Estructura Atómica
Composición de la Materia
La materia está formada por átomos. Todos los átomos de un elemento tienen la misma masa. Los compuestos de un elemento tienen la misma masa. Los compuestos se forman por la unión de átomos en cantidades definidas; por ejemplo, dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno forman agua. Si se unen en otras cantidades, tenemos otros compuestos, como el agua oxigenada. Los materiales con la misma carga eléctrica se repelen, y los materiales con cargas distintas se atraen.
| Masa (MR) | Carga (QR) | |
|---|---|---|
| Protones | 1 | 1 |
| Neutrones | 1 | 0 |
| Electrones | 1/1840 | -1 |
Modelos Atómicos
Modelo de Dalton
Consideraba los átomos como partículas indivisibles e inalterables.
Modelo de Thomson
Propuso el modelo del ‘puding con pasas’, formado por carga positiva. Insertados en él, debían estar los electrones. La carga negativa de los electrones compensaba la carga positiva, para que el átomo fuera neutro.
Modelo de Rutherford
Propuso el experimento del pan de oro o experiencia de la lámina de oro:
- La mayoría de las partículas alfa atravesaba la lámina de oro sin desviarse.
- Una pequeña proporción de partículas atravesaba la lámina, pero sufrían una leve desviación.
- Una de cada 10.000 partículas alfa rebotaba al llegar a la lámina y volvía hacia atrás.
En definitiva, el átomo está formado por un núcleo muy pequeño y una corteza. En el núcleo está concentrada toda su carga positiva y casi toda su masa; en la corteza están los electrones girando alrededor del núcleo. Con el modelo de Rutherford queda totalmente explicada la experiencia de la lámina de oro: la mayor parte del átomo está vacía y los electrones giran alrededor del núcleo. Por eso, la mayor parte de las partículas alfa que llegan a la lámina de oro la atraviesan sin desviarse, ya que no encuentran ningún obstáculo. Una pequeña parte de las partículas pasa cerca de un núcleo y su trayectoria se desvía. Sólo la pequeñísima proporción de partículas que choca con un núcleo es repelida y vuelve hacia atrás.
Finalmente, en 1931, el científico James Chadwick descubrió que en los átomos había una tercera partícula que no tenía carga eléctrica, pero cuya masa era similar a la del protón: la llamó neutrón. Los átomos constan de núcleos muy pequeños y sumamente densos, rodeados de una nube de electrones a distancias relativamente grandes de los núcleos. Todos los núcleos contienen protones. Los núcleos de todos los átomos, excepto de la forma común del hidrógeno, también contienen neutrones.
Modelo de Bohr
Dedujo que los electrones de la corteza giran alrededor del núcleo describiendo solo determinadas órbitas circulares. Así, en el átomo, los electrones se organizan en capas o niveles de energía, y en cada capa tendrán una cierta energía. A medida que se van llenando los niveles de energía, los electrones se van situando en niveles superiores. Los electrones sólo se pueden encontrar girando en determinados niveles de energía (cuantización de la energía).
Modelo Atómico Actual
Denominado modelo mecánico-cuántico del átomo, fue establecido por Edwin Schrödinger. Este modelo determina la localización de los electrones en orbitales en torno al núcleo.
| Protón | Electrón | Neutrón | |
|---|---|---|---|
| Masa | 1,673×10-27kg | 9,11×10-31kg | 1,675×10-27kg |
| Carga | +1,6×10-19C | -1,6×10-19C | 0 |
Átomos, Isótopos e Iones
Z: Número atómico (número de protones). A: Número másico (número de protones + neutrones). A = PROTONES + NEUTRONES / N = A – Z. Un ión es una especie química a la que se le han dado o quitado electrones. Puede ser un átomo o un conjunto de átomos. Un ión catión tiene carga positiva y un ión anión tiene carga negativa. Nucleidos: átomos que se parecen en alguna propiedad nuclear:
- Isótopos: núcleos con el mismo número atómico pero con distinto número másico.
- Isóbaros: mismo número másico y distinto número atómico.
- Isótonos: mismo número de neutrones.
ZAX+/-n
Unidad de Masa Atómica
R: porcentaje
Radiactividad
La radiactividad es la pérdida o ganancia de algunas partículas subatómicas del núcleo. Existen dos tipos principales de reacciones nucleares:
- La rotura de su núcleo para dar otros núcleos más pequeños: fisión nuclear.
- La unión del núcleo de dos átomos pequeños para dar un núcleo mayor: fusión nuclear.
Aplicaciones de los Isótopos Radiactivos
- Como fuente de energía: en las centrales nucleares. Los más utilizados son el uranio y el plutonio. También para fabricar pilas de muy larga duración (alimentadas por plutonio-238), en marcapasos, en equipos de medición en sondas espaciales o en estaciones marítimas o terrestres que se encuentran en lugares de difícil acceso.
- En investigaciones y experimentos científicos: para determinar la antigüedad de un hallazgo arqueológico o histórico (cada isótopo se desintegra a un ritmo, que depende de la cantidad de átomos presentes y de su tipo; esta velocidad la podemos medir con un aparato llamado Contador de Geiger). Como rastreadores (para saber en qué se transforma exactamente una sustancia en una reacción química). En investigaciones forenses para detectar residuos de munición.
- Aplicación médica: para diagnosticar algunas enfermedades se introduce una sustancia que contiene un isótopo radiactivo que emita radiación de baja energía que se fija en el órgano que se quiere analizar y permite observarlo, registrando la radiación que emite (radioisótopos). Para curar ciertos tipos de cáncer (eliminando mayor número de células cancerosas que normales: radioterapia).