Descubriendo la Estructura Atómica: Desde Demócrito hasta el Modelo Cortical

El primer paso importante desde la antigüedad hasta ahora lo vio un filósofo llamado Demócrito que dijo:

• a) La materia está compuesta por átomos.
• b) Los átomos eran muy pequeños.
• c) Los átomos no se podían dividir en algo más pequeño, por tanto son indivisibles.

En griego, la palabra átomo significa algo que no se puede dividir, partir o cortar.

Estas ideas sobre cómo era la materia se mantuvieron sin variaciones a lo largo de muchos años, hasta que a principios del siglo XIX, John Dalton hizo unas aportaciones fundamentales y elaboró su propia teoría atómica.

TEORÍA DE DALTON

Sus ideas son las siguientes:

• a) Los elementos están formados por átomos que son unas partículas distintas, muy pequeñas e indivisibles.
• b) Los átomos de un mismo elemento son iguales, tienen la misma masa, el mismo tamaño y las mismas propiedades físicas y químicas.
• c) En una reacción química, los átomos no se destruyen ni desaparecen, sino que cambian la distribución.
• Ejemplo: Zn + HCl ----- ZnCl₂ + H₂
• d) Los átomos que se combinan para formar un compuesto lo hacen siempre en proporciones definidas y constantes.
• Ejemplo: H₂O ---- 2 de hidrógeno y 1 de oxígeno.

Átomo

Las partículas más pequeñas de un elemento que conservan su propiedad.

Elemento

Sustancia formada por átomos iguales.

Compuesto

Sustancia formada por elementos distintos pero combinados en proporciones fijas.

Los elementos químicos, para simplificarlos, se designan mediante un símbolo. Este símbolo está formado por 1 o 2 letras. La primera letra se escribe en mayúsculas y la segunda en minúscula. Normalmente, es la primera letra del nombre en castellano o del nombre en latín.

El tamaño de los átomos es muy pequeño, tienen alrededor de 10^-9 o 10^-10 m de diámetro.

PARTÍCULAS QUE COMPONEN EL ÁTOMO

Demócrito dijo que los átomos no se podían dividir en algo más pequeño, pero esto no es así; tienen carga positiva.

La materia normalmente es neutra, aunque puede estar cargada positiva o negativamente según las manipulaciones que hagamos. Por tanto, los cuerpos tienen carga eléctrica. Un cuerpo normalmente es neutro, es decir, tiene igual número de carga negativa y positiva.

Las cargas de igual signo se repelen y las de distinto signo se atraen. Un cuerpo cargado tendrá carga + y -.

Ejemplo: a un átomo le quito una carga – y se queda + (+++++)(-----); le quito una – y se queda positiva.

Estas cargas que tiene la materia son:

• El electrón (-) carga que vale -1.67 x 10^-19 (culombios) y una masa que vale 9.1 x 10^-31 kg.
• El protón (+) carga que vale +1.67 x 10^-27 (culombios) y una masa que vale 1.67 x 10^-24 kg.

CONCLUSIÓN

1. El átomo está formado por partículas más pequeñas llamadas subatómicas.
2. Los electrones tienen carga negativa.
3. El resto del átomo (menos los electrones) tiene casi toda la masa y tiene carga positiva.
4. Como el átomo es neutro, se supone que el número de electrones es igual al de protones.

TEORÍA ATÓMICA DE THOMSON

1. Como el electrón pesa poco, supuso que la mayor parte del átomo serían cargas + (protones), por tanto, deberían ocupar la mayor parte del volumen.

Para Thomson, el átomo era como una esfera maciza cargada positivamente y los electrones estaban incrustados en la esfera.

Esta teoría de Thomson explicaba bien dos cuestiones:

1. La producción y formación de iones: al estar en el exterior, los electrones se arrancaban fácilmente, por tanto, es fácil que un átomo cambie de número de electrones, mientras que los protones permanecen fijos en cada átomo.
2. Un átomo al perder un electrón se carga positivamente, dando un ion positivo o un catión.

Ejemplo: H - 1 electrón ------ H⁺ - catión de hidrógeno.

La electrización de los cuerpos: un exceso de electrones hace que el cuerpo tenga carga negativa, mientras que un defecto de electrones hace que el cuerpo tenga carga positiva.

Esta teoría de Thomson tuvo mucha aceptación, pero una serie de experimentos cuestionaron su validez.

Experimentos que cuestionaron su validez

• a) Aston: comprobó que no todos los átomos tienen la misma masa.
• b) Chadwick: descubrió otra partícula subatómica a la que se dio el nombre de neutrón. El neutrón no tiene carga y tiene una masa igual que la del protón.
• c) Rutherford: comprobó que había partículas que podían atravesar el átomo, por tanto, la idea de Thomson de que el átomo era una esfera maciza era falsa.

TEORÍA ATÓMICA DE RUTHERFORD

Esta teoría dice:

• a) El átomo tiene dos zonas muy diferenciadas: el núcleo y la corteza.
• b) El núcleo es la parte central en la que se concentra la mayor parte de la masa del átomo y en él están los protones y los neutrones, por tanto, tiene carga positiva.
• c) La corteza es la parte externa del átomo, en ella están los electrones y, por tanto, tiene carga negativa.
• d) El átomo es como un espacio vacío, concentrándose en el núcleo los protones y los neutrones, y girando alrededor los electrones.

CÓMO IDENTIFICAMOS A LOS ÁTOMOS

Se identifican por el número de protones que tienen en el núcleo (número de protones = número atómico que se representa por Z). En el símbolo se coloca un subíndice a la izquierda. Ejemplo: 1H, 8O, 6C, 9F.

Como la masa de los electrones es muy pequeña, casi toda la masa del átomo será debida a la masa de los protones y de los neutrones, por tanto:

Número de protones + número de neutrones = número másico que se representa por A.

Z + N = A ------ N = A - Z.

El A se coloca como un superíndice a la izquierda del símbolo. Ejemplo: 1H, 16O, 12C, 19F.

Un átomo neutro: número de protones = número de electrones.

ISÓTOPOS

Son átomos con el mismo número atómico (Z) y distinto número másico (A), es decir, tienen un número distinto de neutrones.

Ejemplo: el H tiene 3 isótopos.

MODELO ATÓMICO CORTICAL

Este será el modelo que de forma coherente y satisfactoria nos explicará cómo está constituido el átomo. Este modelo dice lo siguiente:

• a) En el núcleo tenemos protones y neutrones.
• b) Los electrones se distribuyen alrededor del núcleo en diversas capas o niveles, y cada uno tiene una energía diferente.
• c) En cada capa no cabe cualquier número de electrones, sino que tiene un número máximo que cabe.
• d) Las capas o niveles se denominan con una letra mayúscula:
  • K: caben 2 electrones.
  • L: caben 8 electrones (2n elevado a 2, donde n es el número de la capa o nivel).
  • M: caben 18 electrones.
  • N: caben 32 electrones.