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La Estructura Atómica es la disposición que presentan los elementos más pequeños que la conforman (átomos, electrones, protones, neutrones, núcleo), y que define las propiedades de cada uno de los materiales. Hasta el final del siglo XIX, el átomo seguía siendo considerado como una esfera indivisible. Sin embargo, esta creencia solo permitía explicar algunas propiedades generales de la materia, por lo cual se hizo necesario considerar al átomo como un sistema complejo constituido por partículas subatómicas.
El átomo se compone de un núcleo, el cual es la parte central, allí se encuentran los protones y los neutrones. Es la parte con mayor masa y posee una densidad de:
10^13 a 10^14 g/cm^3
La corona electrónica es la parte exterior del núcleo en donde se encuentran orbitando los electrones alrededor del centro. Ocupan la mayor parte del volumen del átomo. El diámetro de la corona electrónica siempre es superior al núcleo, aunque el núcleo posee mayor masa.
Los electrones y los protones determinan las propiedades químicas de los elementos. Los neutrones no participan en las reacciones químicas en condiciones normales.
Para mejor entendimiento, veamos una estructura atómica del hidrógeno; el primer elemento de la tabla períodica.
El átomo de hidrógeno posee un núcleo con 1 protón y 0 neutrones y en la corona electrónica se encuentra 1 electrón:
Las partículas subatómicas del átomo son los neutrones, protones y electrones. Definamos cada una de ellas.
Los electrones se denotan con el símbolo “e-“ su masa es de 9.10938 ×10^28 g lo que evidencia que es muchísimo más liviano que un protón y la analogía es correcta debido a que los electrones se encuentran girando alrededor del núcleo atómico a grandes velocidades.
La unidad de carga electrónica es de −1 y un átomo eléctricamente neutro tendrá la misma cantidad de protones y neutrones:
Cuando los átomos pierden electrones se convierten en iones que poseen carga positiva y se denominan cationes.
Cuando los átomos ganan electrones, adquieren carga negativa y se convierten en iones llamados aniones.
Desde inicios del siglo XX se conocía que los átomos son eléctricamente neutros, para ello la cantidad de electrones y de protones debe ser la misma.
En el año 1910 el físico neozelandés Ernest Rutherford, propuso que las cargas positivas de los átomos estaban concentradas en un denso conglomerado central dentro del átomo, que llamó núcleo .
Las partículas con carga positiva presentes en el núcleo se denominan protones, su símbolo es p En diversos experimentos se encontró que tienen la misma cantidad de carga que los electrones.
La masa del proton es de 1.67262 x 10^-24 g igual a la del átomo de hidrógeno, recordemos que el átomo de hidrógeno posee un solo protón en el núcleo.
El número atómico de los elementos de la tabla periódica es el número de protones que contiene en su núcleo. Por lo tanto, el valor del número atómico también representa la cantidad de electrones presentes en un átomo sin carga.
Por ejemplo el número atómico del cloro es 17, esto significa que cada átomo de Cl posee 17 protones y 17 electrones.
Experimentos posteriores a los de Rutheford demostraron que el átomo está formado por un tercer tipo de partículas subatómicas, que Chadwick llamó neutrones.
Los neutrones son partículas eléctricamente neutras, con una masa similar a los protones, pero sutilmente por encima de ellos; su masa es de 1.67493 x 10^-24 g .
La suma de los neutrones y los protones presentes en el núcleo de un elemento se denomina masa atómica y su valor siempre será un número entero.
La regla excluye al hidrógeno, ya que en su núcleo se halla un protón y existe la ausencia de neutrones.
Existen diferentes elementos que contienen igual número de protones, pero difieren entre ellos en cuanto al número de neutrones y se denominan isótopos . En otras palabras, los isótopos tienen el mismo número atómico, pero difieren en el número de masa.
Como hemos estudiado el hidrógeno tiene solamente un protón en el núcleo y ausencia de electrones, por lo tanto sus isótopos serían:
Erwin Schrödinger ideó la ecuación de onda para explicar la dualidad de la materia. La solución de dicha ecuación es la función de onda que depende de tres variables conocidas como números cuánticos los cuales son s, l, m, n.
La ecuación de onda de Schrödinger origina el concepto de un orbital atómico, el cual es el espacio con mayor probabilidad en el que se encuentre un electrón. Sin embargo, los orbitales no son una entidad física sino matemática, por lo que el estudio del átomo es bastante abstracto en la actualidad.
¿Cómo se mantienen unidos los protones en el núcleo del átomo si cargas iguales se repelen entre sí? La respuesta es gracias a la fuerza nuclear fuerte.
También llamada interacción nuclear fuerte , es la fuerza que supera la tendencia de repulsión entre elementos de la misma carga, es decir, evita la repulsión de los protones. Actúa entre las partículas subatómicas muy cercanas unas de otras manteniendo las interacciones protón – neutrón y neutrón – protón.
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Recordemos que la masa atómica o número de masa es la suma del número de neutrones y el número de protones. A = N + P
Te recomendamos visitar el siguiente material para mayor conocimiento o entendimiento sobre el tema:
1. Modelo atómico de Demócrito: el inicio de la estructura atómica 2. Estructura Atómica: Explicacion Sencilla 3. Estructura Atómica: Khanacademy6. El catión es el Na+ debido a que perdió un electrón y ganó carga positiva.
7. Se consideran isótopos del nitrógeno porque poseen igual número de protones, pero difieren en el número de neutrones.
8. N = 120 | Como el átomo no está cargado, es decir, se encuentra en estado neutro el la cantidad de protones será igual a la cantidad de electrones, por lo tanto el Hg posee 80 e-.
9. La ecuación de onda de Schrödinger es una fórmula matemática que describe el comportamiento de los electrones en un átomo. Su solución es la función de onda, la cual depende de varios números cuánticos y representa la probabilidad de encontrar un electrón en una región específica.
10. Cuando un átomo gana electrones, adquiere carga negativa y se convierte en un anión, ya que el número de electrones supera al número de protones.
Referencias:
1. Max. (2024, 12 marzo). ¿Qué es la estructura atómica? Concepto, ejemplos y explicación. Unibetas Curso Examen de Admisión Online. https://unibetas.com/estructura-atomica/
2. Max. (2024a, marzo 12). Modelo atómico de Demócrito: el inicio de la estructura atómica. Unibetas Curso Examen de Admisión Online. https://unibetas.com/modelo-atomico-de-democrito/
3. Resumen de Introducción a la Estructura Atómica. (s. f.). Teachy. https://www.teachy.app/es/resumenes/educacion-secundaria/secundaria-3-grado/ciencias-a-espanol/introduccion-a-la-estructura-atomica-00d2c
4. Khan Academy. (s. f.). https://es.khanacademy.org/science/quimica-pe-pre-u/xa105e22a677145a0:estructura-atomica
5. Joha [La Profe Joha]. (2022, 21 febrero). Estructura atómica (protones, neutrones y electrones) [Vídeo]. Youtube. https://www.youtube.com/embed/8KM8ysFtEOU
6. Arriba La Ciencia. (2020, 7 octubre). ATOMO, ION E ISOTOPOS. NUMERO ATÓMICO, NUMERO DE MASA . CATIONES Y ANIONES. ESTRUCTURA ATOMICA [Vídeo]. Youtube. https://www.youtube.com/embed/B-njd_ELxck
7. Nelson González. (2020, 13 mayo). Química - 03 Estructura atómica - Ejercicios [Vídeo]. Youtube https://www.youtube.com/embed/RisfV3jq16w