, se convierte en un ion con carga negativa o anión, ya que su número de electrones es superior al de protones. Si, en cambio, pierde electrones, se convierte en un ion con carga positiva o catión.

Las Sustancias Simples y Compuestas

De los 118 elementos que se conocen, 92 se encuentran en la naturaleza y los otros 26 han sido obtenidos en el laboratorio. La gran mayoría de ellos se hallan unidos con otros átomos (de su mismo tipo o diferentes) para formar agrupaciones estables llamadas moléculas. Las moléculas de un elemento se unen a otro formando sustancias (simples o compuestas), excepto los denominados gases nobles o inertes, que no se combinan ni siquiera consigo mismos y se encuentran como átomos aislados.

Definición: Las sustancias simples son aquellas formadas por átomos del mismo elemento que pueden aparecer en forma de un solo átomo (unitaria) o combinándose varios átomos del mismo elemento.

Definición: Las sustancias compuestas están constituidas por átomos de elementos diferentes unidos entre sí por enlaces químicos y que pueden descomponerse en sustancias simples a través de reacciones químicas específicas.

Las sustancias compuestas se pueden clasificar según la cantidad de elementos químicos que las compongan y según su estructura:

• Según la cantidad de elementos químicos que las compongan, existen sustancias binarias (constituidas por dos elementos químicos; por ejemplo, H₂O y ClNa), sustancias ternarias (formadas por tres elementos químicos; por ejemplo, HNO₃ y RbOH) y así sucesivamente.
• Según su estructura, podemos clasificar las sustancias compuestas en compuestos orgánicos, que tienen como base de su estructura el carbono —por ejemplo, la glucosa (C₆H₁₂O₆) o el etanol (CH₃CH₂OH)— y compuestos inorgánicos, que no poseen carbono en su estructura base —por ejemplo, el sulfuro de calcio (CaS) o el ácido clorhídrico (HCl)−.

La Divisibilidad de la Materia: Demócrito y el Átomo

El filósofo Demócrito, nacido hacia el año 470 a. C. en la ciudad griega de Abdera, se preguntó hasta dónde se podría dividir un trozo de cualquier clase de materia. ¿Se llegaría a un punto en que fuese imposible seguir haciéndolo? Dedujo que ese límite existía y llamó átomo (que en griego significa «sin partes») a esa partícula mínima. Sin embargo, las ideas de Demócrito fueron tachadas de absurdas por sus contemporáneos y cayeron en el olvido hasta que fueron retomadas por John Dalton.

Modelos Atómicos

El Modelo de Thomson

Fue propuesto en 1904 por Joseph J. Thomson, descubridor del electrón en 1897. En este momento aún no se había descubierto el protón. Se sabía, además, que la materia era eléctricamente neutra; por lo tanto, el átomo también debía de serlo.

Su modelo representaba al átomo como una esfera maciza con la carga positiva distribuida de forma homogénea y electrones incrustados (a la manera de las pasas en un pudin) que compensaban la carga positiva.

El modelo atómico de Thomson reunía las siguientes características:

• Un átomo tiene forma de esfera, la cual concentra toda la masa del átomo, con carga positiva.
• Los electrones se incrustan en la esfera, distribuyéndose en todo el espacio libre y compensando la carga positiva de la misma.
• El modelo no es estático. Los electrones pueden cambiar su posición en la esfera, siempre que las cargas se compensen.

Este modelo tiene puntos negativos, como, por ejemplo, el de no poder explicar cómo los electrones mantienen su carga ni la estabilidad del átomo.

El Modelo de Rutherford

En 1910, Rutherford realizó el siguiente experimento: hizo incidir un haz de rayos alfa (con carga positiva) sobre una fina lámina de oro para observar si esta afectaba a la trayectoria de los rayos. Rodeó la lámina con una pantalla fluorescente, en la que se producía un destello cada vez que un rayo alfa chocaba con ella; así podría seguir su trayectoria.