¿Cómo existen los átomos?

Si vas a construir una casa, sin duda necesitarás manejar una gran cantidad de ladrillos. Esto se debe al hecho de que puede clasificarse como un componente de construcción para su refugio bien planificado. De manera similar, los átomos son las unidades básicas de construcción de las cosas que nos rodean. ¡Piensa en cualquier cosa, y sin duda estará hecha de átomos! ¿No es una locura? Tratemos de comprender a fondo esta noción para adquirir una comprensión clara de su existencia y de lo que es un átomo.

¿Qué es un átomo?

La palabra “átomo” proviene del griego “atomos”, que simplemente significa indivisible. Todo en nuestra tierra es una combinación de elementos estables e inestables. Cada elemento tiene una estructura atómica diferente. La estructura básica de un átomo involucra un núcleo y electrones en órbita.

Un átomo es la cantidad más pequeña de un elemento químico que puede existir. Por ejemplo, un átomo de oro es la cantidad más baja de oro que puede existir. ¡El término «pequeño» en realidad se refiere a nanoscópicamente pequeño! Un cabello humano es cientos de veces más pequeño que un átomo.

Los átomos y las moléculas existen en la naturaleza debido al hecho de que la materia está formada por pequeñas partículas llamadas átomos. Sin embargo, en la antigüedad no había ninguna pista para los científicos, por lo tanto, en ese momento, los filósofos indios creían que todo en este universo, ya sea vivo o no vivo, se puede dividir en ‘panch tattvas, es decir, aire, agua, fuego, cielo y tierra.

En otras palabras, podemos decir que los átomos son las unidades de construcción fundamentales de todas las cosas. El resultado es que no puedes ver un átomo a simple vista, sino que necesitarás un microscopio electrónico para poder verlo. Si desmantela una serie de objetos, descubrirá que toda la materia de nuestro entorno está formada por varios tipos de átomos. Nosotros, como organismos vivos, normalmente estamos formados por átomos de hidrógeno, carbono y oxígeno.

Partes de un átomo

Un átomo consta de tres partes, a saber, protones, electrones y neutrones. En el centro de un átomo, los neutrones y los protones están unidos. El núcleo es el nombre de esa área. Los electrones, por otro lado, que son mucho más pequeños, aceleran alrededor del exterior.

1. electrones

Los electrones tienen carga negativa y están dispuestos alrededor del núcleo en capas u órbitas. Tienen una carga relativa de -1. El número total de electrones en un átomo es siempre el mismo que el número de protones en el núcleo.

Características de los electrones:

• La carga de un electrón es -1e, que se aproxima a -1.602 × 10 ^-19 .
• La masa de un electrón es de aproximadamente 9,1 × 10 ^-31 .
• Debido a la masa despreciable de los electrones, se ignoran al calcular la masa de un átomo.

2. protones

Los protones siempre tienen carga positiva. El número de protones en el átomo se llama su número atómico (también llamado número de protones). En la tabla periódica, los átomos están ordenados en orden de número atómico. Los protones tienen una carga relativa de +1.

Características del protón:

• Los protones son básicamente partículas cargadas positivamente de un átomo. La carga de un protón es 1e, que corresponde aproximadamente a 1,602 × 10 ^-19 .
• El número total de protones en los átomos de un elemento es siempre igual al número atómico del elemento.
• La masa de un protón es de aproximadamente 1,672 × 10 ^-24 .
• Se ha observado que los protones son más de 1800 veces más pesados ​​que los electrones.

3. Neutrón

Los neutrones tienen una carga neutra ni positiva ni negativa. Neutrón, partícula subatómica neutra que se encuentra en todos los núcleos atómicos excepto en el hidrógeno común. Los neutrones y los protones, conocidos en conjunto como nucleones, se mantienen unidos en el núcleo interno compacto de un átomo, el núcleo, donde representan el 99,9 % de la masa del átomo.

Características del neutrón:

• La masa de un neutrón es casi la misma que la de un protón, es decir, 1,674 × ^10-24 .
• Los neutrones son partículas eléctricamente neutras y no llevan carga.
• Diferentes isótopos de un elemento tienen el mismo número de protones pero varían en el número de neutrones presentes en sus respectivos núcleos.

4. Núcleo

Es el centro del átomo. Está formado por protones y neutrones. El diámetro del núcleo es solo alrededor de 1/100000 del diámetro del átomo, por lo que gran parte del volumen del átomo consiste en espacio vacío. Cuando las personas dibujan estructuras atómicas, los electrones se muestran girando en órbitas alrededor del núcleo. Para ser más específicos, los electrones viajan tan rápido que nunca sabes dónde están en un momento dado.

5. Nube de electrones

Es la porción exterior del átomo. Una nube de electrones es un área de carga negativa que rodea un núcleo atómico y está vinculada a un orbital atómico. Se define teóricamente y describe un área que tiene una alta probabilidad de albergar electrones.

Nota: El número de protones y electrones en un átomo permanece constante. Además, el número de neutrones es casi igual al número de protones, pero esto es algo raro.

La frase número atómico se refiere al número de protones contenidos en un átomo. El número atómico 1 indica que el átomo es hidrógeno. Asimismo, el número atómico 2 muestra un átomo de helio. La masa atómica relativa se calcula sumando la cantidad total de neutrones y protones. El hidrógeno, por ejemplo, tiene una masa atómica relativa de uno, pero el helio tiene una masa atómica relativa de cuatro. Dicho de otro modo, un átomo de helio es cuatro veces más denso que un átomo de hidrógeno.

¿Cómo saber si existen átomos?

Ahora, usted podría estar pensando ¿Cómo sabíamos que existían los átomos si no podíamos ver los átomos? Como sabemos, la ciencia se caracteriza por brindar evidencia para respaldar cada una de sus teorías. Como resultado, la evidencia de la existencia de los átomos viene en varios formatos. Los científicos han roto intencionalmente átomos grandes en copias más pequeñas. Hay varias teorías que apoyan el punto de que el átomo existe en la naturaleza. Algunas de las teorías se enumeran a continuación:

1. La teoría atómica de Dalton

Dalton dio su teoría atómica en el año 1808. Dalton fue la primera persona en dar una teoría completa para describir toda la materia en términos de átomos y sus propiedades. Toda la teoría de Dalton se basa en la ley de conservación de la masa y la ley de composición constante. Los postulados de la teoría de Dalton pueden enunciarse como sigue:

• El primer postulado establece que “Toda la materia está compuesta de átomos, que son indivisibles”.
• El segundo postulado establece que “Todos los átomos de un elemento dado son idénticos en masa y propiedades”.
• El tercer postulado establece que “Los compuestos son combinaciones de dos o más tipos diferentes de átomos”.
• El último postulado establece que la reacción química es básicamente una mala ubicación de los átomos.

Sin embargo, la teoría de Dalton tuvo algunos inconvenientes tras el descubrimiento de partículas subatómicas e isótopos.

2. Modelo de budín de ciruelas de Thomson

Thomson consideraba a los átomos como una esfera cargada positivamente, donde los electrones están incrustados como ciruelas en un budín. Este modelo también es similar a una sandía. Thompson no puede explicar cómo las partículas positivas y negativas pueden protegerse entre sí sin neutralizarse dentro del átomo.

3. Modelo de Rutherford y Descubrimiento del Núcleo 

Ernest Rutherford encabezó un equipo que disparó partículas a los átomos y los examinó cuidadosamente, basándose en un popular conjunto de experimentos de principios del siglo XX. Demostró cómo se estructuraban las órbitas en el interior de un átomo normal. Los postulados del Modelo de Rutherford pueden enunciarse como sigue:

• El volumen ocupado por un átomo es en su mayor parte espacio vacío.
• El núcleo está dentro del átomo y tiene carga positiva.
• El tamaño del núcleo es pequeño en comparación con el volumen total del átomo.
• Los electrones giran a gran velocidad alrededor del núcleo.

El inconveniente del modelo de Rutherford es que, si el electrón se mueve continuamente alrededor del núcleo, perderá energía y caerá en el núcleo. Pero el átomo es una de las estructuras más estables conocidas. Esta estabilidad no pudo ser explicada por el modelo de Rutherford

4. Modelo atómico de Bohr

Según el modelo atómico de Bohr, los electrones giran en órbitas fijas alrededor del núcleo. Un electrón no puede perder ni ganar energía mientras esté en su propia órbita. Si gana energía, se mueve a una órbita más alta y si pierde energía, se mueve a un nivel de energía más bajo. Básicamente, el modelo elimina todos los inconvenientes del modelo de Rutherford y explica la estabilidad del átomo.

Problemas de muestra

Problema 1: Nombra dos átomos que existen como átomos independientes.

Solución: 

Los gases nobles como el argón (Ar), el helio (He) existen como átomos independientes.

Problema 2: ¿Por qué no es posible ver un átomo a simple vista?

Solución: 

Porque un átomo es demasiado pequeño, es decir, el radio atómico de un átomo es del orden de 10 ⁻¹⁰ m a 10 ⁻⁹ m.

Problema 3: ¿Qué significa el término fórmula química?

Solución: 

La fórmula química de un compuesto es una representación simbólica de su composición y número real de átomos en una molécula de una sustancia pura.

Problema 4: ¿En cuántas formas existe normalmente un átomo?

Solución: 

En general, los átomos existen en las siguientes dos formas:

• En forma de moléculas
• En forma de iones

Problema 5: ¿Cuál es el número total de partículas cargadas en un átomo?

Solución: 

Las partículas cargadas contenidas en un átomo son protones y electrones.