Átomo

Introducción a Atom

Atom, la parte más pequeña de un elemento químico que conserva la identidad del elemento. El estudio de la estructura y el comportamiento de los átomos por los químicos y los físicos ha contribuido en gran medida a la comprensión científica de la materia y sus propiedades. El uso de este conocimiento ha afectado en gran medida la tecnología de hoy en día, lo que lleva al desarrollo comercial de la electrónica y la energía nuclear y para la producción de muchos nuevos tipos de materiales y productos, incluyendo plásticos y fibras sintéticas.

Los átomos son tan pequeños que un centenar de millones de ellos, con el lado colocado al lado del otro, haría una fila sólo alrededor de una pulgada (2,5 cm) de largo. Átomos individuales se pueden ver solamente con ciertos tipos de microscopios no ópticos que tienen extremadamente altos aumentos.

Cada elemento químico tiene su propia identidad química y se comporta de manera diferente de cualquier otro elemento. Los átomos de un mismo elemento son idénticos en química conductista se diferencian de los átomos de otros elementos en el comportamiento químico, en su estructura, y (normalmente) en peso.

Los átomos y las moléculas

Una molécula se define generalmente como una estructura que consta de dos o más átomos unidos juntos. Una molécula puede consistir en dos o más átomos del mismo elemento, como en moléculas de hidrógeno, azufre, y fósforo, por ejemplo. Por otra parte, una molécula puede estar constituido por átomos de dos o más elementos diferentes, en cuyo caso constituye la subdivisión más pequeña de un compuesto químico, como el agua. Algunas moléculas, tales como los de ciertas proteínas, contienen muchos miles de átomos.

Una molécula se define a veces, especialmente por los químicos-como la parte más pequeña de un elemento o compuesto que puede existir solo y todavía conservan las propiedades del elemento o compuesto. Según esta definición, los átomos de ciertos elementos (por ejemplo, helio y neón) son moléculas. Dichas moléculas se denominan monoatómico.

Las teorías atómicas

En el siglo V antes de Cristo, Empédocles, un filósofo griego, desarrolló la teoría de que toda la materia del universo estaba compuesto de varias combinaciones y proporciones de cuatro elementales sustancias-tierra, aire, fuego y agua. Metales, por ejemplo, se considera que se compone de la tierra y el fuego, ya que podrían ser producidos por la colocación de los minerales (tierra) en una llama. La más brillante de un metal, más fuego se cree que contiene.

Átomos "sólido"

El filósofo griego Demócrito (460? -370 AC) aceptó la teoría de los cuatro elementos de Empédocles y enseñó que toda la materia se compone de partículas diminutas, indestructibles, sólidos (que llamó átomos) de tierra, aire, fuego y agua. Demócrito creía que espirituales, así como física, las cosas estaban compuestas de átomos y que los átomos no podían ser subdivididos. ("Atom" viene de la palabra griega atomos, que significa "indivisible".) Demócrito no era la primera atomista (como personas que se ha suscrito a sus puntos de vista se llaman), pero tenía gran influencia.

El atomismo de los antiguos griegos, aunque se menciona por hombres como Giordano Bruno (1548-1600), Sir Isaac Newton (1642-1727), y Daniel Bernoulli (1700-1782), fue descuidado en gran medida desde hace más de 2.000 años. John Dalton de Inglaterra dio origen a la teoría atómica moderna en el siglo 19. Descripción de Dalton del átomo como un sólido de partículas nondivisible submicroscópico,, de un elemento químico parecía explicar satisfactoriamente las propiedades de la materia que se conoce en ese momento.


El concepto de átomos sólidos, aunque ahora fuera de moda, sigue siendo útil en la diagramación ciertos cambios químicos y en la explicación de la naturaleza de las moléculas. Por ejemplo, se unen modelos similares a esferas de diversos tipos de átomos juntos para mostrar la estructura de moléculas grandes.

Teoría Atómica se vuelve compleja

En 1897 el físico JJ Thomson Inglés determina la naturaleza de las partículas de electrones-diminutos con eléctricos negativos un recargo y se mide su masa. Propuso que un átomo se compone de un número de electrones integrados en una esfera de electricidad positiva.

En 1911 el físico británico Ernest Rutherford propuso el átomo nuclear. Según su teoría, un átomo consta de un núcleo pequeño, denso, con carga positiva (centro) con los electrones girando a su alrededor. El átomo es sobre todo el espacio vacío, debido a que el diámetro del núcleo es mucho más pequeño que el diámetro total del átomo. En 1913, el físico danés Niels Bohr amplió esta teoría. Según Bohr, los electrones giran alrededor del núcleo en órbitas fijas, y cuando un átomo gana o pierde la energía de los electrones saltan de una órbita a otra.

Hoy en día la teoría atómica se basa en gran medida en los conceptos propuestos en la década de 1920 por el Erwin Schrödinger austriaco, los alemanes Werner Heisenberg y Max Born, Paul Dirac de Gran Bretaña, y Louis de Broglie de Francia. Estos físicos fueron pioneros en el campo de la mecánica cuántica.

El átomo de la mecánica cuántica es difícil de imaginar, y es mejor descrito matemáticamente. La carga negativa de los electrones se trata como un tipo de onda, a las ecuaciones de rendimiento cuyas soluciones dar la probabilidad de encontrar un electrón en varias regiones alrededor del núcleo. La posición de un electrón y la velocidad no pueden ser ambos conocidos con precisión al mismo tiempo. El electrón es a veces representado como una nube cargada negativamente que cubre un área grande fuera del núcleo-en la región donde la probabilidad de encontrar el electrón es más grande, la nube es más densa (y la concentración de carga es la más alta).

Las unidades básicas del Átomo

Tres tipos de partículas forman átomos: el electrón, que se menciona en el apartado anterior de este artículo, el protón y el neutrón. Ellos se refieren comúnmente como partículas subatómicas.

El Protón

lleva una sola carga positiva de la electricidad igual en magnitud a la carga negativa del electrón.

El Neutrón

no lleva carga eléctrica y por lo tanto es eléctricamente neutro. Su masa es aproximadamente igual a la del protón. Un único, aislado de neutrones es una partícula inestable, es decir, se desintegra rápidamente en otras partículas.

El Electrón

tiene una masa mucho menor que la del protón o un neutrón (aproximadamente 1/1836 tan grande). El electrón lleva una sola carga negativa de la electricidad.

Los protones y los neutrones forman el núcleo de un átomo. Por esta razón, se denominan a veces como nucleones. El núcleo del átomo más simple, hidrógeno ordinario, se compone de un solo protón. En todos los otros átomos, el núcleo se compone de dos protones y neutrones.

Como resultado de muchos tipos de experimentos con dispositivos llamados aceleradores de partículas, los físicos creen que los protones y los neutrones están ellos mismos componen de partículas más pequeñas. Estas partículas son llamadas quarks. Los electrones, a diferencia de los protones y neutrones, son partículas elementales que decir, no están compuestos de partículas más pequeñas.

Cada tipo de partícula tiene que le corresponde una antipartícula de la misma masa pero de las propiedades magnéticas y eléctricas opuestas. Los físicos creen antiprotones, antineutrones y positrones (antielectrones) pueden formar átomos de antimateria.

Misas de partículas

Mediante el uso de dispositivos como los aceleradores de partículas, cámaras de burbujas, y espectrógrafos de masas, los físicos han obtenido mediciones precisas de masas de las partículas.

La masa de un protón, neutrón, electrón o se expresa a menudo en términos de peso atómico, para los que el átomo de carbono 12 (un átomo de carbono que tiene 6 protones y 6 neutrones) sirve como el estándar. El carbono 12 se le asigna un átomo de masa de 12. Un protón libre (uno que no está vinculado con uno o más otras partículas en un núcleo atómico) tiene una masa de 1.0072766- un neutrón libre, una masa de 1.0086654- y un electrón, una masa de 0,000548597. La masa real del electrón es de aproximadamente 9,1 x 10 a 31 kilogramos, lo que significa que se necesitarían 1,100,000,000,000,000,000,000,000,000,000 electrones para pesar un kilogramo.

Cuando los protones y los neutrones se combinan para formar un núcleo, su masa combinada es ligeramente menor que la suma total de sus masas individuales.

Propiedades de los átomos

Número atómico

El número atómico es el número de protones contenidos en el núcleo de un átomo. Cuando un átomo está en su estado normal (es decir, cuando no se ioniza), el número de sus electrones planetarios es igual al número atómico. La carga positiva del núcleo es por lo tanto igual a la carga negativa de los electrones planetarios, de modo que el átomo en su conjunto es eléctricamente neutro. Todos los átomos del mismo elemento tienen el mismo número atómico.

Peso atomico

El peso atómico de un átomo es una cifra relativa que se compara con la figura estándar asignado al carbono 12 átomo, y es aproximadamente igual al número de protones y neutrones en el núcleo del átomo. Los químicos y los físicos utilizan a veces la masa atómica término al hablar de átomos específicos, prefiriendo usar el peso atómico en el sentido de que el peso promedio de todos los átomos de un elemento. (Como se explica más adelante bajo isótopos, átomos de un mismo elemento pueden tener diferente número de neutrones y, por lo tanto, diferentes pesos.)

Hay varios métodos para determinar los pesos atómicos. Uno de los métodos más antiguos (y más precisos) se basa en el hecho de larga data que cuando los elementos químicos se unen para formar compuestos, lo hacen en proporciones fijas. Por ejemplo, con cuidado de pesaje ha demostrado que cuando la plata reacciona con el cloro para formar cloruro de plata, los dos elementos siempre se combinan en la proporción de 0,32867 gramo de cloro por cada gramo de plata. Puesto que una molécula de cloruro de plata se compone de un átomo de cloro y un átomo de plata, la relación de los pesos atómicos de cloro y la plata debe ser 0,32867 gramos 1 gramo, o 0,32867. Por lo tanto, si se conoce el peso atómico del cloro o plata (de una relación en peso relativa cualquiera de estos elementos al carbono, por ejemplo), el peso atómico del otro elemento puede calcularse fácilmente.

El espectrómetro de masas, un instrumento en el que los haces de iones (átomos o moléculas cargadas eléctricamente) son desviados por un campo magnético, también se utiliza para determinar los pesos atómicos. Las masas de los iones en un rayo pueden calcularse a partir de la cantidad de deflexión.

Isótopos

La mayoría de los elementos químicos, como se encuentra en la naturaleza, se componen de una mezcla de átomos de diferentes pesos atómicos. Los átomos con el mismo número atómico pero diferentes pesos atómicos se denominan isótopos. El litio, por ejemplo, tiene dos isótopos: litio de 6, con un peso atómico de 6.015- y el litio 7, con un peso atómico de 7.016. Puesto que hay cerca de 12 veces el número de átomos de litio 7 encontrado en la naturaleza como átomos de litio 6, el peso atómico del elemento de litio se calcula en 6,939.

El isótopo de carbono 12, que se utiliza como patrón de referencia para la escala-peso atómico, constituye casi el 99 por ciento del carbono que se encuentra en la naturaleza. (Carbon 13, un isótopo estable, y carbono 14, un isótopo radiactivo, constituyen el resto.) Algunos elementos, tales como el aluminio, fósforo y yodo, no poseen isotopes- natural en el que están formados por un solo tipo de átomo.

Las isobaras

Los átomos que tienen el mismo peso atómico aproximada pero diferentes números atómicos se llaman isobaras. Neptunio 239 y plutonio 239, por ejemplo, son isobaras-ambos tienen 239 nucleones pero en neptunio 93 son protones y plutonio 94 son protones.

Capas electrónicas

La estructura electrónica de los átomos puede ser dado en términos de un modelo de capas. Cada shell es un grupo de electrones todos aproximadamente la misma distancia del núcleo. El número de electrones por shell-así como el número total de electrones-es la misma para todos los átomos de un elemento dado, siempre que cada átomo está en su estado normal. En los átomos conocidos ahora, el número de capas de electrones varía entre uno y siete. Estas conchas se designan por las letras K, L, M, N, O, P, y Q, por orden de distancia desde el núcleo.

Un átomo de cloro, por ejemplo, tiene 17 electrones en tres conchas-2 en la K, o más íntimos, de conchas 8 en L, o segundo, de conchas y 7 en la cáscara M. Un átomo de potasio, con 19 electrones, tiene cuatro conchas, con los electrones dispuestas 2, 8, 8, 1.

Las propiedades químicas de los diversos elementos se determinan principalmente por el número de electrones de las capas más exteriores de sus átomos. Por ejemplo, los átomos de los metales litio, sodio, y potasio, que tienen propiedades similares, cada uno tiene un solo electrón en su capa más externa. Es por esta razón por la que estos elementos se agrupan en la Tabla Periódica, un gráfico que organiza elementos de acuerdo con sus propiedades.

Valencia

Cuando los átomos toman parte en una reacción química, los electrones de sus capas más externas se reorganizan. Un átomo con un solo electrón en esta cáscara tiende a perder el electrón. Un átomo con muchos electrones en su capa más externa (tales como el cloro, con su 7), tiende a capturar uno o más electrones hasta que tenga un número en esta cáscara que representa una disposición estable. Grupos de 2, 8, 18, y 32 electrones son conocidos para representar arreglos altamente estables, y estos números representan el número máximo de electrones que puede existir en la K, L, M y N cáscaras, respectivamente, de acuerdo con la mecánica cuántica.

Valence es la capacidad de un átomo que ganar o perder electrones, o para compartirlos con otro átomo. Un átomo muestra su valencia cuando se combina con un átomo de otro elemento en una reacción química.

Química y Energía Nuclear

En una reacción química, sólo los electrones planetarios de un átomo se ven afectados. El núcleo no participa. En la formación de cloruro de sodio (sal común) a partir de sodio metálico y el cloro gaseoso, por ejemplo, el único electrón en la capa más externa de la átomo de sodio se transfiere a la capa más externa del átomo de cloro. La energía química en forma de calor se libera, y los átomos de sodio y cloro se unen.

Las reacciones químicas producen calor, la luz y la energía eléctrica. La energía nuclear puede ser liberado sólo a través de bombardeo de partículas subatómicas, a través de la aplicación de temperaturas extremadamente altas, o (en pequeñas cantidades) por la radiactividad.

Para libros sobre el átomo, Ver la lista de libros al final de la Energía Nuclear.

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