Evolución de los Modelos Atómicos: Estructura Nuclear y Corteza Electrónica

Evolución de los Modelos Atómicos y Estructura Fundamental

1. Modelos Atómicos Históricos

Modelo de Dalton

El modelo de Dalton propone que los átomos están formados por esferas compactas e indivisibles. Explica adecuadamente los aspectos ponderales de las reacciones químicas, pero es insuficiente para explicar la naturaleza eléctrica de la materia.

Modelo de Thomson

Thomson demostró que dentro de los átomos existen partículas diminutas con carga eléctrica negativa, a las que llamó electrones. A partir de este descubrimiento, dedujo que el átomo debía ser una esfera de materia cargada positivamente, en cuyo interior estaban incrustados los electrones.

2. Modelo Atómico Nuclear (Rutherford)

Rutherford, apoyándose en los resultados del experimento que lleva su nombre, propuso que los átomos tienen dos partes diferentes:

• El Núcleo: Formado por dos tipos de partículas: los protones, con carga eléctrica positiva, y los neutrones, eléctricamente neutros.
• La Corteza: Es la zona donde los electrones se mueven en torno al núcleo. Los electrones tienen carga eléctrica negativa.

3. Componentes del Átomo

El Núcleo

El Número Atómico (Z)

Es el número de protones que tiene el núcleo de un átomo. Se representa con la letra Z y coincide con el número de electrones cuando el átomo es neutro. Todos los átomos de un elemento químico tienen el mismo número atómico.

El Número Másico (A)

Es el número total de partículas que hay en el núcleo de un átomo. Se representa con la letra A.

La relación fundamental es:

$$\text{El número másico } A = \text{Número de protones } (Z) + \text{Número de neutrones } (N)$$

Isótopos

Los isótopos son aquellos átomos que tienen el mismo número atómico (mismo número de protones), pero distinto número másico (diferente número de neutrones). Los átomos isótopos pertenecen al mismo elemento químico.

Ejemplos de isótopos del Hidrógeno:

• Protio: $Z=1, N=0, A=1$
• Deuterio: $Z=1, N=1, A=2$
• Tritio: $Z=1, N=2, A=3$

Masa Atómica de un Elemento

Es la masa de uno de sus átomos medida en unidades de masa atómica (uma). Si un elemento tiene varios isótopos, se toma como valor de su masa atómica el valor promedio de las masas de los isótopos.

La Corteza Electrónica

La corteza atómica ocupa casi todo el volumen del átomo, aunque tiene una masa muy pequeña comparada con la del núcleo.

Distribución de Electrones

Los electrones se distribuyen en la corteza en capas o niveles energéticos. El número máximo de electrones por capa es:

• Capa 1: 2 electrones
• Capa 2: 8 electrones
• Capa 3: 18 electrones
• Capa 4: 32 electrones

Electrones de Valencia

Son los situados en la última capa y determinan las propiedades químicas de los elementos.

Iones

Son átomos que han perdido o ganado electrones en su corteza y han adquirido carga eléctrica neta. Pueden ser:

• Cationes: Su átomo neutro pierde electrones y se transforma en un ion positivo.
• Aniones: Su átomo neutro gana electrones y se transforma en un ion negativo.

4. El Sistema Periódico de los Elementos

En el sistema periódico, los elementos están ordenados por su número atómico creciente. Consta de 7 filas denominadas Períodos y de 18 columnas llamadas Grupos.

Existen varias clases de elementos en la tabla: metales, no metales, semimetales, gases nobles y el hidrógeno.

Propiedad clave: Los elementos de un mismo grupo tienen propiedades químicas similares.

Relaciones Numéricas en la Tabla Periódica

Para un átomo neutro:

• Símbolo, nombre, $Z$ (Número Atómico)
• $A$ (Número Másico) = Protones + Neutrones
• Número de protones = $Z$
• Número de electrones = $Z$ (si la carga es neutra)
• Número de neutrones = $A - Z$
• Carga = (Número de protones) - (Número de electrones)