El átomo: estructura (partículas
subatómicas) y propiedades (número atómico y masa atómica)
estructura
(partículas subatómicas) y propiedades (número atómico y masa atómica)
Las
hipótesis de Dalton sobre la existencia de los átomos como la parte más pequeña
de la materia dejaron una puerta abierta a los científicos de la época. Desde
los tiempos de la antigua Grecia se conocía la propiedad de algunas sustancias
de atraer objetos ligeros al frotarse con las pieles de algunos animales. Esta
fuerza de atracción se atribuyó a la carga eléctrica adquirida por el cuerpo
frotado. Mucho tiempo después con el descubrimiento de la electricidad se
confirmó la teoría de los griegos: Las cargas eléctricas existían y podían ser
de dos tipos: Positivas y Negativas.
De esta
manera se llegó a la conclusión de que la materia es neutra, ya que posee el mismo número de cargas positivas y
negativas, lo que neutraliza sus efectos.
Al frotar una sustancia con otra es posible que las cargas de un signo
determinado pasen de una sustancia a otra. El cuerpo adquiere una carga igual a la
carga perdida, pero de signo contrario, o una carga idéntica a las cargas
recibidas.
Partículas subatómicas
Si la
materia es susceptible de cargarse eléctricamente y está formada por átomos,
éstos no pueden ser tan indivisibles como pronosticaba Dalton, ya que la
existencia de dos tipos de cargas demuestra que en su interior existen al menos
dos tipos de partículas, unas con carga positiva y otras negativas. De este
modo y mediante el trabajo de investigación de varios científicos de
describieron las partículas
fundamentales.
- Electrón: Fue descrito como partícula fundamental de carga negativa por el físico británico
Sir Joseph John Thomson en 1897 gracias a sus experimentos con un tubo de rayos
catódicos.
- Protón: Doce años después del descubrimiento de los electrones, en el físico
británico Ernest Rutherford, mientras realizaba las primeras transmutaciones
atómicas artificiales, encontró la partícula fundamental de carga positiva, el protón.
- Neutrón: La existencia de los electrones y protones no explicaba de manera satisfactoria la masa de los elementos, y se vio la necesidad de una tercera partícula neutra, que denominaron neutrón. Pero no fue hasta 1932 que el físico británico sir James Chadwick lo descubrió cuando estudiaba las emisiones del berilio radioactivo.
- Quarks: Poseen cargas eléctricas positivas o negativas fraccionarias y además otro
tipo de cargas no eléctricas, llamadas de color, que pueden ser azules, verdes
o rojas (se llaman así porque las tres juntas se neutralizan). Existen seis
tipos de quarks: up, down, charm, strange, top, y bottom. De cada tipo de quark existen tres variedades.
- Leptones: Son leptones: el electrón, el neutrino
electrónico, el muón, el neutrino muónico, el tauón, y el neutrino tauónico. No tienen cargas de color y, cuando tienen carga
eléctrica, como el electrón, el muón o el tauón, ésta es negativa e igual a
menos uno.
Propiedades
Como ya se
sabe, de acuerdo al modelo atómico actual, el átomo está constituido en su
núcleo por neutrones y protones, mientras que los electrones se encuentran en constante
movimiento alrededor del núcleo, en zonas llamadas orbitales.
Número atómico: Los átomos de diferentes elementos presentan
diferentes números de protones. El número atómico (Z) indica la cantidad de
protones presentes en el núcleo de un átomo. Este define la configuración
electrónica del átomo y permite el ordenamiento de los distintos elementos
químicos en la tabla periódica. Ejem: hidrógeno (H) su Z=1.
Masa atómica: Se define como la totalidad de la masa de
protones y neutrones pertenecientes a un único átomo en reposo. También suele
ser definida como peso atómico, no obstante,
esto no es del todo una aseveración correcta debido a que la masa constituye
una propiedad del cuerpo y el peso fluctúa según la gravedad a la que se vea
expuesto dicho cuerpo.
Tabla periódica: grupos y
periodos, propiedades periódicas: electronegatividad, radio
atómico, energía de ionización y estado de agregación.
Hacia el
año 1830, se conocían 55 elementos diferentes, es decir, muchos si se comparan
con los cuatro elementos reconocidos por los antiguos. Estos elementos variaban
enormemente en sus propiedades, y parecería existir poco orden entre ellos. Sin
embargo, había que buscar un orden en el conjunto de los elementos conocidos, y
quizá de esta manera se podría encontrar alguna razón que permitiera explicar
el número de elementos posibles y justificar la variación de sus propiedades.
Tabla periódica actual
Consta de dieciocho columnas que constituyen dieciséis grupos. Los grupos están
divididos en dos subgrupos, A y B. Los ocho grupos A contienen a los elementos llamados normales o
representativos, y se encuentran situados en los extremos de la tabla. Los
grupos B ocupan la parte central de la tabla y están formados por los metales
de transición. El grupo VIII B lo forman tres columnas.
La tabla
consta en su parte principal de siete hileras de elementos correspondientes a
siete periodos. Hay dos hileras, generalmente colocadas fuera de la tabla
principal, que son los lantánidos y
los actínidos, que en realidad
pertenecen a los periodos sexto y séptimo, respectivamente. La longitud de los
periodos va desde los dos elementos del primero hasta los 32 del sexto.
Propiedades periódicas
Se trata
de una serie de propiedades que varían de forma uniforme a lo largo de la tabla
periódica.
Energía de ionización: Es la energía necesaria para arrancar un electrón
de un elemento:
A + Ei
à A+ + e-
La energía
de ionización aumenta de la izquierda a la derecha y de abajo a arriba.
Afinidad electrónica: Es la energía que se libera cuando un átomo
adquiere un electrón:
B + e-
à B- + Ea
Varía
prácticamente igual que la energía de ionización. El elemento más electroafin
sería el flúor, y el menos sería el francio.
Electronegatividad: Es la fuerza con la que un átomo atrae a los pares
de electrones compartidos, y varia de la misma forma que las anteriores. El
carácter electronegativo es el que divide a los elementos en metales (poco
electronegativos) y no metales (muy electronegativos).
Radio atómico: Se considera que el radio atómico es la mitad de
la distancia que separa dos núcleos de un mismo elemento unidos entre sí. Como
esta distancia varía ante la presencia de otros elementos distintos se ha
tomado como radio atómico la media de la distancia medida en un gran número de
compuestos. A lo largo de un grupo, el radio atómico aumenta con la masa
atómica, ya que al pasar de un periodo a otro aumenta el número del nivel del
electrón más externo. A lo largo de un periodo, en principio el radio disminuye
con el número atómico, ya que los electrones diferenciales pertenecen al mismo
nivel, pero el núcleo va aumentando su carga positiva al pasar de un elemento
de numero atómico Z a otro de número atómico Z + 1.
Carácter metálico: Existen muchas propiedades periódicas que
en general están relacionadas con las anteriores. Una de ellas es el carácter
metálico que varía exactamente igual que la electronegatividad, de tal forma
que, un elemento electronegativo es un no metal y un elemento muy poco
electronegativo, un metal.
Estado de agregación: La materia de acuerdo a sus propiedades físicas se
clasifica en tres estados de agregación; solido, líquido y gas. Se han agregado
dos nuevos que son el plasma y el condensado de Bose-Einstein.
-Solido: Ocupa un volumen fijo y tiene una forma definida. Sus partículas tienen
una movilidad prácticamente nula y la fuerza de cohesión entre ellas es muy
alta.
-Liquido: No posee una forma física propia, sino que se
adata a la del recipiente que lo contiene. La movilidad y cohesión de sus
partículas es intermedia.
-Gas: No posee ni volumen ni forma definida, tiende a ocupar el volumen del
recipiente en el que se contiene. Sus partículas tienen una gran energía
cinética, presentan movimientos desordenados y fuerza de cohesión muy baja.
-Plasma:
En términos simples se considera como plasma a un gas que se ha calentado a una
temperatura tan elevada que sus átomos y moléculas se convierten en iones. La
concentración de aniones y cationes es casi idéntica, por tanto, es
eléctricamente neutro y buen conductor de la corriente eléctrica.
-Condensado de Bose-Einstein: Se define de forma muy simplificada como
un gas que se ha enfriado a una temperatura próxima al cero absoluto. Los
átomos pierden energía, se frenan y se unen para dar origen a un superátomo
insólito.
Diagrama que resumen las
propiedades periódicas
Propiedades físicas y químicas
de metales, no metales, semimetales y gases nobles
