La Concepción del Átomo: Un Viaje a Través de la Historia

Teoría de los 4 Elementos (Siglo IV a.C.)

En la antigua Grecia, se creía que el universo estaba compuesto por cuatro elementos fundamentales: agua, aire, fuego y tierra. Aristóteles adoptó esta teoría, proponiendo que cada elemento era el resultado de la combinación de dos propiedades: calor, sequedad, frío y humedad. Además, añadió un quinto elemento, el éter, que constituía los cielos.

Teoría del Atomismo (Siglo V a.C.)

Leucipo de Mileto y su discípulo Demócrito propusieron una idea revolucionaria: al dividir sucesivamente cada uno de los cuatro elementos, se llegaría a una partícula tan pequeña que ya no podría dividirse más. Estas partículas indivisibles fueron llamadas átomos (del griego átomos, ‘indivisible’).

El Renacimiento de la Teoría Atómica en el Siglo XIX

Teoría Atómica de Dalton (Principios del Siglo XIX)

El químico inglés John Dalton retomó las ideas de Leucipo y Demócrito, formulando la primera teoría atómica con base científica:

• Los elementos químicos están formados por partículas muy pequeñas e indivisibles llamadas átomos.
• Los átomos del mismo elemento son iguales en masa y en el resto de sus propiedades.
• Los átomos de elementos diferentes son diferentes en masa y en el resto de sus propiedades.
• Los átomos de elementos diferentes se unen entre sí para formar compuestos.

Primeras Investigaciones sobre la Estructura Interna del Átomo

A finales del siglo XIX y principios del XX, diversos experimentos llevaron a la conclusión de que el átomo no era indivisible, sino que contenía partículas subatómicas:

• El átomo es divisible y está formado por partículas más pequeñas con carga eléctrica.
• Los electrones son partículas subatómicas con carga negativa y una masa muy pequeña en comparación con la del átomo.
• La mayor parte de la masa del átomo reside en partículas con carga positiva, llamadas protones.
• Dado que el átomo es inicialmente neutro, el número de cargas positivas (protones) y negativas (electrones) debe ser el mismo.

Modelo Atómico de Thomson (1904)

J.J. Thomson propuso el primer modelo de la estructura interna del átomo. Imaginó el átomo como una esfera uniforme de materia cargada positivamente, en la cual estaban incrustados los electrones, como las pasas en un pudín. Este modelo, conocido como el «modelo del pudín de pasas», explicaba algunos hechos experimentales, como:

• Los fenómenos observados en los tubos de descarga de gases.
• Los fenómenos de electrización.
• La formación de iones.

Concepto de Ion

Un ion es un átomo o grupo de átomos con carga eléctrica. Se forma cuando un átomo neutro gana o pierde electrones:

• Catión: Ion con carga positiva (pierde electrones).
• Anión: Ion con carga negativa (gana electrones).

El Descubrimiento de la Radiactividad

A finales del siglo XIX, A.H. Becquerel descubrió accidentalmente la radiactividad. Marie Curie identificó que el uranio era el elemento responsable de esta emisión y le dio el nombre de radiactividad.

Ernest Rutherford clasificó las radiaciones emitidas por materiales radiactivos en tres tipos:

• Radiación α (alfa): Partículas con carga positiva y gran masa (dos protones y dos neutrones).
• Radiación β (beta): Partículas con carga negativa y masa muy pequeña (electrones).
• Radiación γ (gamma): Radiación electromagnética de alta energía y gran poder de penetración.

Modelo Atómico de Rutherford (1911)

Basado en sus experimentos, Ernest Rutherford propuso un modelo atómico revolucionario:

• Un núcleo central pequeño, denso y con carga positiva, que contiene la mayor parte de la masa del átomo (protones).
• Una corteza exterior, donde los electrones giran alrededor del núcleo a gran velocidad en órbitas, similar a un sistema planetario (modelo nuclear).

Descubrimiento del Neutrón (1932)

Rutherford postuló la existencia de partículas neutras en el núcleo, con una masa similar a la del protón, para explicar la diferencia entre la masa atómica y la suma de las masas de protones y electrones. James Chadwick confirmó la existencia del neutrón en 1932.

Caracterización de los Átomos

• Número Atómico (Z): Número de protones en el núcleo de un átomo. Es característico de cada elemento.
• Número Másico (A): Suma del número de protones (Z) y neutrones (N) en el núcleo de un átomo. A = Z + N.

La representación de un elemento incluye el número másico (A) como superíndice a la izquierda del símbolo y el número atómico (Z) como subíndice a la izquierda.

Residuos Radiactivos

Los residuos radiactivos son peligrosos debido a su alta radiación y larga duración. Se clasifican en:

• Residuos de alta actividad: Emiten altas dosis de radiación (combustible nuclear gastado).
• Residuos de media o baja actividad: Emiten menores cantidades de radiación (hospitales, industria).

Masa Atómica

La masa de un átomo es la suma de las masas de sus protones, neutrones y electrones. Se utiliza la unidad de masa atómica (u), definida como 1/12 de la masa del átomo de carbono-12, como referencia para medir la masa de los átomos.

Modelo Atómico de Bohr (1913)

Niels Bohr propuso un modelo que incorporaba la cuantización de la energía:

• Órbitas circulares: Los electrones giran en órbitas circulares específicas, llamadas «órbitas permitidas» o «estacionarias», sin emitir energía.
• Niveles de energía: Cada órbita tiene una energía específica. La energía aumenta a medida que la órbita se aleja del núcleo.
• Saltos cuánticos: Los electrones pueden saltar entre órbitas absorbiendo o emitiendo energía en forma de fotones (luz).