El Átomo y los Elementos: Composición, Modelos Históricos y Tipos

Fundamentos del Átomo y los Elementos Químicos

El Átomo: Partículas Subatómicas

El átomo está compuesto por partículas subatómicas fundamentales: protones (p+), electrones (e-) y neutrones (n).

• El núcleo es la parte más densa y pequeña del átomo. Contiene:
  • Protones (p+): Partículas con carga positiva.
  • Neutrones (n): Partículas sin carga, que aportan masa y peso al núcleo.
• Los Electrones (e-): Partículas con carga negativa que orbitan alrededor del núcleo.

La Evolución del Concepto de Átomo

La idea del átomo ha evolucionado a lo largo de la historia:

• Filósofos Griegos (Demócrito y Leucipo): Ya en la antigüedad, postularon que la materia se podía dividir hasta llegar a una partícula indivisible, a la que llamaron átomo (del griego átomos, "indivisible").
• John Dalton: Propuso que esa partícula debía estar formada por algo más que ser solo lo más pequeño. Aunque su modelo era una esfera sólida e indivisible, sentó las bases para la comprensión de que los átomos de un mismo elemento son idénticos. (La analogía de "yema: p+ clara: e-" es una simplificación posterior para entender la composición subatómica).
• J.J. Thomson: Desarrolló el modelo del "budín de pasas", donde los electrones (que él llamó "corpúsculos negativos") estaban incrustados en una masa positiva. Sus experimentos con tubos de rayos catódicos fueron el inicio de la tecnología de la televisión.
• Ernest Rutherford: Propuso un modelo planetario, donde los electrones giraban en órbitas elípticas alrededor de un núcleo central y denso.
• Niels Bohr: Criticó el modelo de Rutherford, argumentando que las órbitas debían ser circulares y no elípticas, ya que de lo contrario los electrones perderían energía y caerían atraídos hacia el núcleo. Propuso el modelo de saltos cuánticos, donde los electrones conservan su energía al saltar entre niveles energéticos definidos (los "cuantos" se refieren a la energía que rodea al electrón).
• Arnold Sommerfeld: Realizó una variación del modelo de Bohr, introduciendo el concepto de subniveles dentro de los niveles energéticos. Esto permitía a los electrones realizar un paso más suave en la transición de energía, ya que él hablaba de ondas lumínicas asociadas a su movimiento.

Composición y Propiedades Atómicas Fundamentales

• Estado de Oxidación (Valencia)

  Es la capacidad que tiene un elemento para relacionarse con otro. Si un elemento cede electrones (e-), su estado de oxidación es positivo; si capta electrones (e-), su estado de oxidación es negativo. El número de oxidación corresponde a la cantidad de veces o modos en que un elemento puede combinarse con otro.

• Número Atómico (Z)

  Es la cantidad de protones (p+) que tiene el núcleo de un elemento. Este número define la identidad de un elemento químico.

• Masa Atómica (A)

  Es la cantidad total de protones (p+) y neutrones (n) que tiene el núcleo de un elemento. Es una propiedad constante para un isótopo específico.

Clasificación de los Elementos Químicos

Los elementos químicos se clasifican en diferentes categorías según sus propiedades:

Metales

Constituyen aproximadamente el 75% de los elementos de la naturaleza. Sus características principales son:

• Poseen un brillo metálico característico.
• Son predominantemente plateados (excepto el oro y el cobre).
• Son excelentes conductores de calor y electricidad.
• Tienden a ceder electrones en las reacciones químicas.
• En su mayoría son sólidos a temperatura ambiente (la excepción más conocida es el mercurio, Hg, que es líquido).
• Se encuentran comúnmente combinados en la naturaleza.
• Pueden trabajarse y moldearse en forma de hilos (ductilidad) o láminas (maleabilidad).

No Metales

Sus características principales son:

• Tienen poco o ningún brillo.
• Pueden presentar diversos colores, no solo plateados.
• Son malos conductores de calor y electricidad (aislantes).
• Tienden a captar electrones en las reacciones químicas.
• Pueden encontrarse en los tres estados de la materia a temperatura ambiente (sólidos como el carbono, líquidos como el bromo, y gases como el nitrógeno, oxígeno, flúor y cloro).
• No pueden trabajarse como hilos o láminas; suelen ser frágiles en estado sólido.
• Se encuentran en este estado de forma natural, a menudo como moléculas diatómicas o poliatómicas.

Metales de Transición

Sus características principales son:

• Poseen brillo metálico.
• En su mayoría son plateados (excepto el oro, Au, y el cobre, Cu).
• Presentan múltiples estados de oxidación y pueden formar compuestos coloreados.
• Tienen la capacidad de auto-completar sus orbitales externos (d y f), lo que les confiere propiedades únicas y la capacidad de formar enlaces complejos.
• En su mayoría son sólidos a temperatura ambiente (excepto el mercurio, Hg).
• Se pueden trabajar como hilos o láminas.
• Se encuentran en este estado de forma natural.

Gases Nobles (anteriormente "Gases Raros")

Sus características principales son:

• Son químicamente muy estables e inertes.
• No tienden a ceder ni a captar electrones, ya que tienen su orbital externo (capa de valencia) completo.
• Son exclusivamente gaseosos a temperatura y presión ambiente.
• Se encuentran en este estado de forma natural en la atmósfera.

Los no metales, metales de transición y gases nobles, en conjunto, forman el 25% restante de los elementos de la naturaleza.