Fundamentos de la Teoría Atómica: Átomos, Moléculas y Estructura de la Materia

Introducción a la Teoría Atómica

La teoría atómica es una teoría sobre la naturaleza de la materia, que afirma que está compuesta por pequeñas partículas llamadas átomos. Es una de las teorías más importantes de la historia de la ciencia. Esto se debe a las implicaciones que ha tenido, tanto para la ciencia básica como por las aplicaciones que se han derivado de ella.

Postulados de Dalton

En 1808, Dalton publicó sus ideas sobre el modelo atómico de la materia, las cuales han servido de base a la química moderna. Los principios fundamentales de esta teoría son:

• La materia está formada por minúsculas partículas indivisibles llamadas átomos.
• Hay distintas clases de átomos que se distinguen por su masa y sus propiedades. Todos los átomos de un elemento poseen las mismas propiedades químicas. Los átomos de elementos distintos tienen propiedades diferentes.
• Los compuestos se forman al combinarse los átomos de dos o más elementos en proporciones fijas y sencillas. De modo que en un compuesto los átomos de cada tipo están en una relación de números enteros o fracciones sencillas.
• En las reacciones químicas, los átomos se intercambian de una a otra sustancia, pero ningún átomo de un elemento desaparece ni se transforma en un átomo de otro elemento.

Componentes del Átomo

Partículas Subatómicas

El neutrón es una partícula sin carga neta, presente en el núcleo atómico de prácticamente todos los átomos, excepto el protio (el isótopo más común del hidrógeno). Aunque se dice que el neutrón no tiene carga, en realidad está compuesto por tres partículas fundamentales cargadas llamadas quarks, cuyas cargas sumadas dan cero. Por tanto, el neutrón es un barión neutro compuesto por dos quarks de tipo abajo y un quark de tipo arriba.

Número Atómico (Z)

La identidad de un átomo y sus propiedades vienen dadas por el número de protones que sus átomos tienen en el núcleo. Este número se llama Número Atómico y se representa con la letra Z.

Número Másico (A)

El Número Másico nos indica el número total de partículas que hay en el núcleo, es decir, la suma de protones y neutrones. Se representa con la letra A y se suele situar como superíndice a la izquierda del símbolo del elemento.

Isótopos y Abundancia Isotópica

Se llaman isótopos cada una de las variedades de un átomo de un elemento químico, las cuales varían en el núcleo atómico. El núcleo presenta el mismo número atómico (Z), constituyendo por lo tanto el mismo elemento, pero presentan distinto número másico (A).

Por lo general, la abundancia isotópica se refiere a la composición isotópica de un elemento que se encuentra en forma natural en la Tierra. Se observa que algunos elementos varían en su composición isotópica.

Iones

Son átomos, o grupos de ellos, que han perdido o ganado uno o más electrones de manera que adquieren una carga eléctrica neta, positiva o negativa, respectivamente. Su existencia se debe, entre otras causas, al bombardeo de la atmósfera por los rayos cósmicos u otra fuente de alta energía, como la radiactividad.

Moléculas, Moles y Fórmulas

Moléculas

La mayoría de la materia que nos rodea está formada por grupos de átomos unidos que forman conjuntos llamados moléculas. Los átomos que se encuentran en una molécula se mantienen unidos debido a que comparten o intercambian electrones.

El Mol y el Número de Avogadro (N_A)

En química, la constante de Avogadro (símbolos: L, N_A) es el número de partículas elementales (generalmente átomos o moléculas) en un mol de una sustancia cualquiera, donde el mol es una de las siete unidades básicas del Sistema Internacional de Unidades (SI). Su dimensión es el recíproco del mol y su valor es igual a 6,022 140 857 (74) × 10²³ mol⁻¹.

El mol es la unidad con que se mide la cantidad de sustancia, una de las siete magnitudes físicas fundamentales del Sistema Internacional de Unidades.

Fórmulas Químicas

La fórmula química es la representación de los elementos que forman un compuesto y la proporción en que se encuentran, o del número de átomos que forman una molécula. También puede darnos información adicional como la manera en que se unen dichos átomos mediante enlaces químicos e, incluso, su distribución en el espacio. Para nombrarlas, se emplean las reglas de la nomenclatura química.

Fórmula Molecular

La fórmula molecular indica el tipo de átomos presentes en un compuesto molecular y el número de átomos de cada clase. Solo tiene sentido hablar de fórmula molecular en compuestos covalentes.

Fórmula Empírica

La fórmula empírica indica la proporción mínima de números enteros de los átomos presentes en un compuesto.

Leyes y Principios Fundamentales

Ley de Conservación de la Masa

Esta ley establece que en una reacción química, la masa inicial es igual a la masa final, independientemente de los cambios que se produzcan; es decir, que la masa de los reactivos es igual a la masa de los productos.

Ley Periódica

La ley periódica es la base de la tabla periódica y establece que las propiedades físicas y químicas de los elementos químicos tienden a repetirse de forma sistemática conforme aumenta el número atómico. La Ley Periódica fue descubierta en 1869 por Dimitri Ivánovich Mendeléyev.

Números Cuánticos

Los números cuánticos son unos números asociados a magnitudes físicas conservadas en ciertos sistemas cuánticos. En muchos sistemas, el estado puede ser representado por un conjunto de números, los números cuánticos, que se corresponden con valores posibles de observables que conmutan con la función hamiltoniana (que describe el estado de un sistema mecánico en términos de variables de posición y momento). Estos números permiten caracterizar los estados estacionarios, es decir, los estados propios del sistema.

Principio de Exclusión de Pauli

El principio de exclusión de Pauli es un principio cuántico enunciado por Wolfgang Ernst Pauli en 1925. Este principio establece que no puede haber dos fermiones con todos sus números cuánticos idénticos en el mismo sistema cuántico ligado.

Regla de Hund

La regla de Hund es una regla empírica formulada en 1927 por el físico alemán Friedrich Hund (1896–1997) a partir del estudio de los espectros atómicos. La regla de Hund enuncia que, al llenar orbitales de igual energía (los tres orbitales p, los cinco d, o los siete f), los electrones se distribuyen, siempre que sea posible, con sus espines paralelos (ocupando el mayor número de orbitales posible dentro del subnivel) antes de aparearse.