¿Qué es el átomo?

Es la unidad más pequeña posible de un elemento químico. En la filosofía de la antigua Grecia, la palabra "átomo" se empleaba para referirse a la parte de materia más pequeño que podía concebirse. Esa "partícula fundamental", por emplear el término moderno para ese concepto, se consideraba indestructible. De hecho, átomo significa en griego "no divisible". El conocimiento del tamaño y la naturaleza del átomo avanzó muy lentamente a lo largo de los siglos ya que la gente se limitaba a especular sobre él.· En física y química, átomo (del latín atomus, y éste del griego άτομος, 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 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 1,0586 × 10–10 m (0,0000000001 m.), el doble del radio de Bohr para el átomo de hidrógeno. Cuando los átomos se enlazan entre sí, ceden, aceptan o comparten electrones. Son los electrones de valencia quienes determinan de que forma se unirá un átomo con otro y las características del enlace.

Inicios del átomo

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:

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, agregándole un quinto, el éter, pero niega la idea de átomo, hecho que se mantuvo hasta 200 años en el pensamiento de la humanidad.

Teoría atómica de Dalton

En 1808, John Dalton (1766-1844), químico y físico británico, publicó su teoría atómica, que retomaba las antiguas ideas de Leucipo y de Demócrito, luego de medir la masa de los reactivos y productos de una reacción, y concluyó que las sustancias están compuestas de átomos esféricos idénticos para cada elemento, pero diferentes de un elemento a otro.
Según la teoría de Dalton:
- La materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas átomos, que son indivisibles y no se pueden destruir.
- Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí y tienen su propio peso y cualidades propias. Los átomos de los diferentes elementos tienen pesos diferentes.
- Los átomos permanecen sin división, aún cuando se combinen en las reacciones químicas.
- Los átomos, al combinarse para formar compuestos guardan relaciones simples.
- Los átomos de elementos diferentes se pueden combinar en proporciones distintas y formar más de un compuesto.
- Los compuestos químicos se forman al unirse átomos de dos o más elementos distintos.
Sin embargo, este modelo desapareció ante el modelo de Thompson, ya que no explica los rayos catódicos ni la radioactiviadad.

Modelo de Thompson

Luego del descubrimiento del electrón en 1897 por Joseph John Thomson, se determinó que la materia se componía de dos partes, una negativa y una positiva. La parte negativa estaba constituida por electrones, los cuales se encontraban según este modelo inmersos en una masa de carga positiva a manera de pasas en un pastel.

Modelo de Rutherford

Este modelo fue desarrollado por el físico Ernest Rutherford a partir de los resultados obtenidos en lo que hoy se conoce como el experimento de Rutherford en 1911. Representa un avance sobre el modelo de Thomson, ya que mantiene que el átomo se compone de una parte positiva y una negativa, sin embargo, a diferencia del anterior, postula que la parte positiva se concentra en un núcleo, el cual también contiene virtualmente toda la masa del átomo, mientras que los electrones se ubican en una corteza orbitando al núcleo en órbitas circulares o elípticas con un espacio vacío entre ellos. A pesar de ser un modelo obsoleto, es la percepción más común del átomo del público no científico. Rutherford predijo la existencia del neutrón en el año 1920, por esa razón en el modelo anterior (Thomson), no se habla de éste.
Por desgracia, el modelo atómico de Rutherford presentaba varias incongruencias:
Contradecía las leyes del electromagnetismo de James Clerk Maxwell, las cuales estaban muy comprobadas mediante datos experimentales. Según las leyes de Maxwell, una carga eléctrica en movimiento (en este caso el electrón) debería emitir energía constantemente en forma de radiación y llegaría un momento en que el electrón caería sobre el núcleo y la materia se destruiría. Todo ocurriría muy brevemente. Además tampoco explicaba los espectros atómicos.

Modelo de Bohr

El modelo atómico de Rutherford fue aceptable para la época; sin embargo, aún dejaba algunas preguntas. Por ejemplo, si los electrones giran en torno al núcleo en una determinada órbita, necesitan cierta energía para efectuar dicho movimiento. ¿De dónde sacan la energía? Hasta el momento, también se sabía que cada elemento tiene un espectro de emisión característico, que nadie era capaz de explicar.

En 1913, Niels Bohr propuso una serie de postulados que respondieron dichas preguntas, y que dieron lugar a la teoría atómica actual aceptada. El modelo atómico señalaba la existencia de un núcleo formado por protones y neutrones, donde está concentrada la masa y la carga positiva del átomo. El electrón gira en órbitas circulares alrededor del núcleo, pero con algunas restricciones, sólo puede existir una órbita posible, cuya energía se encuentra cuantizada o definida. Este modelo tuvo en su época un éxito enorme, porque explicaba el origen de las líneas de los espectros de emisión obtenidos cuando se le entrega al átomo de hidrógeno la energía necesaria para que un electrón pase a un nivel mayor de energía, pasando desde un estado basal (su nivel de origen, el nivel más bajo de energía) hasta un estado excitado. Una vez que el electrón vuelve a su estado basal, emite exactamente la cantidad de energía que absorbió en forma de un fotón (o cuanto de luz). Bohr atribuyó la emisión de luz a la transición de un electrón desde una órbita de mayor radio a otra de menor radio y de menor energía. Además, Bohr calculó las frecuencias en las que aparecían las líneas espectrales del hidrógeno y explicó las relaciones entre dichas frecuencias, que habían sido obtenidas de forma experimental.

Modelo de Schrödinger: Modelo Actual

Densidad de probabilidad de ubicación de un electrón para los primeros niveles de energía.

Luego de que Louis-Victor de Broglie propuso la naturaleza ondulatoria de la materia en 1924, la cual fue generalizada por Erwin Schrödinger en 1926, se actualizó nuevamente el modelo del átomo. En el modelo de Schrödinger se abandona la concepción de los electrones como esferas diminutas con carga que giran en torno al núcleo, que es una extrapolación de la experiencia a nivel macroscópico hacia las diminutas dimensiones del átomo. En vez de esto, Schrödinger describe a los electrones por medio de una función de onda, el cuadrado de la cual representa la probabilidad de presencia en una región delimitada del espacio. Esta zona de probabilidad se conoce como orbital.

La teoría atómica actual establece que el electrón tiene un comportamiento tanto de onda como de partícula, lo que se conoce como comportamiento dual onda/partícula. Por lo tanto, si es una onda tiene propiedades que lo caracterizan como longitud de onda, frecuencia de una onda, energía que transporta. Mientras que si es una partícula, además tiene una masa característica. La teoría cuántica reafirma la teoría de Bohr señalando que los electrones se ubican en distintos niveles de energía, la cual aumenta a medida que se alejan del núcleo. Cada nivel de energía tiene órbitas en las cuales se encuentra en movimiento un electrón. Las formas de las órbitas dependen del nivel de energía.

Estructura

• Partes del átomo, descripción de las principales

En el átomo existen dos partes importantes: el núcleo y la corteza.
Núcleo: El núcleo es la parte central del átomo y contiene partículas con carga positiva, los protones, y partículas que no poseen carga eléctrica, es decir son neutras, los neutrones. La masa de un protón es aproximadamente igual a la de un neutrón. Todos los átomos de un elemento químico tienen en el núcleo el mismo número de protones. Este número, que caracteriza a cada elemento y lo distingue de los demás, es el número atómico y se representa con la letra Z.
Corteza: La corteza es la parte exterior del átomo. En ella se encuentran los electrones, con carga negativa. Éstos, ordenados en distintos niveles, giran alrededor del núcleo. La masa de un electrón es unas 2000 veces menor que la de un protón. Los átomos son eléctricamente neutros, debido a que tienen igual número de protones que de electrones. Así, el número atómico también coincide con el número de electrones.

• Otras partículas subatómicas

Aparte del electrón, protón y neutrón existen otras partículas subatómicas, las cuales son:
-Bosón
-Fermión
-Hadrón
-Leptón
-Mesón
-Positrón
-Neutrino
-Quark