Conceptos Fundamentales de la Estructura Atómica, Iones y Radiación
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Configuración Electrónica
La configuración electrónica describe la distribución de los electrones en los diferentes orbitales atómicos. Un ejemplo de secuencia de orbitales es:
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 4f¹⁴ 5s² 5p⁶ 5d¹⁰ 5f¹⁴...
Iones: Cationes y Aniones
Un ión es un átomo o una molécula que ha perdido o ganado uno o más electrones, adquiriendo así una carga eléctrica neta.
Tipos de Iones
- Cationes: Iones con carga positiva. Se forman cuando un átomo pierde electrones. Ejemplos: Al+3, Na+1.
- Aniones: Iones con carga negativa. Se forman cuando un átomo gana electrones. Ejemplos: S-2 (sulfuro), N-3 (nitruro).
Partículas Subatómicas Fundamentales
Las principales partículas subatómicas que componen un átomo son:
| Partícula | Símbolo | Carga (C) | Masa (kg) | Ubicación |
|---|---|---|---|---|
| Electrón | e- | -1.602 x 10-19 | 9.109 x 10-31 | Alrededor del núcleo (orbitales) |
| Protón | p+ | +1.602 x 10-19 | 1.672 x 10-27 | En el núcleo |
| Neutrón | n0 | 0 (neutro) | 1.674 x 10-27 | En el núcleo |
Modelos Atómicos Clave
A lo largo de la historia, se han propuesto diversos modelos para describir la estructura del átomo:
Modelo Atómico de Thomson (1904)
Propuso que el átomo es una esfera compacta de carga positiva en la que se encuentran incrustados los electrones, como pasas en un pudín.
Modelo Atómico de Bohr (1913)
Estableció que los electrones giran en órbitas circulares definidas alrededor del núcleo, situadas en diferentes niveles de energía. En un átomo neutro, el número de protones es igual al número de electrones.
Modelo Atómico de Schrödinger (1926)
Basado en la mecánica cuántica, este modelo describe el electrón como una onda en su movimiento alrededor del núcleo. En lugar de órbitas fijas, propone orbitales atómicos, que son regiones del espacio donde existe una alta probabilidad de encontrar un electrón.
Isótopos
Un isótopo se refiere a átomos de un mismo elemento que poseen el mismo número de protones (y, por lo tanto, el mismo número atómico), pero difieren en el número de neutrones. Esto resulta en una masa atómica diferente.
Ejemplos de Isótopos
- Hidrógeno: 1H (Protio), 2H (Deuterio), 3H (Tritio).
- Carbono: 12C, 13C.
Número Atómico (Z) y Número Másico (A)
Estos valores son fundamentales para caracterizar un átomo:
- Número Atómico (Z): Representa el número de protones en el núcleo de un átomo. En un átomo neutro, también es igual al número de electrones. Se suele indicar en la parte inferior izquierda del símbolo del elemento.
- Número Másico (A): Representa la suma total de protones y neutrones en el núcleo de un átomo. Se suele indicar en la parte superior izquierda del símbolo del elemento.
Cálculo de Neutrones
El número de neutrones se calcula restando el número atómico (Z) del número másico (A):
Neutrones = A - Z
Ejemplo: Átomo de Plata (Ag)
- Número Atómico (Z): 47 (lo que significa 47 protones y 47 electrones en un átomo neutro).
- Número Másico (A): 108.
- Neutrones: 108 - 47 = 61 neutrones.
Cálculo de la Masa Atómica Promedio
La masa atómica que aparece en la tabla periódica para un elemento es un promedio ponderado de las masas de sus isótopos naturales, considerando su abundancia relativa.
Ejemplo: Masa Atómica del Cloro
Si el cloro tiene dos isótopos principales con las siguientes abundancias:
- Isótopo 1: 35 uma con 75.5% de abundancia.
- Isótopo 2: 37 uma con 24.5% de abundancia.
El cálculo de la masa atómica promedio (M.a.) sería:
M.a. = (35 uma * 75.5 / 100) + (37 uma * 24.5 / 100)
M.a. = 26.425 uma + 9.065 uma
M.a. = 35.49 uma
Esta es la masa atómica que se encuentra en la tabla periódica para el cloro.
Tipos de Radiación Ionizante
Existen diferentes tipos de radiación, cada uno con características distintivas en cuanto a su composición, masa y capacidad de penetración:
| Tipo de Radiación | Descripción | Masa | Alcance/Penetración |
|---|---|---|---|
| Alfa (α) | Partículas compuestas por 2 protones y 2 neutrones (núcleos de helio). | Relativamente grande (4 uma) | Baja penetración; pueden ser detenidas por una hoja de papel o la piel. |
| Beta (β) | Electrones o positrones emitidos desde el núcleo. | Muy pequeña (≈1/2000 uma, masa de un electrón) | Moderada penetración; pueden ser detenidas por una hoja de aluminio de unos pocos milímetros. |
| Gamma (γ) | Radiación electromagnética de alta energía (fotones). | Sin masa | Alta penetración; pueden atravesar varios centímetros de plomo o metros de hormigón. |
Unidades de Medida en Escala Atómica y Subatómica
Para expresar distancias extremadamente pequeñas, se utilizan unidades específicas:
- Ångstrom (Å): Se utiliza para expresar distancias a escala atómica o molecular. Equivale a 0.1 nanómetros (nm) o 10-10 metros (m).
- Fermi (fm) o Femptómetro: Se utiliza para expresar distancias a nivel subatómico. Equivale a 10-15 metros (m). Es especialmente útil para describir el tamaño de núcleos atómicos y partículas subatómicas.