Estructura del átomo: partículas, modelos atómicos y procesos nucleares

Historia y conceptos básicos del átomo

En 1897, el físico inglés J. J. Thomson descubrió que en todos los átomos hay una o más partículas cargadas negativamente llamadas electrones. Años después, Robert Millikan midió la carga del electrón y, junto con otras mediciones, permitió determinar su masa. El electrón tiene carga negativa y una masa muy pequeña en comparación con otras partículas; su movimiento genera corriente eléctrica.

Descubrimiento de protones y neutrones

En 1911, el físico Ernest Rutherford contribuyó decisivamente al conocimiento de la estructura atómica y al concepto del protón. El protón es una partícula subatómica que tiene la misma magnitud de carga que el electrón pero de signo positivo, y su masa es aproximadamente unas 2 000 veces mayor que la del electrón.

En 1931, el científico James Chadwick descubrió que había una tercera partícula sin carga eléctrica, similar a la del protón, llamada neutrón. El neutrón es una partícula sin carga eléctrica cuya masa es parecida a la del protón.

Modelos atómicos

A lo largo del tiempo se propusieron distintos modelos para explicar la estructura y los fenómenos eléctricos del átomo:

• Modelo de Thomson

  El físico J. J. Thomson ideó un modelo del átomo que trataba de explicar los fenómenos eléctricos. Según Thomson, el átomo sería una esfera cargada positivamente, cuya carga positiva se compensaría con la carga negativa de los electrones, por lo que el átomo sería neutro.

• Modelo de Rutherford

  El modelo de Rutherford propuso que el átomo consta de un pequeño núcleo central cargado positivamente, donde se encuentran los protones y que contiene casi toda la masa, y de una parte exterior donde se hallan los electrones girando alrededor del núcleo.

• Modelo de Bohr

  El modelo de Bohr mejoró la descripción de Rutherford suponiendo que alrededor del núcleo hay diferentes capas o niveles en los que se colocan los electrones. Según este modelo, el átomo consta de un núcleo que contiene protones y neutrones y una serie de capas donde se sitúan los electrones girando alrededor del núcleo.

Número atómico y número másico

El número atómico de un átomo es el número de protones que tiene su núcleo (Z). El número másico es el número de protones más el de neutrones que tiene un átomo (A), y se expresa mediante la relación: A = Z + N.

Isótopos

Los isótopos son átomos del mismo elemento que tienen el mismo número de protones (mismo Z) y distinto número de neutrones (diferente A). Se representan con el mismo símbolo químico, comparten propiedades químicas similares pero presentan diferencias en propiedades nucleares y algunas físicas.

Iones

Los iones son átomos o grupos de átomos que han perdido o ganado electrones. Cuando un átomo pierde electrones adquiere carga positiva y se llama ión positivo (o catión); cuando un átomo gana electrones adquiere carga negativa y se llama ión negativo (o anión).

Fisión y fusión nuclear

La fisión nuclear se ocasiona cuando núcleos muy grandes se rompen para dar núcleos de átomos más pequeños. En cambio, la fusión nuclear se produce cuando algunos núcleos muy pequeños se unen para dar núcleos de átomos mayores. Ambos procesos liberan grandes cantidades de energía en condiciones adecuadas.

Radiactividad

La radiactividad es el proceso por el cual algunos núcleos atómicos emiten radiación debido a su inestabilidad. Este fenómeno puede manifestarse mediante la emisión de partículas y/o radiación electromagnética y está relacionado con la desintegración de núcleos inestables.