El Núcleo Atómico

Átomo

En física y química, átomo (del latín atomum, y éste del griego άτομον, indivisible) es la unidad más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades y que no es posible dividir mediante procesos químicos.

El concepto de átomo como bloque básico e indivisible que compone la materia del universo ya fue postulado por la escuela atomista en la Antigua Grecia. Sin embargo, su existencia no quedó demostrada hasta el siglo XIX. Con el desarrollo de la física nuclear en el siglo XX se comprobó que el átomo puede subdividirse en partículas más pequeñas.

Tabla de contenidos

• 1 Estructura Atómica

o 1.1 El Núcleo Atómico

o 1.2 Interacciones eléctricas entre protones y electrones

o 1.3 Nube Electrónica

o 1.4 Dimensiones Atómicas

• 2 Historia de la Teoría Atómica

• 3 Evolución del Modelo Atómico

o 3.1 Modelo de Dalton

o 3.2 Modelo de Thomson

o 3.3 Modelo de Rutherford

o 3.4 Modelo de Bohr

o 3.5 Modelo de Schrödinger: Modelo Actual

• 4 Enlaces externos

Estructura Atómica

La teoría aceptada hoy es que el átomo se compone de un núcleo de carga positiva formado por protones y neutrones, en conjunto conocidos como nucleón, alrededor del cual se encuentra una nube de electrones de carga negativa.

El Núcleo Atómico

El núcleo del átomo se encuentra formado por nucleones, los cuales pueden ser de dos clases:

• Protones: Partícula de carga eléctrica positiva igual a una carga elemental, y una masa de 1,6726x10-27 Kg. y;

• Neutrones: Partículas carentes de carga eléctrica y una masa de 1,672x10-27 Kg

El núcleo más sencillo es el del hidrógeno, formado únicamente por un protón. El núcleo del siguiente elemento en la tabla periódica, el helio, se encuentra formado por dos protones y dos neutrones. La cantidad de protones contenidas en el núcleo del átomo se conoce como número atómico, el cual se representa por la letra Z y se escribe en la parte inferior izquierda del símbolo químico. Es el que distingue a un elemento químico de otro. Según lo descrito anteriormente, el número atómico del hidrógeno es 1 (1H), y el del helio, 2 (2He).

La cantidad total de nucleones que contiene un átomo se conoce como número másico, representado por la letra A y escrito en la parte superior izquierda del símbolo químico. Para los ejemplos dados anteriormente, el número másico del hidrógeno es 1(1H), y el del helio, 4(4He).

Existen también átomos que tienen el mismo número atómico, pero diferente número másico, los cuales se conocen como isótopos. Por ejemplo, existen 3 isótopos naturales del hidrógeno, el protio (1H), el deuterio (2H) y el tritio (3H). Todos poseen las mismas propiedades químicas del hidrógeno, y pueden ser diferenciados únicamente por ciertas propiedades físicas.

Otros términos menos utilizados relacionados con la estructura nuclear son los isótonos, que son átomos con el mismo número de neutrones. Los isóbaros son átomos que tienen el mismo número másico.

Debido a que los protones tienen cargas positivas se deberían repeler entre sí, sin embargo, el núcleo del átomo mantiene su cohesión debido a la existencia de otra fuerza de mayor magnitud, aunque de menor alcance conocida como la interacción nuclear fuerte.

Interacciones eléctricas entre protones y electrones

La estabilidad del átomo se debe a la acción de dos fuerzas opuestas que hacen mantenerse a distancia a los electrones del núcleo. Los protones están fuertemente cargados de electricidad positiva y los electrones negativamente. La interacción entre estas partículas hace que los electrones se sientan poderosamente atraídos por la carga eléctrica contraria de los protones, dando como resultado una centrípeta que tiende a atraer a los electrones hacia el núcleo.

La existencia de una fuerza antagónica (fuerza centrífuga), la cual es debida a la increíble velocidad a la que gira el electrón sobre el núcleo, contrarresta a la fuerza de atracción y hace posible que los electrones se mantengan siempre a determinadas distancias del núcleo. El famoso físico danés Niels Bohr, calculó la velocidad a la cual gira el electrón alrededor del núcleo en ¡no menos de siete mil billones de revoluciones por segundo!

Lo más maravilloso e increíble del átomo es el hecho de que algo tan sólido y aparentemente estático como una roca esté íntegramente formado por partículas en continuo movimiento.

Nube Electrónica

Alrededor del núcleo se encuentran los electrones que son partículas elementales de carga negativa igual a una carga elemental y con una masa de 9.10x10-31 kg.

La cantidad de electrones de un átomo en su estado basal es igual a la cantidad de protones que contiene en el núcleo, es decir, al número atómico, por lo que un átomo en estas condiciones tiene una carga eléctrica neta igual a 0.

A diferencia de los nucleones, un átomo puede perder o adquirir algunos de sus electrones sin modificar su identidad química, transformándose en un ion, una partícula con carga neta diferente de cero.

El concepto de que los electrones se encuentran en órbitas satelitales alrededor del núcleo se ha abandonado en favor de la concepción de una nube de electrones deslocalizados o difusos en el espacio, el cual representa mejor el comportamiento de los electrones descrito por la mecánica cuántica únicamente como funciones de densidad de probabilidad de encontrar un electrón en una región finita de espacio alrededor del núcleo.

Dimensiones Atómicas

La mayor parte de la masa de un átomo se concentra en el núcleo, formado por los protones y los neutrones, ambos conocidos como nucleones, los cuales son 1836 y 1838 veces más pesados que el electrón respectivamente.

El tamaño o volumen exacto de un átomo es difícil de calcular, ya que las nubes de electrones no cuentan con bordes definidos, pero puede estimarse razonablemente en 1.0586x10-10 m, el doble del radio de Bohr para el átomo de Hidrógeno. Si esto se compara con el tamaño de un protón, que es la única partícula que compone el núcleo del hidrógeno, que es aproximadamente 1x10-15 se ve que el núcleo de un átomo es cerca de 100,000 veces menor que el átomo mismo, y sin embargo, concentra prácticamente el 100% de su masa.

Para efectos de comparación, si un átomo tuviese el tamaño de un estadio, el núcleo sería del tamaño de una canica colocada en el centro, y los electrones, como partículas de polvo agitadas por el viento alrededor de los asientos.

Historia de la Teoría Atómica

El concepto de átomo existe desde la Antigua Grecia

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