Modelos atómicos y estructura del átomo

La idea

Qué vas a aprender

• Dalton: el átomo como bolita indivisibleconcepto

  A principios del siglo XIX, John Dalton propuso que la materia está formada por átomos: partículas diminutas, indivisibles e indestructibles, como bolitas macizas. Cada elemento tenía su propio tipo de átomo, todos iguales entre sí, y las reacciones químicas eran solo reordenamientos de esos átomos. Fue un salto enorme: por primera vez la química tenía una base sobre partículas, aunque esas partículas todavía se imaginaban sin estructura interna.

• Thomson: aparecen los electronesconcepto

  A fines del siglo XIX, J.J. Thomson descubrió el electrón, una partícula con carga negativa mucho más liviana que el átomo entero. Esto obligó a abandonar la idea de "bolita indivisible": si había electrones adentro, el átomo tenía partes. Thomson imaginó entonces el átomo como una esfera de carga positiva con los electrones incrustados, como las pasas en un budín (el famoso "modelo del budín de pasas").

• Rutherford: el núcleoconcepto

  Ernest Rutherford, en 1911, bombardeó una fina lámina de oro con partículas y observó algo inesperado: la gran mayoría pasaba de largo, pero algunas rebotaban con fuerza. Si el átomo fuera una esfera pareja como proponía Thomson, eso no podía pasar. Rutherford concluyó que casi toda la masa y toda la carga positiva del átomo están concentradas en un núcleo muy pequeño y denso, y que los electrones giran a su alrededor en un espacio enorme casi vacío. Fue el nacimiento del átomo con núcleo.

• Bohr: electrones en órbitas definidasconcepto

  El modelo de Rutherford tenía un problema físico: si los electrones giraban libremente, deberían perder energía y "caer" sobre el núcleo. Niels Bohr resolvió esto proponiendo que los electrones solo pueden ocupar ciertas órbitas permitidas, cada una con una energía definida, y que saltan de una a otra absorbiendo o emitiendo energía en cantidades exactas (cuantizadas). Este modelo explicó bien los espectros de luz de los elementos, como el hidrógeno.

• El modelo actual / Partículas subatómicas y cómo se caracteriza un átomoconcepto

  El modelo actual

  El modelo aceptado hoy ya no habla de órbitas fijas como planetas, sino de zonas de probabilidad llamadas orbitales, donde es más probable encontrar a un electrón en un momento dado. Es un modelo más abstracto, basado en la mecánica cuántica, pero mucho más preciso para explicar el comportamiento real de los átomos.

  Partículas subatómicas y cómo se caracteriza un átomo

  Todo átomo se describe con tres partículas:

  • Protones (carga positiva, en el núcleo).
  • Neutrones (sin carga, en el núcleo).
  • Electrones (carga negativa, alrededor del núcleo).

  Dos números lo caracterizan:

  $$Z = \text{número atómico} = \text{cantidad de protones}$$

  $$A = \text{número másico} = \text{protones} + \text{neutrones}$$

  El **número atómico ($Z$)** identifica al elemento: todos los átomos de un mismo elemento tienen el mismo $Z$ (todo átomo con $Z=6$ es carbono, sin excepción). El **número másico ($A$)** indica cuántas partículas pesadas (protones + neutrones) hay en el núcleo, y se suele escribir como $^{A}_{Z}X$.

  Cuando dos átomos de un mismo elemento tienen igual $Z$ pero distinto número de neutrones (y por lo tanto distinto $A$), se llaman isótopos. Por ejemplo, el carbono-12 y el carbono-14 son ambos carbono ($Z=6$), pero el segundo tiene dos neutrones más. Algunos isótopos son estables y otros son radiactivos, como el carbono-14, que se usa para fechar restos orgánicos.

Ejemplos resueltos

• A fines del siglo XIX, J.J. Thomson descubrió el electrón, una partícula con carga negativa mucho más liviana que el átomo entero. Esto obligó a abandonar la idea de "bolita indivisible": si había electrones adentro, el átomo tenía partes. Thomson imaginó entonces el átomo como una esfera de carga positiva con los electrones incrustados, como las pasas en un budín (el famoso "modelo del budín de pasas").
• Cuando dos átomos de un mismo elemento tienen igual $Z$ pero distinto número de neutrones (y por lo tanto distinto $A$), se llaman isótopos. Por ejemplo, el carbono-12 y el carbono-14 son ambos carbono ($Z=6$), pero el segundo tiene dos neutrones más. Algunos isótopos son estables y otros son radiactivos, como el carbono-14, que se usa para fechar restos orgánicos.

Errores comunes

• "El átomo es como el sistema solar, con electrones girando en órbitas exactas".

  Esa es la imagen del modelo de Bohr, útil pero superada: el modelo actual habla de zonas de probabilidad, no de trayectorias fijas como planetas.

  Cómo corregirlo: Esa es la imagen del modelo de Bohr, útil pero superada: el modelo actual habla de zonas de probabilidad, no de trayectorias fijas como planetas.

• "Cada modelo atómico está mal y el siguiente lo reemplaza del todo".

  No es que un modelo esté "mal" sin más: cada uno explicaba bien ciertas observaciones y fallaba en otras. La ciencia avanza corrigiendo, no descartando de un día para el otro.

  Cómo corregirlo: No es que un modelo esté "mal" sin más: cada uno explicaba bien ciertas observaciones y fallaba en otras. La ciencia avanza corrigiendo, no descartando de un día para el otro.

• "El número másico es el peso exacto del átomo en gramos".

  El número másico es un número entero (cantidad de protones + neutrones), no una masa en gramos ni un valor con decimales.

  Cómo corregirlo: El número másico es un número entero (cantidad de protones + neutrones), no una masa en gramos ni un valor con decimales.

• "Dos isótopos del mismo elemento son elementos distintos".

  No: tienen el mismo número atómico (mismos protones), por lo tanto son el mismo elemento; solo cambia la cantidad de neutrones.

  Cómo corregirlo: No: tienen el mismo número atómico (mismos protones), por lo tanto son el mismo elemento; solo cambia la cantidad de neutrones.

• "Todos los átomos de un elemento tienen exactamente la misma masa".

  Falso si hay isótopos: el carbono, por ejemplo, existe naturalmente como una mezcla de isótopos de distinta masa.

  Cómo corregirlo: Falso si hay isótopos: el carbono, por ejemplo, existe naturalmente como una mezcla de isótopos de distinta masa.

• "El núcleo ocupa la mayor parte del volumen del átomo".

  Al revés: el núcleo concentra casi toda la masa pero es diminuto comparado con el átomo completo, que es mayormente espacio vacío ocupado por la nube de electrones.

  Cómo corregirlo: Al revés: el núcleo concentra casi toda la masa pero es diminuto comparado con el átomo completo, que es mayormente espacio vacío ocupado por la nube de electrones.

En resumen