Hace más de 2000 años, el filósofo griego Demócrito declaró lo siguiente:
nada existe, excepto los átomos y el espacio vacío; todo lo demás es una opinión.
En parte tenía razón: todo —desde las rocas hasta las estrellas, pasando por la sangre y las pilas— está formado por átomos. Pero, Demócrito creía que los átomos eran la unidad más pequeña posible; incluso, la propia palabra átomo viene de indivisible en griego. Tras cientos de años de estudio, entendemos un poco más del universo y, en la actualidad, incluso estudiamos las partículas del interior del átomo para comprender su estructura atómica.
Estructura básica de un átomo
Los átomos están formados por una estructura básica, un núcleo y unas capas que orbitan el núcleo. Para formar tal estructura, el átomo contiene tres tipos de partículas subatómicas: protones, neutrones y electrones.
La siguiente tabla ofrece un resumen de las cargas relativas, las masas y la ubicación dentro del átomo de las diferentes partículas subatómicas:
| Partícula | Masa | Carga | Ubicación dentro del átomo |
|---|---|---|---|
| Protón | 1 | +1 | Dentro del núcleo |
| Neutrón | 1 | 0 | Dentro del núcleo |
| Electrón | Muy pequeña | -1 | En las capas orbitando el núcleo |
Aunque los átomos parezcan abarrotados con todas sus partículas subatómicas, en realidad son —en su mayoría— espacio vacío. Los protones se encuentran en el núcleo, mientras que los electrones orbitan alrededor del núcleo en capas o niveles de energía. Los neutrones también se encuentran en el núcleo y no tienen carga eléctrica.
Estructura atómica de los elementos
Cada elemento químico tiene una estructura atómica única, determinada por el número de protones en su núcleo. Este número se conoce como número atómico y define las propiedades del elemento. Por ejemplo, el hidrógeno tiene un solo protón en su núcleo, mientras que el oxígeno tiene ocho protones.
La estructura atómica de los elementos también incluye el número de neutrones en el núcleo. Los isótopos son átomos del mismo elemento con diferentes números de neutrones. Por ejemplo, el carbono-12 y el carbono-14 son isótopos del carbono, con 6 y 8 neutrones respectivamente.
Ejemplos de estructuras atómicas
Existen diferentes modelos para representar la estructura atómica. Uno de los más conocidos es el modelo de Bohr, que muestra los electrones orbitando el núcleo en niveles de energía específicos. Otro modelo es el modelo de nube electrónica, que representa la probabilidad de encontrar un electrón en diferentes regiones alrededor del núcleo.
Algunos ejemplos de estructuras atómicas incluyen el átomo de hidrógeno, que consta de un protón en el núcleo y un electrón en una capa orbital, y el átomo de oxígeno, que tiene 8 protones en el núcleo y 8 electrones distribuidos en diferentes capas orbitales.
¿Qué son los iones y los isótopos?
Los iones son átomos que han ganado o perdido electrones, adquiriendo una carga eléctrica positiva o negativa. Por ejemplo, un ion de sodio tiene un electrón menos que el átomo neutral de sodio, lo que le confiere una carga positiva.
Los isótopos, como se mencionó anteriormente, son átomos del mismo elemento con diferentes números de neutrones. Los isótopos pueden tener propiedades químicas similares, pero pueden tener masas diferentes debido a los diferentes números de neutrones.
Masa atómica relativa y distribución de electrones
La masa atómica relativa es una medida del peso promedio de los átomos de un elemento, teniendo en cuenta los diferentes isótopos y su abundancia en la naturaleza. Por ejemplo, la masa atómica relativa del carbono es de aproximadamente 101, debido a la presencia de carbono-12 y carbono-13 en la naturaleza.
La distribución de electrones en el átomo sigue un patrón específico. Los electrones llenan las capas orbitales en orden de energía, comenzando por la capa más cercana al núcleo. Cada capa puede contener un número máximo de electrones, según la fórmula 2n^2, donde n es el número de la capa.
Modelos atómicos a lo largo del tiempo
A lo largo de la historia, los científicos han propuesto diferentes modelos para describir la estructura atómica. Desde el modelo de Dalton en el siglo XIX, hasta los modelos más modernos como el modelo de nube electrónica y el modelo cuántico, cada uno ha contribuido a nuestra comprensión de los átomos y su estructura.
La estructura atómica es la disposición de las partículas subatómicas dentro de un átomo. Los átomos están formados por protones y neutrones en el núcleo, y electrones orbitando alrededor del núcleo en capas o niveles de energía. Cada elemento tiene una estructura atómica única determinada por el número de protones en su núcleo. Los isótopos son átomos del mismo elemento con diferentes números de neutrones. La masa atómica relativa es una medida del peso promedio de los átomos de un elemento. A lo largo del tiempo, diferentes modelos han sido propuestos para describir la estructura atómica, contribuyendo a nuestra comprensión del entorno microscópico.