Fundamentos de la Estructura Atómica: Partículas, Modelos y Radiactividad
Conceptos Fundamentales de la Química
- Átomo:
- La partícula más pequeña de un elemento químico que conserva las propiedades de dicho elemento.
- Elemento:
- Sustancia formada por átomos iguales.
- Compuesto:
- Sustancia formada por la unión de átomos distintos en una relación numérica sencilla.
Partículas Subatómicas Esenciales
- Electrón (e⁻):
- Descubierto en 1897 por J.J. Thomson. Es una partícula con carga negativa.
- Protón (p⁺):
- Descubierto en 1886 por el alemán E. Goldstein. Posee carga positiva y su masa es aproximadamente 1837 veces mayor que la del electrón.
- Neutrón (n⁰):
- Descubierto en 1932 por el británico J. Chadwick. Es una partícula con masa semejante a la del protón y sin carga eléctrica.
Propiedades de las Partículas Subatómicas
| Partícula | Símbolo | Carga Eléctrica (C) | Masa (kg) |
|---|---|---|---|
| Electrón | e⁻ | -1,602 x 10⁻¹⁹ | 9,109 x 10⁻³¹ |
| Protón | p⁺ | +1,602 x 10⁻¹⁹ | 1,673 x 10⁻²⁷ |
| Neutrón | n⁰ | 0 | 1,675 x 10⁻²⁷ |
Evolución de los Modelos Atómicos
Modelo de Thomson (1904)
J.J. Thomson propuso un modelo para describir el átomo. Dado que la materia es eléctricamente neutra, consideró que el átomo debía ser una esfera maciza de materia cargada positivamente, con electrones incrustados en su interior (Modelo del "Pudín de Pasas").
Modelo de Rutherford (1911)
Ernest Rutherford observó que algunas partículas emitidas por radiaciones sufrían una desviación significativa en su trayectoria al atravesar una lámina de oro muy delgada, lo que llevó al descubrimiento del núcleo atómico.
El descubrimiento del neutrón en 1932 completó la descripción del modelo atómico moderno, estableciendo la estructura nuclear.
Estructura del Átomo
- Núcleo: Parte central del átomo, donde se encuentran los protones y neutrones.
- Corteza: Región exterior del átomo que contiene los electrones girando alrededor del núcleo.
Todos los átomos son eléctricamente neutros porque el número de protones es igual al número de electrones.
- Orbitales:
- Regiones del espacio, en el entorno del núcleo, donde la probabilidad de encontrar un electrón con una determinada energía es grande.
Identificación Atómica: Z, A e Iones
Los átomos de un mismo elemento se identifican por el número de protones que contiene su núcleo.
- Número Atómico (Z):
- Es el número de protones de un átomo y determina el elemento químico al que pertenece.
- Número Másico (A):
- Indica la suma total de protones y neutrones que contiene el núcleo.
Iones
- Ion:
- Átomo o grupo de átomos que gana o pierde uno o más electrones, por lo que adquiere una carga eléctrica negativa o positiva.
- Ion Positivo o Catión: Se forma cuando un átomo pierde uno o más electrones y, consecuentemente, adquiere una carga positiva.
- Ion Negativo o Anión: Se forma cuando un átomo gana uno o más electrones y adquiere una carga negativa.
- Isótopos:
- Átomos de un mismo elemento que tienen igual número atómico (Z), pero distinto número másico (A).
Radiactividad y Estabilidad Nuclear
Los isótopos de algunos elementos contienen en su núcleo un número desequilibrado de neutrones respecto al número de protones. Este desequilibrio provoca que los núcleos de estos átomos emitan partículas y radiaciones espontáneas hasta que consiguen estabilizarse. Existen dos tipos principales de radiactividad:
- Radiactividad Natural: Presente en la naturaleza.
- Radiactividad Artificial: Ocurre en isótopos estables al ser bombardeados con distintas partículas.
Tipos de Radiaciones Emitidas
- Radiación Alfa (α): Formada por núcleos de helio (dos neutrones y dos protones, con carga positiva). Son desviadas por campos magnéticos. Se detienen fácilmente con una hoja de papel.
- Radiación Beta (β): Compuesta por electrones, con carga negativa. Un campo electromagnético las desvía en sentido contrario a las radiaciones alfa. Se detienen con una lámina de aluminio.
- Radiación Gamma (γ): Ondas electromagnéticas de gran poder de penetración y sin carga eléctrica. Requieren un muro grueso de hormigón o plomo para detenerse.