¿Qué es un átomo y para qué sirve?

Los átomos son esenciales. La materia es cualquier cosa que se puede tocar físicamente. Todo en el universo, excepto la energía, está hecho de materia y, por lo tanto, todo en el universo está hecho de átomos.

Átomo – Qué es

Los átomos son las unidades básicas de la materia y la estructura definitoria de los elementos. El término “átomo” proviene de la palabra griega para indivisible, porque una vez se pensó que los átomos eran las cosas más pequeñas del universo y no podían dividirse. Ahora sabemos que los átomos están formados por tres partículas: protones, neutrones y electrones, compuestos por partículas incluso más pequeñas, como los quarks.

Los átomos fueron creados después del Big Bang hace 13.700 millones de años. A medida que el nuevo universo caliente y denso se enfriaba, las condiciones se volvieron adecuadas para la formación de quarks y electrones. Quarks se unieron para formar protones y neutrones, y estas partículas se combinaron en núcleos. Todo esto tuvo lugar dentro de los primeros minutos de la existencia del universo, según el CERN.

Tomó 380,000 años para que el universo se enfriara lo suficiente como para ralentizar los electrones, de modo que los núcleos pudieran capturarlos para formar los primeros átomos. Los primeros átomos fueron principalmente hidrógeno y helio, que siguen siendo los elementos más abundantes en el universo. La gravedad eventualmente causó que las nubes de gas se fusionaran y formaran estrellas, y átomos más pesados ​​fueron (y aún son) creados dentro de las estrellas y enviados a través del universo cuando la estrella explotó (supernova).

Átomo – Historia

La teoría del átomo data al menos desde 440 a. C. a Demócrito, un científico y filósofo griego. Es probable que Demócrito haya construido su teoría de los átomos sobre el trabajo de los filósofos del pasado, según Andrew G. Van Melsen, autor de “De Atomos a Atom: La historia del concepto Atom”. Por ejemplo, Parménides, maestro de Demócrito, es conocido por proponer el principio de identidad. Este principio, que establece que “todo lo que es, juntos forma el ser”, condujo a otros filósofos, incluido Demócrito, a avanzar en su trabajo, que finalmente condujo a la teoría atómica.

LEA TAMBIÉN  ¿Qué es la Biodiversidad?

La explicación de Demócrito del átomo comienza con una piedra. Una piedra cortada a la mitad da dos mitades de la misma piedra. Si la piedra fuera cortada continuamente, en algún punto existiría una pieza de piedra lo suficientemente pequeña como para que ya no pueda ser cortada. El término “átomo” proviene de la palabra griega para indivisible, que, según Demócrito, debe ser el punto en el cual un ser (cualquier forma de materia) ya no puede ser dividido.

Átomo – Estructura

Un átomo en sí mismo se compone de tres pequeños tipos de partículas llamadas partículas subatómicas: protones, neutrones y electrones. Los protones y los neutrones forman el centro del átomo llamado núcleo y los electrones vuelan alrededor del núcleo en una pequeña nube. Los electrones tienen carga – y los protones +. En un átomo normal (neutro), los protones y electrones son iguales. A menudo, pero no siempre, la cantidad de neutrones es la misma también.

Partículas atómicas

Los protones y los neutrones son más pesados ​​que los electrones y residen en el núcleo en el centro del átomo. Los electrones son extremadamente livianos y existen en una nube que orbita el núcleo. La nube de electrones tiene un radio 10,000 veces mayor que el núcleo.

Los protones y neutrones tienen aproximadamente la misma masa. Sin embargo, un protón pesa más de 1.800 electrones. Los átomos siempre tienen la misma cantidad de protones y electrones, y la cantidad de protones y neutrones suele ser la misma. Agregar un protón a un átomo crea un nuevo elemento, mientras que agregar un neutrón forma un isótopo, o una versión más pesada, de ese átomo.

LEA TAMBIÉN  ¿Qué es la Virología? ¿Cuál es su objeto de estudio?

Núcleo

Descubierto por Ernest Rutherford en 1911, un físico de Nueva Zelanda, que en 1920 propuso el nombre de protón para las partículas del átomo con carga positiva. Rutherford también teorizó que también había una partícula neutral dentro del núcleo, que James Chadwick, un físico británico y estudiante de Rutherford, pudo confirmar en 1932.

Prácticamente toda la masa del átomo reside en el núcleo. Los protones y neutrones que componen el núcleo tienen aproximadamente la misma masa (el protón es un poco menor) y tienen el mismo momento angular, de acuerdo con el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.

El núcleo se mantiene unido por la “fuerza fuerte”, una de las cuatro fuerzas básicas de la naturaleza. Esta fuerza entre los protones y los neutrones supera la fuerza eléctrica repulsiva que, de acuerdo con las reglas de la electricidad, empujaría a los protones de otra manera. Algunos núcleos atómicos son inestables porque la fuerza de unión varía para diferentes átomos según el tamaño del núcleo.

Protones

Los protones son partículas con carga positiva que se encuentran dentro de los núcleos atómicos. Rutherford los descubrió en experimentos con tubos de rayos catódicos conducidos entre 1911 y 1919. Los protones son ligeramente más pequeños en masa que los neutrones con una masa relativa de 0.9986 (en comparación con la masa del neutrón que es 1) o aproximadamente 1.673×10-27 kg.

La cantidad de protones en un átomo define qué elemento es. Por ejemplo, los átomos de carbono tienen seis protones, los átomos de hidrógeno tienen uno y los átomos de oxígeno tienen ocho. La cantidad de protones en un átomo se conoce como el número atómico de ese elemento.

Electrones

Los electrones son pequeños en comparación con los protones y neutrones, más de 1.800 veces más pequeños que un protón o un neutrón. Los electrones tienen una masa relativa de 0.0005439 (en comparación con la masa de un neutrón que es 1) o aproximadamente 9.109×10-31 kg.

LEA TAMBIÉN  ¿Qué es el Método Científico? Preceptos

J.J. Thomson, un físico británico, descubrió el electrón en 1897. Originalmente conocido como “corpúsculos”, los electrones tienen una carga negativa y son atraídos eléctricamente por los protones con carga positiva. Los orbitales internos que rodean al átomo son esféricos, pero los orbitales externos son mucho más complicados.

La configuración electrónica de un átomo es la descripción orbital de las ubicaciones de los electrones en un átomo típico. Usando la configuración electrónica y los principios de la física, los químicos pueden predecir las propiedades de un átomo, como la estabilidad, el punto de ebullición y la conductividad.

Neutrones

El neutrón se usa como una comparación para encontrar la masa relativa de protones y electrones (por lo que tiene una masa relativa de 1) y tiene una masa física de 1,6749×10-27 kg.

La existencia del neutrón fue teorizada por Rutherford en 1920 y descubierta por Chadwick en 1932. Se encontraron neutrones durante los experimentos cuando los átomos fueron disparados a una delgada lámina de berilio. Se lanzaron partículas subatómicas sin carga: el neutrón.

Los neutrones son partículas sin carga que se encuentran en todos los núcleos atómicos (excepto en el caso del hidrógeno-1). La masa de un neutrón es ligeramente más grande que la de un protón. Como los protones, los neutrones también están hechos de quarks: un quark “arriba” (con una carga positiva de 2/3) y dos quarks “abajo” (cada uno con una carga negativa de 1/3).

Isótopos

La cantidad de neutrones en un núcleo determina el isótopo de ese elemento. Por ejemplo, el hidrógeno tiene tres isótopos conocidos: protio, deuterio y tritio. Protium, simbolizado como 1H, es simplemente hidrógeno ordinario; tiene un protón y un electrón y no neutrones.