La Teoría Atómica: Un Viaje a través del Tiempo

La idea de que la materia está compuesta por unidades indivisibles se remonta a la antigua Grecia. Leucipo y Demócrito postularon que la materia debía estar formada por partículas muy pequeñas e indivisibles, a las que llamaron átomos, que en griego significa «sin partes» o «indivisible». Sin embargo, otros filósofos griegos, como Platón y Aristóteles, creían que la materia se podía dividir de manera indefinida y que no existía ninguna partícula indivisible.

La discusión sobre la existencia de los átomos se mantuvo por más de dos mil años, hasta que, a principios del siglo XIX, el científico inglés John Dalton estableció una teoría atómica de la materia sustentada en evidencias experimentales acerca de las reacciones químicas. Los postulados principales de su teoría fueron:

• La materia está constituida por partículas diminutas, esféricas, compactas e indivisibles.
• Todos los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí y diferentes de los átomos de otros elementos.
• Los átomos se combinan según relaciones numéricas constantes y sencillas para formar compuestos.
• En los procesos químicos, los átomos no se pueden crear, destruir ni transformar en otros átomos.

En su teoría, Dalton no describió el interior de los átomos. Investigaciones posteriores demostraron que los átomos no eran indivisibles, sino que estaban constituidos por varios tipos de partículas con diferentes propiedades físicas. Estos descubrimientos acerca de la estructura interna de los átomos propiciaron la formulación de los primeros modelos atómicos.

La Naturaleza Eléctrica del Átomo

A finales del siglo XIX, el físico inglés J.J. Thomson experimentaba con un tubo de descarga que consistía en un tubo de vidrio cerrado con dos placas metálicas insertadas y un gas a muy baja presión en su interior. Cuando las placas eran conectadas a una fuente de alimentación de alto voltaje, la placa negativa, o cátodo, emitía hacia la placa positiva, o ánodo, unos rayos invisibles que producían un punto brillante en una sustancia fosforescente situada en el extremo del tubo. Así pues, Thomson concluyó que los rayos catódicos eran partículas muy ligeras con carga eléctrica negativa que provenían del interior de los átomos del cátodo. Se había descubierto la primera partícula subatómica: el electrón. Los átomos, por tanto, eran divisibles.

El Modelo Atómico de Rutherford

Ernest Rutherford realizó experimentos que demostraron que el átomo debe estar en su mayor parte vacío, pues casi todas las partículas alfa lo atraviesan sin apenas desviarse. El átomo tiene concentrada toda la carga positiva en un pequeño punto muy denso cerca del cual las partículas alfa se desvían mucho. Cuando las partículas alfa impactan contra ese punto de carga positiva, la repulsión entre cargas del mismo signo hace que reboten hacia atrás.

En el modelo atómico de Rutherford, la carga positiva del átomo y casi toda su masa están concentradas en un pequeño volumen central, el núcleo, y los electrones, a una gran distancia de este, orbitan muy rápido a su alrededor.

Partículas Subatómicas y el Átomo

El número atómico (Z) es el número de protones e identifica a cada elemento químico. El número másico (A) es la suma de protones (Z) y neutrones (N): A = Z + N.

Modelo Atómico de Bohr

Niels Bohr modificó el esquema propuesto por Rutherford asumiendo que existían órbitas en las cuales el electrón no radiaba energía. Los electrones podían pasar de una órbita a otra. El número máximo de electrones que puede haber en cada nivel es igual a 2n². El modelo de Bohr explicó la luz que emite el hidrógeno cuando se somete a la radiación, pero no pudo explicar la luz emitida por los demás átomos.

Subniveles de Energía y Orbitales

Arnold Sommerfeld modificó el modelo de Bohr añadiendo la posibilidad de que las órbitas fueran elípticas y que además tuvieran cierta inclinación. Estos subniveles se representan por las letras s, p, d, f, g…

La Tabla Periódica

El sistema periódico consiste en la organización de los elementos químicos por orden creciente de su número atómico. Hay 118 elementos dispuestos en 18 grupos y 7 periodos. Los elementos pertenecientes a un mismo grupo poseen propiedades físico-químicas semejantes, por ello estos grupos reciben una denominación específica: alcalinos (grupo 1), alcalinotérreos (grupo 2), metales de transición (grupos 3 al 12), térreos (grupo 13), carbonoideos (grupo 14), nitrogenoideos (grupo 15), anfígenos (grupo 16), halógenos (grupo 17) y gases nobles (grupo 18).

Los elementos pueden ser clasificados en cuatro categorías principales: metales (zona izquierda y central de la tabla), no metales (zona derecha), semimetales (entre los metales y los no metales), y gases nobles (última columna de la derecha, es decir, grupo 18).

Propiedades Periódicas

El radio atómico se define como la mitad de la distancia que hay entre los centros de dos átomos iguales que forman una molécula. La reactividad química es una propiedad que mide la mayor o menor actividad con la que un elemento participa en una reacción.

Variación de la Reactividad

• En un periodo, la reactividad de los metales disminuye al avanzar, siendo máxima en los alcalinos. La actividad de los no metales aumenta al avanzar un periodo y es máxima en los halógenos.
• En un grupo, la reactividad de los metales aumenta al descender, y la reactividad de los no metales disminuye al descender.

El radio atómico aumenta al descender en un mismo grupo y disminuye al avanzar a lo largo de un periodo.