El átomo — partículas subatómicas
El átomo es la unidad más pequeña de un elemento que conserva sus propiedades químicas. Está compuesto de partículas aún más pequeñas.
Partículas principales
| Partícula | Carga | Masa | Ubicación |
|---|---|---|---|
| Protón (p⁺) | +1 (+1,6 × 10⁻¹⁹ C) | ~1 u | Núcleo |
| Neutrón (n⁰) | 0 (neutro) | ~1 u | Núcleo |
| Electrón (e⁻) | −1 | ~1/1836 u | Orbitales (alrededor del núcleo) |
Masa del átomo ≈ masa del núcleo (los electrones casi no pesan).
Estructura
e⁻
/
┌───────┐ /
│ p⁺ │
│ n⁰ │············· e⁻
│ │\
└───────┘ \
e⁻
(Núcleo) (Orbitales)
- El núcleo concentra casi toda la masa, ocupa ~1/100 000 del volumen atómico.
- Los electrones se distribuyen en orbitales, regiones donde hay alta probabilidad de encontrarlos.
- Si el átomo fuera un estadio, el núcleo sería una canica en el centro.
Números clave
Número atómico (Z)
- Número de protones.
- Define el elemento: Z=1 es hidrógeno, Z=6 es carbono, Z=79 es oro.
- En un átomo neutro: Z = número de electrones.
Número másico (A)
- Suma de protones + neutrones.
- A = Z + N.
- Ejemplo: ¹²C tiene A=12 (6 p + 6 n).
Notación
Se escribe:
- A arriba a la izquierda del símbolo.
- Z abajo a la izquierda.
- Ejemplo: ²³₁₁Na (sodio con 11 p, 12 n, A=23).
Isótopos
Átomos del mismo elemento con distinto número de neutrones.
- Mismo Z, diferente A.
- Ejemplos:
- Hidrógeno: ¹H (protio), ²H (deuterio, D), ³H (tritio, T).
- Carbono: ¹²C (99 %), ¹³C (1 %), ¹⁴C (trazas, radioactivo).
- Uranio: ²³⁵U (fisionable), ²³⁸U (común).
- Las propiedades químicas son iguales (misma configuración electrónica) pero las físicas varían ligeramente.
Iones
Átomos con carga por perder o ganar electrones:
- Cation: carga positiva (perdió e⁻). Ej.: Na⁺.
- Anión: carga negativa (ganó e⁻). Ej.: Cl⁻.
- La carga se debe SOLO a la diferencia entre p⁺ y e⁻. Los neutrones no afectan carga.
Partículas “de fondo”
Los protones y neutrones no son fundamentales — están formados por quarks (up, down). Los electrones sí son fundamentales. Para química, esto no es relevante (la química ocurre con electrones y núcleos como “bloques”).
Masa atómica y mol
Unidad de masa atómica (u)
1 u = 1/12 de la masa de un átomo de ¹²C = 1,66 × 10⁻²⁷ kg.
Masa atómica de un elemento
Promedio ponderado de las masas de sus isótopos naturales.
- Cloro: 35,45 u (mezcla de ³⁵Cl y ³⁷Cl).
Número de Avogadro
Nₐ = 6,022 × 10²³ partículas/mol.
Mol
Cantidad de sustancia que contiene Nₐ partículas.
- 1 mol de H = 1,008 g.
- 1 mol de agua (H₂O) = 18 g.
Puente crucial entre mundo microscópico (átomos) y macroscópico (gramos).
Radioactividad
Algunos núcleos son inestables y se desintegran:
- α (alfa): emisión de un núcleo de ⁴He. Pérdida de 2 p + 2 n.
- β⁻ (beta menos): un neutrón se convierte en protón + electrón (el electrón se emite).
- β⁺ (beta más): un protón se convierte en neutrón + positrón.
- γ (gamma): emisión de fotón de alta energía (no cambia Z ni A).
- Captura electrónica: el núcleo captura un electrón.
Aplicaciones: Métodos de datación, medicina nuclear, energía.