Descubriendo la Estructura Atómica: Cargas, Modelos y Partículas

La Carga Eléctrica

La cantidad de carga eléctrica, Q, se mide en Culombios (C) en el Sistema Internacional (SI). Existen dos tipos de carga eléctrica: negativa (como la que adquieren el ámbar o el plástico) y positiva (como la que adquiere el vidrio). Dos cuerpos con carga del mismo tipo se repelen, mientras que aquellos con carga de distinto tipo se atraen.

Electrones y Protones

A finales del siglo XIX y principios del siglo XX, una serie de experimentos permitieron identificar las partículas responsables de la carga eléctrica negativa (electrón) y positiva (protón). Los experimentos de electrización y de los tubos de descarga de gases proporcionaron los siguientes datos:

• El átomo contiene partículas materiales subatómicas.
• Algunas de esas partículas, los electrones, tienen carga eléctrica negativa y masa.
• Cada electrón posee una carga eléctrica elemental.
• El resto del átomo posee la mayor parte de la masa del mismo y tiene carga positiva.
• Como el átomo es eléctricamente neutro, el número de cargas eléctricas negativas (electrones) es igual al número de cargas positivas (protones), ya que el valor de la carga es el mismo en ambos.

Modelo Atómico de Thomson

Thomson imaginó el átomo como una especie de esfera positiva continua en la que se encuentran incrustados los electrones, más o menos como las uvas pasas en un pudín.

Formación de iones: Un ion es un átomo que ha ganado o perdido uno o más electrones. El número de protones se mantiene siempre fijo en cada átomo. Si un átomo pierde uno o más electrones, adquiere carga neta positiva y se convierte en un catión. Si gana uno o más electrones, adquiere carga neta negativa y se llama anión.

Modelo Atómico de Rutherford

Rutherford y sus colaboradores, en 1911, bombardearon una lámina de oro muy fina con partículas positivas a gran velocidad. El experimento permitió observar el siguiente comportamiento en las partículas lanzadas:

• La mayor parte de ellas atravesaba la lámina sin cambiar de dirección.
• Algunas se desviaban considerablemente.
• Unas pocas partículas rebotaban hacia la fuente de emisión.

En el modelo de Thomson, las partículas positivas que atraviesan la lámina no deberían ser desviadas de su trayectoria. En el modelo de Rutherford, la carga positiva está concentrada en un núcleo central, de manera que las partículas positivas que pasan muy cerca de él se desvían bastante de su trayectoria inicial, y solo aquellas pocas que colisionan directamente con el núcleo regresan en la dirección de la que proceden.

Los Neutrones

La masa de protones y electrones por sí sola no coincidía con la masa total del átomo, por lo que Rutherford supuso que en el núcleo tenía que existir otro tipo de partículas subatómicas, a las que bautizó como neutrones. J. Chadwick descubrió estas partículas que, al no tener carga eléctrica, se llaman neutrones. Los neutrones son partículas eléctricamente neutras que tienen una masa un poco mayor que la de los protones, y que se encuentran junto con estos en el núcleo.

Estructura del Átomo Nuclear

• El átomo tiene un núcleo central en el que está concentrada toda su masa, aportada por los protones y neutrones.
• La carga positiva de los protones se compensa con la carga negativa de los electrones, así el átomo es neutro.
• El núcleo contiene protones en un número igual al de electrones del átomo.
• Los electrones giran a mucha velocidad en torno al núcleo y están separados de este por una gran distancia.

La Distribución de Electrones

• La capa más interna o cercana al núcleo: 2 electrones.
• La segunda capa: 8 electrones.
• La tercera capa: 18 electrones.

Modificaciones al Modelo de Rutherford

• El electrón solo se mueve en unas órbitas circulares, en las que no emite energía. Cada órbita tiene una determinada energía, que es mayor cuanto más alejada esté la órbita del núcleo.
• La emisión de energía se produce cuando un electrón salta desde un estado inicial de mayor energía hasta otro de menor energía.

Número Atómico y Número Másico

El número de protones de un átomo se llama número atómico y se representa mediante la letra Z. El número de protones y de neutrones de un átomo se llama número másico y se simboliza con la letra A. El número de neutrones se representa con la letra N y se calcula como N = A - Z.