Los filósofos griegos discutieron mucho acerca de
la naturaleza de la materia y concluyeron que el mundo era más simple de lo que
parecía. Algunas de sus ideas de mayor relevancia fueron: Demócrito ,Leucipo Y Empédocles
En el siglo V a. C., Leucipo sostenía que había un sólo tipo de materia y pensaba que si dividíamos la materia en partes cada vez más pequeñas, obtendríamos un trozo que no se podría cortar más. Demócrito llamó a estos trozos átomos ("sin división").
La filosofía atomista de Leucipo y Demócrito podía
resumirse en:
1.- Los átomos son eternos, indivisibles,
homogéneos e invisibles.
2.- Los átomos se diferencian en su forma y tamaño.
3.-
Las propiedades de la materia varían según el agrupamiento de los átomos.
En el siglo IV a. C., Empédocles postuló que la
materia estaba formada por 4 elementos: tierra, aire, agua y fuego.
Aristóteles, posteriormente, postula que la materia estaba formada por esos 4 elementos pero niega la idea de átomo, hecho que se mantuvo hasta 200 años después en el pensamiento de la humanidad.
Estructura atómica
Conocemos ya que cualquier átomo (excepto el protio) está formado principalmente por tres partículas sub-atómicas: protones, electrones y neutrones. Ahora toca saber cómo estas partículas están distribuidas dentro del átomo, lo que es mejor conocido como estructura atómica. La esfera atómica la podemos dividir en dos zonas o regiones: el núcleo (esfera interior) y la corteza (esfera exterior).
Regiones del
átomo
El núcleo
atómico
Los protones y neutrones de un átomo se
encuentran ligados en el núcleo atómico, la parte
central del mismo. El volumen del núcleo es
aproximadamente proporcional al número total de nucleones,
el número másico A, lo cual es mucho menor
que el tamaño del átomo, cuyo radio es del orden de
105 fm o 1 ångström (Å). Los nucleones se
mantienen unidos mediante la fuerza nuclear, que es mucho
más intensa que la fuerza electromagnética a
distancias cortas, lo cual permite vencer la repulsión
eléctrica entre los protones. Los átomos de un
mismo elemento tienen el mismo número de protones, que se
denomina número atómico y se representa por
Z.El núcleo atómico puede verse alterado por procesos muy energéticos en comparación con las reacciones químicas. Los núcleos inestables sufren desintegraciones que pueden cambiar su número de protones y neutrones emitiendo radiación. Un núcleo pesado puede fisionarse en otros más ligeros en una reacción nuclear o espontáneamente.
En átomos con número atómico bajo, los núcleos con una cantidad distinta de protones y neutrones tienden a desintegrarse en núcleos con proporciones más parejas, más estables. Sin embargo, para valores mayores del número atómico, la repulsión mutua de los protones requiere una proporción mayor de neutrones para estabilizar el núcleo.
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La corteza
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Partículas
subatómicas:
A pesar de que átomo significa
"indivisible", en realidad está formado por varias
partículas subatómicas. El átomo contiene
protones, neutrones y electrones, con la excepción del
hidrógeno-1, que no contiene neutrones, y del
catión hidrógeno o hidrón, que no contiene
electrones. Los protones y neutrones del átomo se
denominan nucleones, por formar parte del núcleo
atómico. El electrón es la partícula
más ligera de cuantas componen el átomo, con una
masa de 9,11 · 10-31 kg. Tiene una carga eléctrica
negativa, cuya magnitud se define como la carga eléctrica
elemental, y se ignora si posee subestructura, por lo que se lo
considera una partícula elemental. Los protones tienen una
masa de 1,67 · 10-27 kg, 1836 veces la del
electrón, y una carga positiva opuesta a la de este. Los
neutrones tienen un masa de 1,69 · 10-27 kg, 1839 veces la
del electrón, y no poseen carga eléctrica. El
protón y el neutrón no son partículas
elementales, sino que constituyen un estado ligado de quarks
u y d, partículas fundamentales
recogidas en el modelo estándar de la física de
partículas, con cargas eléctricas iguales a +2/3 y
-1/3 respectivamente, respecto de la carga elemental. Un
protón contiene dos quarks u y un quark
d, mientras que el neutrón contiene dos
d y un u, en consonancia con la carga de ambos.
Los quarks se mantienen unidos mediante la fuerza nuclear fuerte,
mediada por gluones —del mismo modo que la fuerza
electromagnética está mediada por fotones—.
Además de estas, existen otras partículas
subatómicas en el modelo estándar: más tipos
de quarks, leptones cargados (similares al electrón),
etc.-
Nube de electrones:
Los electrones, como otras partículas, presentan simultáneamente propiedades de partícula puntual y de onda, y tienden a formar un cierto tipo de onda estacionaria alrededor del núcleo, en reposo respecto de este. Cada una de estas ondas está caracterizada por un orbital atómico, una función matemática que describe la probabilidad de encontrar al electrón en cada punto del espacio. Cada orbital corresponde a un posible valor de energía para los electrones, que se reparten entre ellos. El principio de exclusión de Pauli prohíbe que más de dos electrones se encuentren en el mismo orbital. Pueden ocurrir transiciones entre los distintos niveles de energía: si un electrón absorbe un fotón con energía suficiente, puede saltar a un nivel superior; también desde un nivel más alto puede acabar en un nivel inferior, radiando el resto de la energía en un fotón. Las energías dadas por las diferencias entre los valores de estos niveles son las que se observan en las líneas espectrales del átomo.
Propiedades atómicas
Masa
La mayor parte de la masa del átomo viene de los
nucleones, los protones y neutrones del núcleo.
También contribuyen en una pequeña parte la masa de
los electrones, y la energía de ligadura de los nucleones,
en virtud de la equivalencia entre masa y energía. La
unidad de masa que se utiliza habitualmente para expresarla es la
unidad de masa atómica (u). En química se utiliza también el mol como
unidad de masa. Un mol de átomos de cualquier elemento
equivale siempre al mismo número de estos (6,022 ·
1023), lo cual implica que un mol de átomos de un elemento
con masa atómica de 1 u pesa aproximadamente 1 gramo. En
general, un mol de átomos de un cierto elemento pesa de
forma aproximada tantos gramos como la masa atómica de
dicho elemento.
Tamaño
Los átomos no están delimitados por una
frontera clara, por lo que su tamaño se equipara con el de
su nube electrónica. Sin embargo, tampoco puede
establecerse una medida de esta, debido a las propiedades
ondulatorias de los electrones. En la práctica, se define
el radio atómico estimándolo en función de
algún fenómeno físico, como la cantidad y
densidad de átomos en un volumen dado, o la distancia
entre dos núcleos en una molécula.
Niveles de
energía
Un electrón ligado en el átomo posee una
energía potencial inversamente proporcional a su distancia
al núcleo y de signo negativo, lo que quiere decir que
esta aumenta con la distancia. La magnitud de esta energía
es la cantidad necesaria para desligarlo, y la unidad usada
habitualmente para expresarla es el electronvoltio (eV). En el
modelo mecanocuántico solo hay un conjunto discreto de
estados o niveles en los que un electrón ligado puede
encontrarse —es decir, numerables—, cada uno con un
cierto valor de la energía. El nivel con el valor
más bajo se denomina el estado fundamental, mientras que
el resto se denominan estados excitados.Cuando un electrón efectúa una transición entre dos estados distintos, absorbe o emite un fotón, cuya energía es precisamente la diferencia entre los dos niveles. La energía de un fotón es proporcional a su frecuencia, así que cada transición se corresponde con una banda estrecha del espectro electromagnético denominada línea espectral.
Evolución del modelo atómico
La concepción del átomo que se ha tenido a lo largo de la historia ha variado de acuerdo a los descubrimientos realizados en el campo de la física y la química. A continuación se hará una exposición de los modelos atómicos propuestos por los científicos de diferentes épocas. Algunos de ellos son completamente obsoletos para explicar los fenómenos observados actualmente, pero se incluyen a manera de reseña histórica.Un modelo atómico no es más que el dibujo o esquema de lo que indica su respectiva teoría, así que cada teoría tiene su propio modelo del átomo, recibiendo ambos el nombre de la persona que las propuso. A partir de 1803 se han propuesto diversas teorías y modelos atómicos, entre las cuales se destacan las siguientes:
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Teoría y modelo atómico de Dalton
(John Dalton).
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Teoría y modelo atómico de Thomson
(Joseph John Thomson).
-
Teoría y modelo atómico de Rutherford
(Ernest Rutherford).
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Teoría y modelo atómico de Bohr (Niels
Bohr).
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Teoría y modelo atómico de
Bohr-Sommerfeld (Arnold Sommerfeld).
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Teoría y modelo atómico
mecánico-quántico (varios
científicos).
