El Átomo

El estudio del átomo y su estructura ha pasado por varias etapas, pero hoy puede conceptualizarse de la siguiente manera...

EL ÁTOMO ES EL COMPONENTE BÁSICO DE TODO EL UNIVERSO ES LA PARTÍCULA MÁS PEQUEÑA QUE CONSERVA LAS PROPIEDADES DE UN ELEMENTO EXISTEN 118 ÁTOMOS DISTINTOS, SU NOMBRE, COMPOSICIÓN Y ESTRUCTURA ESTÁN REGISTRADOS EN LA TABLA PERIÓDICA

Historia del Átomo

El Atomismo Griego Los filósofos griegos DEMÓCRITO de Abdera y su maestro Leucipo, en el siglo V a.C. alguna vez se preguntaron:

¿De qué están hechas las cosas?

Más adelante te contaré como termina esta historia, pero ahora ayuda a estos filósofos a resolver su predicamento, realizando la siguiente actividad (dale un clik a la actividad 1):

ACTIVIDAD 1 ¿De qué están hechas las cosas?

Hace 2500 años los pensadores griegos Democríto y su maestro Leucipo recolectaron varios objetos, al igual que hoy un niño pequeño destruye un objeto para ver de qué está hecho o cómo funciona; los filósofos comenzaron a romper sus materiales para descubrir su composición. Después de múltiples divisiones y utilizando las más variadas herramientas de su época, llegó un momento en el que las fracciones eran tan pequeñas que ya no podían ser cortadas. Comparando la última fracción de cada objeto concluyeron:

"Todos los objetos existentes están conformados por pequeñísimas partículas indivisibles"

A esta última fracción los griegos le dieron el nombre de ATOMNÉ (a que significa sin, y tomne que significa corte, atomne quiere decir: sin corte). La aportación de Demócrito y Leucipo a la historia del átomo, fue una nueva palabra o concepto: ÁTOMO, que significa "Indivisible" Primera Teoría Atómica El concepto de átomo, que los griegos aportaron, prevaleció hasta finales del siglo XVIII. En 1809 el físico inglés JOHN DALTON meditó profundamente sobre la estructura de la materia y tras varios experimentos lo condujeron a postular la primer Teoría Atómica y con ella un primer modelo del átomo. Teoría Atómica de Dalton

• Toda la meteria está formada por partículas extraordinariamente pequeñas, sólidas y esféricas llamadas átomos.

• Todos los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí, particularmente en peso y volumen, pero diferentes a los átomos de otro elemento.

• La combinación de átomos da lugar a nuevas sustancias a las que llamamos compuestos.

• Los átomos permanecen indivisibles, incluso en las reacciones más violentas.

Para evaluar qué tanto comprendiste la Teoría Atómica de Dalton te propongo que realices la siguiente actividad (dale un clik a la actividad 2):

ACTIVIDAD 2 "Teoría Atómica de Dalton"

Carácter Eléctrico de Átomo Las ideas de Dalton perduraron sin cambio durante casi 100 años. Fue hasta 1897 cuando el físico inglés JOSEPH JOHN THOMSON se dedicó a investigar el comportamiento eléctrico de la materia.

Pero mejor dejemos al propio J. J. Thomson contarte qué fue lo que hizo:

Por medio de un disparador de partículas (como los antiguos televisores de cinescopio), Thomson proyectaba los rayos sobre una pantalla fluorescente y las colisiones iluminaban la pantalla, a estos rayos Thomson los denominó "Rayos Catódicos"

Observa la imágen, medita y explica el experimento de Thomson

Thomsom estaba seguro que el choque o colisión de los átomos sobre la pantalla estumulaban la fluorescencia o la ilumancacion. Posteriormente Thomson sometió los rayos catódicos a los efectos de campos magnéticos y observó que el rayo se bifurcaba, desviando su trayectoria en dos sentidos. (NO es aconcejable, pero si haz tenido la experiencia de acercar un imán a la pantalla de tu televisor, habrás observado que se deforman las imágenes y los colores; ésto mismo hizo Thomson de manera controlada).

Observa la imágen, medita y explica el experimento de Thomson

Meditando los resultados de su experimento, Thomson concibió la idea de que el átomo propuesto por Dalton, efectivamente era una esfera pero que ésta tenía una carga positiva y que en ella se incurstaban pequeñas entidades desprendibles de carga negativa, a la que Thomson llamó: "ELECTRÓN". Con todas sus demostraciones Thomson propuso un segundo modelo atómico conocido como "Gelatina con pasas" o "Panque con pasas", superando al modelo de Dalton y otorgándole propiedades eléctricas.

Una Mujer rompe el Átomo Después de muchos años de estudio, tanto Demócrito, Dalton y Thomson coincidían en la idea de que el átomo era indivisible. Fue hasta 1895 cuando la polaca profesora en química MARIE CURIE demostró lo contrario: el átomo sí puede ser dividido. ¿Recuerdas las cámaras fotográficas que utilizan rollos de película? Entonces sabes que si expones el rollo a la luz, tus fotos se velarán; esto mismo le sucedía al físico francés HENRI BECQUEREL cuando sus rollos, aún cerrados, estaban cerca de un mineral llamado pechblenda. Bequerel sospechó que sus rollos se velaban a causa de algún elemento desconocido presente en el mineral y encargó a la profesora en química Marie Curie, que tratara de descubrir este elemento. Fue así como Madame Curie y su esposo Pierre se dedicaron a estudiar el mineral. Lograron identificar nuevos materiales que tenían la propiedad de radiar energía de manera espontanea, a esta propiedad los esposos Curie la lamaron Radiactividad. Tiempo después revelaron el descubrimiento de tres nuevos elementos, todos radiactivos: Radio (Ra), el más radiactivo de todos, el Uranio (U) y el Polonio (Po). Radiactividad: fenómeno natural que presentan algunos materiales y que consiste en la emisión espontanea de alta energía. Hoy sabemos que los elementos que tienen un número atómico mayor que 82 (es decir más de 82 protones en su núcleo), son radiactivos.

Los elementos radiactivos desprende partículas Alfa (dos protones, dos neutrones y gran cantidad de energía), de modo que cuando un átomo irradia energía también se desintegra pierdiendo protones y con ello su personalidad, analicemos un ejemplo:

El Uranio (U) tiene un número atómico de 92 (recuerda que si el Número Atómico es mayor que 82, es un elemento radiactivo), cuando emite radiación, perderá dos protones y su número atómico cambia a 90, el elemento con número atómico 90 es el Torio (Th), a este fenómeno se le conoce como TRANSMUTACIÓN Hoy en día se aprovecha la energía de los elementos radiactivos en plantas nucleoeléctricas controlando la radiactividad por medio de la Fisión y la Fusión Nuclear:

Veamos entonces qué tanto comprendiste de la radiactividad, realizando la siguiente actividad (dale un clik a la actividad 3):

ACTIVIDAD 3 "Radiactidad"

Más Partículas en el Átomo Para 1909 el físico neozelandés ERNEST RUTHERFORD, encerró pechblenda en una caja de Plomo (Pb) para impedir la salida de radiación, perforó una pared de la caja, por donde escapaba la radiactividad y la observada sobre una pantalla fluorescente, sometió esa radiación a campos electromagnéticos y observó lo siguiente:

Observa la imágen, medita y explica el experimento de Rutherford

Efectivamente, con este experimento Rutherford demostró que el átomo al desintegrarse emite tres diferentes clases de partículas o rayos: Uno se desviaba al campo electropositivo (los electrones) a los que Rutherford denominó: "Rayos Beta". Otro rayo se dirigía al campo electronegativo, al cual lo llamó: "Rayos Alfa", que posteriormente los llamaría: "PROTONES". Y un tercer rayo que era indiferente a los campos electromagnéticos, a esos Rutherford los llamó: "Rayos Gama", tiempo despues junto con el físico inglés James Chadwick los denominarón: NEUTRONES Con otro experimento Rutherford bombardeó una delgada lámina de oro con rayos alfa (protones o partículas de carga positiva):

Observa el video, medita y explica el experimento de Rutherford

Observando ésto, Rutherfor se pregunto: ¿por qué algunos protones atraviesan libremente la lámina de oro?, ¿por qué otros atraviesan la lámina pero desvían su trayectoria? y ¿por qué otros protones rebotaban en la lámina? ¿Tú qué te imaginas? Al igual que tú, Rutherford concluyó:

• PRIMERO: Sí la lámina contiene átomos y los protones bombardeados no chocan con nada, puesto que pasan libremente, significa que hay espacio vacío entre un átomo y otro;

• SEGUNDO: Sí se está bombardeando con cargas positivas y al atravezar la lámina solo desvían su trayectoría, significa que el protón pasa rozando al átomo de oro al tiempo que es repelido. Se entiende entonces que los átomos en su parte central poseen cargas positivas (recuerda que en magnetismo y electricidad: signos o cargas iguales: se repelen; signos o cargas diferentes: se atraén);

• TERCERO: Los protones bombardeados que no logran atravezar la lámina y son rebotados, están chocando directamente con una región del átomo de gran tamaño o con gran cantidad de masa.

Todos estos análisis condujeron a Rutherford a proponer un nuevo modelo atómico conocido como "Nube de Electrones": El modelo de Rutherford explica que el átomo está constituido por dos regiones: la central y que contiene el 99% de la masa del atómo la llamó: NÚCLEO. En esta zona están contenidos los protones y los neutrones. Por último Rutherford colocó muy lejos del núcleo los electrones, el 1% restante de la masa del átomo, diciendo que como una nube, los electrones envuelven caóticamente al núcleo. Un Sistema Solar en el Átomo El físico danés NIELS BÖHR en 1913 sugirió un nuevo modelo atómico basado en el modelo de Rutherford. Aplicando la recién Teoría Cuántica propuso que los electrones se encontraban girando al rededor del núcleo en determinadas y bien definidas regiones a las que Böhr llamó NIVELES DE ENERGÍA, contrario a la distribución caótica del modelo anterior. Böhr. El Modelo Atómico de Böhr respetó la constitución del núcleo, pero acomodó los electrones en siete niveles de energía, a los cuales Böhr señaló con las letras mayúsculas:

• K: al nivel más cercano al núcleo y que se vincula directamente con el primer periodo de la tabla periódica;

• L: al segundo nivel o capa de electrones, relacionado con periodo dos de la tabla;

• M: al tercer nivel energético del átomo o 3er periodo de la tabla ;

• N: a la cuarta capa de electrones o 4o periodo;

• O: la quinto nivel o 5o periodo;

• P: al sexto nivel o 6o periodo, y;

• Q: al último nivel energétido, el más alejado del núcleo y que se relaciona con el séptimo periodo de la tabla periódica.

Böhr aseguraba que estos niveles son como las órbitas descritas por los planetas al girar al rededor del Sol, sin embargo, a diferencia de éste, en cada órbita puede haber más de un electrón, y que cada nivel energético sólo se puede mantener una cantidad máxima de electrones, de la siguiente manera:

• En K, de un electrón y hasta dos electrones ( e- );

• En L, de uno y hasta 8 electrones;

• En M, de 1 e- y hasta 18 e- ;

• En N, de 1 e- y hasta 32 e- ;

• En O, 1 e- y hasta 32 e- ;

• En P, 1 e- y hasta 18 e- , y;

• En Q, 1 e- y hasta 8 e-

Vamos a elaborar algunos modelo atómico según Böhr, con la siguiente actividad. (dale un clik a la actividad 4)

ACTIVIDAD 4 "Modelos Atómicos según Böhr"

Discretos Niveles de Energía Para 1926 el austriaco ERWIN SCHRÖDINGER echó abajo los trabajos de Böhr al postular el Principio de Incertidumbre:

"Es imposible conocer con exactitud la posición y velocidad de un electrón"

Partiendo de la teoría de onda - partícula, Schrödinger ideó un Modelo Atómico usando la Mecánica Cuantica Ondulatorio y conceptos matemáticos de probabilidad. Este modelo continua siendo la base de los conceptos modenos acerca de la estructura atómica y explica que los niveles de energía, propuestos por Böhr, están constituidos por subniveles de energía u orbitales, regiones aún más discretas que forman a las capas electrónicas o niveles energéticos. Así como los niveles de Böhr, los subniveles de Schrödinger fueron denominados por letras, pero para diferenciarlos éstas fueron minúsculas:

• s: del inglés "sharp", que significa agudo o cerrado;

• p: significa principal;

• d: del ingles "diffuse" que significa difuso;

• f: significa fundamental.

Los subniveles u orbitales son espacios probables donde quizá se localice un electrón. Dependiendo del subnivel, se configuran las siguientes zonas o espacios de probabilidad: Y al igual que las orbitas, los orbitales tienen una capacidad máxima de electrones:

• s: de un electrón y hasta 2 electrónes ( e- );

• p: de 1 e- y hasta 6 e- ;

• d: de 1 e- y hasta 10 e- , y;

• f: de 1 e- y hasta 14 e-

La siguiente imagen muestra el último Modelo Atómico: En este último modelo del átomo, el principal interés es determinar dónde es posible encontrar un electrón. Elaboraremos algunos modelos atómicos según la Teoría Mecánica Cuántica Ondulatoria (dale un clik a la actividad 5)

ACTIVIDAD 5 "Configuración Electrónica"

Hasta aquí hemos recorrido la evolución que ha tenido el concepto de átomo, esperamos en lo futuro un nuevo modelo, o porque no desearlo, quizá se desarrolle alguna tecnología que nos permita observarlo directamente y confirmar o desmentir todo este viaje. Espero que con este trabajo hayas comprendido la naturaleza íntima de la materia y no expliques la Teoría Atómica como lo hace nuestro primer actor mexicano Mario Moreno "Cantinflas"