Modelo Atomico

Modelo Atomico

Atom

La átomo es una unidad básica de la materia que consiste en un denso, en el centro núcleo rodeado por un nube de con carga negativa electrones. La núcleo atómico contiene una mezcla de carga positiva protones y eléctricamente neutro neutrones (Excepto en el caso de hidrógeno-1, Que es la única estable nucleido sin neutrones). Los electrones de un átomo están ligados al núcleo por el fuerza electromagnética. Asimismo, un grupo de átomos puede permanecer unidos entre sí, formando una molécula. Un átomo que contiene el mismo número de protones y electrones es eléctricamente neutro, de lo contrario, tiene una carga positiva (deficiencia de electrones) O de carga negativa (exceso de electrones) y es un iones. Un átomo es clasificados de acuerdo al número de protones y neutrones en su núcleo: el número de protones determina la elemento químico, Y el número de neutrones determina la isótopo del elemento.

El átomo nombre proviene de la Griega “Ἄτομος” -Atomos (A partir de α-, “no” + τέμνω - temno, “Cortar”[2]), Lo que significa uncuttable, o indivisibles, algo que no puede dividirse más.[3] El concepto de átomo como un componente indivisible de la materia fue propuesto por primera vez a principios de India y Griega filósofos. En los siglos 17 y 18, químicos proporcionan una base física para esta idea al mostrar que ciertas sustancias no podría estar más desglosadas por métodos químicos. Durante los siglos 19 y 20, físicos descubierto componentes subatómicas y la estructura interior del átomo, lo que demuestra que el “átomo” era divisible. Los principios de la la mecánica cuántica se utilizaron con éxito modelo el átomo.

Los átomos son objetos con masas minúsculas proporcionalmente pequeña. Los átomos sólo pueden ser observadas de forma individual utilizando instrumentos especiales, tales como el microscopio de efecto túnel. El 99.9% de la masa de un átomo se concentra en el núcleo,[nota 1] con los protones y los neutrones tienen masa aproximadamente igual. Cada elemento tiene al menos un isótopo con núcleos inestables que pueden sufrir desintegración radiactiva. Esto puede dar lugar a una transmutación que cambia el número de protones o neutrones en un núcleo.[6] Los electrones que se enlazan a los átomos poseen un conjunto de estable los niveles de energíaO orbitales, Y puede someterse a las transiciones entre ellos mediante la absorción o emisión fotones que coinciden con las diferencias de energía entre los niveles. Los electrones determinan las propiedades químicas de un elemento, y una gran influencia en el átomo magnética propiedades.

Historia: Atomico

El concepto de que la materia está compuesta de discretos unidades y no puede ser dividido en cantidades arbitrariamente pequeñas ha sido de alrededor de milenios, Pero estas ideas fueron fundadas en el razonamiento abstracto, filosófico, en lugar de la experimentación y la observación empírica. La naturaleza de los átomos en la filosofía variado considerablemente a lo largo del tiempo y entre las culturas y las escuelas, y con frecuencia había elementos espirituales. Sin embargo, la idea básica del átomo fue adoptada por miles de años después los científicos, ya que elegantemente se explica los nuevos descubrimientos en el campo de la química.[7]

Las primeras referencias al concepto de los átomos se remontan a antiguos La India en el siglo 6 AC,[8] que aparece por primera vez en Jainismo.[9] La Nyaya y Vaisheshika escuelas desarrollados elaborar teorías de cómo los átomos combinados en objetos más complejos.[10] En la actualidad, no existe ningún medio para comprobar las fechas absolutas de la composición oral de los textos indios antiguos. De hecho, los cánones de las escuelas indias fueron sistematizadas y escritas siglos después del período en cuestión. [11] En Occidente, las referencias a los átomos surgió en el siglo 5 a. C. con Leucipo, Cuyos estudiantes, Demócrito, Sistematizado sus puntos de vista. En aproximadamente 450 aC, Demócrito acuñó el término Atomos (Griega: ἄτομος), Que significa “uncuttable” o “la más pequeña partícula indivisible de la materia”. Aunque la India y conceptos griegos del átomo se basaban exclusivamente en la filosofía, la ciencia moderna ha conservado el nombre acuñado por Demócrito.[7]

Corpuscularianism es el postulado, expuso en el siglo 13 por el alquimista Pseudo-Geber (Geber),[12] a veces identificada con Pablo de Tarento, Que todos los cuerpos físicos poseen una capa interna y externa de diminutas partículas o corpúsculos.[13] Corpuscularianism es similar (se trata de los impulsos eléctricos) a la teoría del atomismo, excepto que, cuando los átomos se suponía que eran indivisibles, glóbulos podrían en principio ser divididos. De esta manera, por ejemplo, fue la teoría de que el mercurio pueden penetrar en los metales y modificar su estructura interna.[14] Corpuscularianism quedó una teoría dominante en los próximos cientos de años.

En 1661, filósofo de la naturaleza Robert Boyle publicado El Chymist escéptico en el que sostenía que la materia estaba compuesta de varias combinaciones de diferentes “corpúsculos” o átomos, en lugar de la elementos clásicos de aire, tierra, fuego y agua.[15] Durante la década de 1670 fue utilizado por Isaac Newton en su desarrollo de la la teoría corpuscular de la luz.[13][16] [edición] Origen de la teoría científica Varios átomos y moléculas como se muestra en John Dalton’S Un nuevo sistema de Filosofía Química (1808), uno de los primeros trabajos científicos sobre la teoría atómica.

Los avances en la comprensión de los átomos no se produjo hasta la ciencia de la química ha comenzado a desarrollarse. En 1789, el investigador francés noble y científica Antoine Lavoisier descubrió el ley de conservación de la masa y define un elemento como sustancia básica de que no podría estar más rota por los métodos de la química.[17]

En 1805, el filósofo Inglés instructor y naturales John Dalton utiliza el concepto de los átomos para explicar por qué los elementos reaccionan siempre en proporciones de pequeños números enteros (El ley de las proporciones múltiples) Y por qué ciertos gases se disuelven mejor en agua que otras. Propuso que cada elemento está formado por átomos de un solo tipo, único, y que estos átomos pueden unirse para formar compuestos químicos.[18][19] Dalton es considerado el iniciador de la moderna teoría atómica.[20]

hipótesis atómica de Dalton no especificó el tamaño de los átomos. El sentido común indica que debe ser muy pequeño, pero nadie sabía cuán pequeño. Por lo tanto, fue un hito importante cuando en 1865 Johann Josef Loschmidt midió el tamaño de las moléculas que componen el aire.

Una línea adicional de razonamiento en apoyo de la teoría de las partículas (y por extensión teoría atómica) Comenzó en 1827 cuando botánico Robert Brown utilizó un microscopio para ver los granos de polvo flotando en el agua y descubrió que se desplazaban de forma errática, un fenómeno que se conoció como “el movimiento browniano”. J. Desaulx sugirió en 1877 que el fenómeno fue causado por el movimiento térmico de las moléculas de agua, y en 1905 Albert Einstein produjo el primer análisis matemático del movimiento.[21][22][23] físico francés Jean Perrin utiliza el trabajo de Einstein para determinar experimentalmente la masa y dimensiones de los átomos, de tal modo concluyente la verificación de la teoría atómica de Dalton.[24] Mendeleiev primera tabla periódica (1869).

En 1869, basándose en descubrimientos anteriores de los científicos, tales como Lavoisier, Dmitri Mendeleev publicó el primer funcionales tabla periódica.[25] La mesa es una representación visual de la ley periódica, que establece que ciertas propiedades químicas de elementos repetir periódicamente cuando se organizó por número atómico.[26] [edición] Subcomponentes y la teoría cuántica

El físico J. J. Thomson, A través de su trabajo en rayos catódicos en 1897, descubrió el electrón, y llegó a la conclusión de que eran un componente de cada átomo. Así se revocó la creencia de que los átomos son las partículas indivisibles, última de la materia.[27] Thomson postula que la baja masa, los electrones cargados negativamente se distribuyeron en todo el átomo, posiblemente rotando en los anillos, con su carga equilibrada por la presencia de un mar uniforme de carga positiva. Esta tarde se conoció como la pudín de ciruela modelo.

En 1909, Hans Geiger y Ernest Marsden, Bajo la dirección del físico Ernest Rutherford, Bombardearon una hoja de papel de oro con rayos alfa-para entonces se sabe que los átomos de helio con carga positiva-y descubrió que un pequeño porcentaje de estas partículas eran desviadas en ángulos mucho más grandes que se predijo con la propuesta de Thomson. Rutherford interpretó la lámina de oro experimento lo que sugiere que la carga positiva de un átomo de oro macizo y la mayoría de su masa se concentra en un núcleo en el centro del átomo, la Modelo de Rutherford.[28]

Al experimentar con los productos de desintegración radiactiva, En 1913 radiochemist Frederick Soddy descubrió que no parecía haber más de un tipo de átomo en cada posición en la tabla periódica.[29] El término isótopo fue acuñado por Margaret Todd como un nombre adecuado para los diferentes átomos que pertenecen al mismo elemento. J.J. Thomson creó una técnica para separar los tipos de átomos a través de su trabajo sobre gases ionizados, que posteriormente dio lugar al descubrimiento de isótopos estables.[30] Un Modelo de Bohr del átomo de hidrógeno, que muestra un electrón salta entre las órbitas fijas y emitiendo un fotón de energía con una frecuencia específica.

Mientras tanto, en 1913, el físico Niels Bohr sugirió que los electrones se limitaron a definir claramente las órbitas cuantificadas, y podría ir entre ellos, pero no pudo libremente en espiral hacia adentro o hacia fuera en los estados intermedios.[31] Un electrón debe absorber o emitir cantidades específicas de energía a la transición entre estas órbitas fijas. Cuando el la luz desde un material caliente se pasó por un prisma, Se produjo un multicolor espectro. La aparición de fijo líneas en el espectro Se explicó con éxito por estas transiciones orbitales.[32]

Enlaces químicos entre los átomos se explica ahora, por Gilbert Newton Lewis en 1916, como las interacciones entre sus electrones constituyentes.[33] A medida que el propiedades químicas de los elementos eran conocidos en gran parte se repiten de acuerdo con la ley periódica,[34] en 1919 el químico estadounidense Irving Langmuir sugirió que esto podría explicarse si los electrones en un átomo estaban conectados o agrupados de alguna manera. Grupos de electrones se pensaba que ocupan un conjunto de capas de electrones alrededor del núcleo.[35]

La Stern-Gerlach experimento de 1922 proporciona una prueba más de la naturaleza cuántica del átomo. Cuando un haz de átomos de plata se pasó por un campo magnético de forma especial, el haz se dividió sobre la base de la dirección del momento angular de un átomo, o girar. En esta dirección es al azar, el haz se puede esperar que la extensión en una línea. En su lugar, el haz se divide en dos partes, dependiendo de si el giro atómico se orientó hacia arriba o hacia abajo.[36]

En 1924, Louis de Broglie propone que todas las partículas se comportan en una medida como las olas. En 1926, Erwin Schrödinger utilizado esta idea de desarrollar un modelo matemático del átomo que se describe a los electrones como en tres dimensiones formas de onda en lugar de partículas puntuales. Una consecuencia de la utilización de formas de onda para describir las partículas es que es matemáticamente imposible obtener valores precisos tanto para la posición y impulso de una partícula al mismo tiempo, lo que se conoce como la principio de incertidumbre, Formulada por Werner Heisenberg en el año 1926. En este concepto, para una determinada precisión en la medición de una posición única que podría obtener un rango de valores probables para el momento, y viceversa. Este modelo fue capaz de explicar las observaciones del comportamiento atómico que los modelos anteriores no podía, como ciertos estructurales y espectral los patrones de los átomos más grandes que el hidrógeno. Así, el modelo planetario del átomo se descartó en favor de uno que se describe orbitales atómicos las zonas alrededor del núcleo donde un electrón dado es más probable que se observe.[37][38] Diagrama esquemático de un espectrómetro de masas simple.

El desarrollo de la espectrómetro de masas permitió a la masa exacta de los átomos que se medirá. El dispositivo utiliza un imán para curvar la trayectoria de un haz de iones, y la cantidad de desviación es determinado por el cociente de la masa de un átomo a su cargo. El químico Francis William Aston utiliza este instrumento para demostrar que había isótopos diferentes masas. La masa atómica de estos isótopos en cantidades variadas entero, llamado el regla número entero.[39] La explicación de estos isótopos diferentes esperaban el descubrimiento de la neutrones, Una partícula con carga neutra, con una masa similar a la protón, Por el físico James Chadwick en el año 1932. Los isótopos se explica a continuación, como elementos con el mismo número de protones, pero diferente número de neutrones en el núcleo.[40] [edición] Fisión, la física de alta energía y materia condensada

En 1938, el químico alemán Otto Hahn, Un estudiante de Rutherford, dirigida neutrones en los átomos de uranio esperando para obtener elementos transuránicos. En cambio, sus experimentos químicos mostraron bario como un producto.[41] Un año más tarde, Lise Meitner y su sobrino Otto Frisch verificado que resultan de Hahn fueron los primeros experimentales fisión nuclear.[42][43] En 1944, Hahn recibió el Premio Nobel en la química. A pesar de los esfuerzos de Hahn, la contribución de Meitner y Frisch no fueron reconocidos.[44]

En la década de 1950, el desarrollo de mejores aceleradores de partículas y detectores de partículas permitió a los científicos estudiar los impactos de los átomos se mueven a altas energías.[45] Neutrones y protones resultaron ser hadrones, O compuestos de partículas más pequeñas llamadas los quarks. Los modelos estándar de la física nuclear se han desarrollado con éxito que se explica las propiedades del núcleo en términos de estas partículas subatómicas y las fuerzas que rigen sus interacciones.[46]

Componentes Partículas subatómicas

Aunque la palabra átomo originalmente denotaba una partícula que no puede ser cortado en partículas más pequeñas, en el uso científico moderno del átomo se compone de varios partículas subatómicas. Las partículas constituyentes de un átomo son los de electrones, La protón y el neutrones. Sin embargo, el hidrógeno-1 átomo no tiene neutrones y una positiva de iones de hidrógeno no tiene electrones.

El electrón es por lejos la menos masiva de estas partículas a 9.11 × 10−31kg, con un negativo carga eléctrica y un tamaño que es demasiado pequeño como para ser medido usando técnicas disponibles.[47] Los protones tienen una carga positiva y una masa 1.836 veces mayor que la del electrón, a 1,6726 × 10−27kg, aunque este plazo puede ser reducido por los cambios a la energía de unión el protón en un átomo. Los neutrones no tienen carga eléctrica y tienen una masa libre de 1.839 veces la masa de los electrones,[48] o 1,6929 × 10−27kg. Los neutrones y los protones tienen dimensiones comparables, del orden de 2,5 × 10−15m-a pesar de la “superficie” de estas partículas no está claramente definida.[49]

En el Modelo Estándar de la física, tanto los protones y los neutrones están compuestos de las partículas elementales llamada los quarks. El quark pertenece a la fermión grupo de partículas, y es uno de los dos componentes básicos de la materia-el otro es el leptón, De los cuales el electrón es un ejemplo. Hay seis tipos de quarks, cada uno con una carga eléctrica fraccionaria de cualquiera de las 2 / 3 o −1 / 3. Los protones se componen de dos quarks up y una quark down, Mientras que un neutrón está formado por un quark up y dos quarks abajo. Esta distinción representa la diferencia de masa y carga entre las dos partículas. Los quarks se mantienen unidos por la la fuerza nuclear fuerte, Que está mediada por gluones. El gluón es un miembro de la familia de calibre bosones, Que son partículas elementales que median física fuerzas.[50][51]

Núcleo

Todos los protones y los neutrones consolidados en un átomo que un pequeño núcleo atómico, Y se denominan colectivamente nucleones. El radio de un núcleo es aproximadamente igual a \begin{smallmatrix}1.07 \sqrt[3]Ā\end{smallmatrix} fm, Donde Un es el número total de nucleones.[52] Esto es mucho más pequeño que el radio del átomo, que es del orden de 105fm. Los nucleones están unidos por un corto alcance potencial atractivo llamado la fuerza fuerte residual. A distancias menores de 2.5 fm esta fuerza es mucho más poderoso que el fuerza electrostática que hace que los protones cargados positivamente se repelen entre sí.[53]

Los átomos de la misma elemento tienen el mismo número de protones, llamado número atómico. Dentro de un solo elemento, el número de neutrones puede variar, la determinación del isótopo de ese elemento. El número total de protones y neutrones determinar la nucleido. El número de neutrones en relación con los protones determina la estabilidad del núcleo, con ciertos isótopos sometidos a desintegración radiactiva.[54]

El neutrón y el protón son los diferentes tipos de fermiones. La Principio de exclusión de Pauli es una la mecánica cuántica sentido de que prohíbe idénticos fermiones, como los protones múltiples, de ocupar el mismo estado cuántico física, al mismo tiempo. Así, cada protón en el núcleo debe ocupar un estado diferente, con su propio nivel de energía, y la misma regla se aplica a todos los neutrones. Esta prohibición no se aplica a un protón y un neutrón que ocupan el mismo estado cuántico.[55]

Para átomos con número atómico bajo, un núcleo que tiene un número diferente de protones, neutrones que potencialmente pueden caer a un estado de menor energía a través de una desintegración radiactiva que hace que el número de protones y los neutrones para que coincida con mayor precisión. Como resultado, los átomos con más o menos coincidentes número de protones y los neutrones son más estables frente a la caries. Sin embargo, al aumentar el número atómico, la repulsión mutua de los protones requiere una proporción cada vez mayor de neutrones para mantener la estabilidad del núcleo, que modifica esta tendencia. Por lo tanto, no hay núcleos estables con la igualdad de protones y neutrones números de arriba del número atómico Z = 20 (calcio), y a medida que aumenta Z hacia los núcleos más pesados, la proporción de neutrones por protones necesaria para la estabilidad aumenta a cerca de 1.5.[55] Ilustración de un proceso de fusión nuclear que se forma un núcleo de deuterio, que consiste en un protón y un neutrón, a partir de dos protones. Un positrón (E+)-Una antimateria de electrones se emite junto con un electrón neutrinos.

El número de protones y neutrones en el núcleo atómico puede ser modificado, aunque esto puede requerir energías muy altas debido a la fuerza fuerte. La fusión nuclear se produce cuando varias partículas atómicas se unen para formar un núcleo más pesado, por ejemplo, mediante la colisión energética de dos núcleos. Por ejemplo, en el núcleo de los protones dom requieren energías de 3–10 keV para superar su repulsión mutua, la barrera de Coulomb-Y se funden en un solo núcleo.[56] Fisión nuclear es el proceso contrario, causando un núcleo de dividir en dos núcleos más pequeños, generalmente a través de la desintegración radiactiva. El núcleo también se puede modificar a través de bombardeo de partículas subatómicas de alta energía o fotones. Si esto modifica el número de protones en un núcleo, el átomo de un elemento químico diferente.[57][58]

Si la masa del núcleo después de una reacción de fusión es inferior a la suma de las masas de las partículas separadas, entonces la diferencia entre estos dos valores pueden ser emitidos como un tipo de energía útil (como un de rayos gamma, O la energía cinética de un partícula beta), Según lo descrito por Albert Einstein’S equivalencia masa-energía fórmula, E = mc2, Donde m es la pérdida de masa y c es el velocidad de la luz. Este déficit es parte de la energía de unión del nuevo núcleo, y es la pérdida no recuperable de la energía que hace que las partículas fusionadas a permanecer juntos en un estado que requiere esta energía para separar.[59]

La fusión de dos núcleos que crean grandes núcleos con menor número atómico que hierro y níquel-Un número de nucleones total de alrededor de 60 es generalmente un proceso exotérmico que libera más energía que la requerida para unirlos.[60] Es este proceso de liberación de energía que hace que la fusión nuclear en estrellas una reacción auto-sostenible. Para núcleos más pesados, la energía de enlace por nucleón en el núcleo comienza a disminuir. Eso significa que los procesos de fusión produciendo núcleos que tienen un número atómico mayor que alrededor de 26, y masas atómicas superior a 60, es un proceso endotérmico. Estos núcleos de mayor masa no pueden someterse a una reacción de fusión de producción de energía que pueda sostener la equilibrio hidrostático de una estrella.[55] [edición] Nube de electrones Artículos principales: Orbitales atómicos y Configuración electrónica Un pozo de potencial, que muestra, de acuerdo con la mecánica clásica, La energía mínima V(x) Necesarios para alcanzar cada posición x. Clásicamente, una partícula con energía E se ve limitada a un rango de posiciones entre x1 y x2.

Los electrones en un átomo son atraídos por los protones en el núcleo de la fuerza electromagnética. Esta fuerza se une a los electrones dentro de un electrostático pozo de potencial que rodea el núcleo más pequeño, lo que significa que una fuente externa de energía es necesaria para el electrón escapar. Cuanto más cerca está un electrón al núcleo, mayor será la fuerza de atracción. Por lo tanto electrones ligados cerca del centro del pozo de potencial requieren más energía para escapar de los de mayor separaciones.

Los electrones, como partículas, tienen propiedades tanto de una partícula y una onda. La nube de electrones es una región dentro del pozo de potencial en cada electrón forma un tipo de tres dimensiones de onda-Una forma de onda que no se mueve en relación con el núcleo. Este comportamiento se define por un orbitales atómicos, Una función matemática que caracteriza a la probabilidad de que un electrón parece estar en un lugar determinado, cuando su situación se mide.[61] Sólo una discreta (o cuantizada) Conjunto de estos orbitales existen alrededor del núcleo, como de otros patrones de ondas rápidamente posible deterioro en una forma más estable.[62] Orbitales puede tener uno o más anillos o estructuras nodo, y se diferencian entre sí en tamaño, forma y orientación.[63] Funciones de onda de los primeros cinco orbitales atómicos. Los tres orbitales 2p cada pantalla un solo angular nodo que tiene una orientación y un mínimo en el centro.

Cada orbital atómico corresponde a un particular el nivel de energía del electrón. El electrón puede cambiar su estado a un nivel energético superior al absorber una fotón con la energía suficiente para impulsar en el estado cuántico nuevo. Asimismo, a través de emisión espontánea, Un electrón en un estado de energía más altos pueden caer a un estado de menor energía, mientras que irradia el exceso de energía como fotones. Estos valores de energía característica, definida por las diferencias en las energías de los estados cuánticos, son responsables de líneas espectrales atómicas.

La cantidad de energía necesaria para eliminar o añadir un electrón, la de enlace del electrón de energía-Es mucho menor que el energía de enlace de los nucleones. Por ejemplo, se requiere sólo el 13,6 eV para despojar a un del estado fundamental electrón de un átomo de hidrógeno,[64] frente a 2,23 millones de eV para dividir una deuterio núcleo.[65] Los átomos son eléctricamente neutral si tienen el mismo número de protones y electrones. Los átomos que tienen un déficit o un exceso de electrones se llaman iones. Los electrones más alejados del núcleo pueden ser transferidos a otros átomos cercanos o compartidos entre los átomos. Por este mecanismo, los átomos son capaces de de bonos en moléculas y otros tipos de compuestos químicos como iónico y covalente red cristales.[66]

Propiedades Propiedades nucleares

Por definición, cualquier par de átomos con un número idéntico de protones en sus núcleos pertenecen a la misma elemento químico. Los átomos con igual número de protones pero un número diferente de neutrones son los diferentes isótopos del mismo elemento. Por ejemplo, todos los átomos de hidrógeno admitir exactamente un protón, pero isótopos existen sin neutrones hidrógeno-1, Un neutrón (deuterio), Dos neutrones (tritio) Y más de dos neutrones. El hidrógeno-1 es, con mucho, la forma más común, ya veces se llama protio.[67] Los elementos conocidos forman un conjunto de números atómicos del hidrógeno con un protón única por el elemento 118-protón ununoctio.[68] Todos los isótopos conocidos de los elementos con número atómico mayor que 82 son radiactivos.[69][70]

Alrededor de 339 nucleidos se producen naturalmente en Tierra,[71] de los cuales 255 (75%) no se ha observado que la caries, y se conocen como “isótopos estables”. Sin embargo, sólo 90 de estos nucleidos son estables a todas las caries, incluso en la teoría. Otro 165 (sumando un total de 255) no se han observado a la decadencia, a pesar de que, en teoría, es energéticamente posible. Estos también son formalmente clasificados como “estable”. Un 33 nucleidos radiactivos tienen una vida media más de 80 millones de años, y son de larga duración suficiente como para estar presente desde el nacimiento de la sistema solar. Esta colección de 288 nucleidos que se conoce como nucleidos primordiales. Por último, otros 51 nucleidos de corta duración se sabe que ocurren naturalmente, como productos de la hija de la decadencia nucleido primordiales (por ejemplo, radio de uranio), O bien como producto de los procesos naturales de energía en la Tierra, como el bombardeo de rayos cósmicos (por ejemplo, el carbono-14).

Para 80 de los elementos químicos, por lo menos un isótopos estables existe. Elementos 43, 61, Y todos los elementos numerados 83 superior o no tienen isótopos estables. Por regla general, no es, para cada elemento, sólo un puñado de isótopos estables, siendo el promedio 3,2 isótopos estables por elemento entre los que tienen los isótopos estables. Veinte y seis elementos sólo tienen un único isótopo estable, mientras que el mayor número de isótopos estables observados para cualquier elemento es de diez, para el elemento estaño.[74]

Estabilidad de los isótopos se ve afectada por la relación de protones a neutrones, y también por la presencia de ciertos “números mágicos” de neutrones o protones que representan cerrada y llena de conchas cuántica. Estas cáscaras cuánticas corresponden a un conjunto de niveles de energía dentro de la modelo de capas del núcleo, los depósitos llenos, tales como el depósito lleno de 50 protones para el estaño, confiere estabilidad inusual en el núclido. De los 255 nucleidos estables conocidos, sólo cuatro tienen un número impar de protones y número impar de neutrones: hidrógeno-2 (deuterio), de litio-6, boro-10 y nitrógeno-14. Además, sólo cuatro de origen natural, nucleidos radiactivos impar-impar tienen una vida media de más de mil millones de años: de potasio-40, vanadio-50, lantano-138 y tantalio-180m. La mayoría de núcleos impar-impar son muy inestables con respecto a desintegración beta, Porque los productos de desintegración son par-par, y por lo tanto más fuertemente ligados, debido a nucleares efectos de emparejamiento.

Misa

La gran mayoría de la masa de un átomo viene de los protones y los neutrones, el número total de estas partículas en un átomo se llama número de masas. La masa de un átomo en reposo se expresa a menudo mediante el unidad de masa atómica (U), que también se conoce como Dalton (Da). Esta unidad se define como una doceava parte de la masa de un átomo neutro libre de de carbono-12, Que es aproximadamente 1,66 × 10−27kg.[75] Hidrógeno-1, El más ligero de isótopos de hidrógeno y el átomo con menor masa, tiene un peso atómico de 1.007825 u.[76] Un átomo tiene una masa aproximadamente igual al número de veces la masa de la unidad de masa atómica.[77] El más pesado átomo estable es el plomo-208,[69] con una masa de 207.9766521 u.

Ya que incluso los átomos más masivos son demasiado ligeras para trabajar directamente con él, los químicos en lugar de utilizar la unidad de topos. El mol es definida de tal manera que un mol de cualquier elemento siempre tiene el mismo número de átomos (aproximadamente 6.022 × 1023). Este número se eligió de modo que si un elemento tiene una masa atómica de un u, un mol de átomos de ese elemento tiene una masa cercana a 0.001 kg, o de 1 gramo. Debido a la definición de la unidad de masa atómica, de carbono tiene una masa atómica de exactamente 12 u, y por lo que un mol de átomos de carbono pesa exactamente 0,012 kg.

Forma y tamaño

Los átomos carecen de una frontera exterior bien definida, por lo que sus dimensiones se describen generalmente en términos de una radio atómico. Esta es una medida de la distancia a la que fuera la nube electrónica se extiende desde el núcleo. Sin embargo, esto supone que el átomo de exhibir una forma esférica, que sólo obedecían a los átomos en el vacío o el espacio libre. radios atómicos pueden derivarse de las distancias entre los dos núcleos cuando los dos átomos se unen en una enlace químico. El radio varía con la localización de un átomo en la tabla atómica, el tipo de enlace químico, el número de átomos vecinos (número de coordinación) Y una la mecánica cuántica propiedad conocida como vuelta.[79] En el tabla periódica de los elementos, el tamaño de un átomo tiende a aumentar cuando se mueve hacia abajo las columnas, pero disminuye cuando se mueve a través de las filas (de izquierda a derecha).[80] En consecuencia, el átomo más pequeño es el helio, con un radio de 32 pm, Mientras que uno de los mayores es cesio en 225 horas.[81]

Al ser sometido a campos externos, como un campo eléctrico, La forma de un átomo puede desviarse de que una esfera. La deformación depende de la magnitud del campo y el tipo de orbital de electrones de la capa exterior, como lo demuestra grupo teórico- consideraciones. desviaciones asférica puede ser provocado por ejemplo, en cristales, Los campos eléctricos de cristales, donde se puede producir en grandes de baja simetría sitios de red.[82] Significativa elipsoidal deformaciones Recientemente se han demostrado que se producen para los iones de azufre en pirita-Compuestos de tipo

dimensiones atómicas son miles de veces más pequeñas que las longitudes de onda de la luz (400–700 nm) Para que no se puede ver con un microscopio óptico. Sin embargo, los átomos individuales se pueden observar con un microscopio de efecto túnel. Para visualizar la pequeñez del átomo, consideran que un cabello humano típico es cerca de 1 millón de átomos de carbono en el ancho.[84] Una sola gota de agua contiene aproximadamente 2 sextillones (2 × 1021) Los átomos de oxígeno, y dos veces el número de átomos de hidrógeno.[85] Un solo quilate diamante con una masa de 2 × 10–4kg contiene aproximadamente el 10 sextillones (1022) Átomos de de carbono.[nota 2] Si una manzana se magnificaron con el tamaño de la Tierra, a continuación, los átomos de la manzana sería de aproximadamente el tamaño de la manzana original.[86]

De desintegración radiactiva

Cada elemento tiene uno o más isótopos que tienen núcleos inestables que están sujetas a la desintegración radiactiva, haciendo que el núcleo de emitir partículas o radiación electromagnética. La radiactividad puede ocurrir cuando el radio de un núcleo es grande en comparación con el radio de la fuerza fuerte, que sólo actúa en distancias del orden de 1 fm.[87]

Las formas más comunes de la desintegración radiactiva son:[88][89]

Alpha Decay se produce cuando el núcleo emite una partícula alfa, que es un núcleo de helio formado por dos protones y dos neutrones. El resultado de la emisión es un nuevo elemento con una menor número atómico.

decaimiento beta está regulado por la fuerza débil, Y los resultados de la transformación de un neutrón en un protón o un protón en un neutrón. La primera es acompañada por la emisión de un electrón y un antineutrino, Mientras que el segundo hace que la emisión de un positrón y una neutrinos. Las emisiones de electrones o positrones se llaman partículas beta. decaimiento beta aumenta o disminuye el número atómico del núcleo por uno.

Gamma descomposición resultados de un cambio en el nivel de energía del núcleo a un estado inferior, lo que resulta en la emisión de radiación electromagnética. Esto puede ocurrir después de la emisión de una alfa o una partícula beta a partir de la desintegración radiactiva.

Otros tipos menos comunes de desintegración radiactiva incluyen la expulsión de neutrones o protones o grupos de nucleones a partir de un núcleo, o más de una partícula beta, O el resultado (a través de conversión interna) En la producción de electrones de alta velocidad que no son los rayos beta y fotones de alta energía que no son los rayos gamma.

Cada isótopo radiactivo tiene un período de tiempo de decaimiento característico de la vida mediaQue se determina por la cantidad de tiempo necesario para que la mitad de una muestra de la corrupción. Se trata de un decaimiento exponencial proceso que cada vez disminuye la proporción del isótopo restantes en un 50% cada vida media. Por lo tanto, después de dos vidas medias han pasado sólo el 25% del isótopo está presente, y así sucesivamente.

Momento magnético

Las partículas elementales tienen una propiedad cuántica intrínseca mecánico conocido como vuelta. Esto es análogo a la momento angular de un objeto que está girando alrededor de su centro de masa, Aunque en sentido estricto estas partículas se cree que son puntual y no puede decirse que estar rotando. Spin se mide en unidades de la reducción de Constante de Planck (H), con los electrones, protones y neutrones que giran todas ½ h, o “spin-½”. En un átomo, los electrones en movimiento en todo el núcleo poseen orbitales momento angular además de su giro, mientras que el propio núcleo posee momento angular debido a su spin nuclear.[90]

La campo magnético producido por un átomo de su momento magnético-Se determina por estas diversas formas de momento angular, así como un objeto que gira cargada clásicamente produce un campo magnético. Sin embargo, la contribución más dominante viene de vuelta. Debido a la naturaleza de los electrones a obedecer las Principio de exclusión de Pauli, En los que no hay dos electrones se pueden encontrar en el mismo cuántica del estado, Par de electrones ligados el uno con el otro, con un miembro de cada par en un girar Estado y la otra en el contrario, la desaceleración del Estado. Así, estos giros se anulan entre sí, reduciendo el total de momento de dipolo magnético a cero en algunos átomos con número par de electrones.

En ferromagnético elementos como el hierro, un número impar de electrones conduce a un electrón no apareado y una red de momento magnético global. Los orbitales de los átomos vecinos se solapan y un estado de menor energía se logra cuando los espines de los electrones no apareados se alinean unos con otros, un proceso conocido como intercambio de la interacción. Cuando los momentos magnéticos de los átomos ferromagnéticos se alinean, el material puede producir un campo macroscópicas medibles. Los materiales paramagnéticos tienen átomos con momentos magnéticos que se alinean en direcciones al azar cuando no hay campo magnético está presente, pero los momentos magnéticos de la línea de los átomos individuales en la presencia de un campo.

El núcleo de un átomo también puede tener un giro red. Normalmente, estos núcleos se alinean en direcciones al azar por equilibrio térmico. Sin embargo, para ciertos elementos (tales como xenón-129) Es posible polarizar una proporción significativa de los estados de spin nuclear a fin de que se alinean en la misma dirección, una condición llamada hiperpolarización. Esto tiene importantes aplicaciones en Imágenes por resonancia magnética.

Niveles de energía

Cuando un electrón está unido a un átomo, tiene una energía potencial que es inversamente proporcional a su distancia del núcleo. Esto se mide por la cantidad de energía necesaria para desenlazar el electrón del átomo, y se da generalmente en unidades de electronvoltios (EV). En el modelo de la mecánica cuántica, un electrón ligado sólo pueden ocupar un conjunto de estados centrado en el núcleo, y cada estado corresponde a un nivel específico de energía. El estado de menor energía de un electrón ligado se llama el estado fundamental, mientras que un electrón en un nivel de energía más alta se encuentra en un estado excitado.[95]

Para un electrón a la transición entre dos estados diferentes, debe absorber o emitir una fotón a una energía de juego la diferencia en la energía potencial de esos niveles. La energía de un fotón emitido es proporcional a su frecuencia, Por lo que estos niveles de energía específica aparecen como bandas distintas en el espectro electromagnético.[96] Cada elemento tiene un espectro característico que puede depender de la carga nuclear, subcapas ocupados por electrones, la interacción electromagnética entre los electrones y otros factores.[97] Un ejemplo de las líneas de absorción en un espectro.

Cuando un espectro continuo de la energía pasa a través de un gas o un plasma, algunos de los fotones son absorbidos por átomos, haciendo que los electrones cambian su nivel de energía. Los electrones excitados que permanecen ligados a sus átomos emiten espontáneamente esta energía como un fotón, viajando en una dirección aleatoria, y así colocar de nuevo a los niveles de energía más bajo. Así, los átomos se comportan como un filtro que se forma una serie de oscuros bandas de absorción en la producción de energía. (Un observador ver los átomos de una vista que no incluye el espectro continuo en el fondo, en vez ve una serie de líneas de emisión de los fotones emitidos por los átomos.) Espectroscópicas mediciones de la fuerza y el ancho de líneas espectrales permitir que la composición y propiedades físicas de una sustancia aún por determinar.[98]

Un examen atento de las líneas espectrales revela que algunos muestran una estructura fina división. Esto se debe a acoplamiento spin-órbita, Que es una interacción entre la rotación y el movimiento del electrón más externo.[99] Cuando un átomo está en un campo magnético externo, las líneas espectrales se divide en tres componentes o más, un fenómeno llamado Efecto Zeeman. Esto es causado por la interacción del campo magnético con el momento magnético del átomo y sus electrones. Algunos átomos pueden tener múltiples configuraciones electrónicas con el mismo nivel de energía, que por lo tanto aparecen como una línea espectral única. La interacción del campo magnético con el átomo de estos cambios de configuraciones electrónicas de los niveles de energía ligeramente diferente, dando lugar a múltiples líneas espectrales.[100] La presencia de un externo campo eléctrico puede causar una división similar y el cambio de las líneas espectrales mediante la modificación de los niveles de energía de electrones, un fenómeno llamado la Stark efecto.[101]

Si un electrón ligado se encuentra en un estado excitado, un fotón interactúa con la energía adecuada puede causar emisión estimulada de un fotón con un nivel de energía correspondiente. Para que esto ocurra, el electrón debe caer a un estado de menor energía que tiene una diferencia de energía se pongan en venta la energía de los fotones interactúan. El fotón emitido y el fotón interactúa entonces se mueven en paralelo y con fases de juego. Es decir, los patrones de onda de los dos fotones están sincronizados. Esta propiedad física se utiliza para hacer láseres, Que puede emitir un haz coherente de energía de la luz en una banda de frecuencia estrecha.[102]

Valencia y el comportamiento de unión

La capa electrónica más externa de un átomo en su estado no combinado se conoce como la capa de valencia, y los electrones en esa capa se llama electrones de valencia. El número de electrones de valencia determina la vinculación comportamiento con otros átomos. Los átomos tienden a reaccionan químicamente entre sí de una manera que llena (o vacía) sus capas de valencia exterior.[103] Por ejemplo, una transferencia de un solo electrón entre los átomos es una aproximación útil para los bonos que se forman entre átomos con más de un electrón de un depósito lleno, y otros que son de un electrón menos que un depósito lleno, como ocurre en el recinto cloruro de sodio y otras sales iónicas químicos. Sin embargo, muchos elementos de visualización de múltiples valencias, o la tendencia a compartir diferentes números de electrones en diferentes compuestos. Por lo tanto, enlace químico entre estos elementos tiene muchas formas de intercambio de electrones que son más que simples transferencias de electrones. Los ejemplos incluyen el elemento carbono y el compuestos orgánicos.[104]

La elementos químicos a menudo aparecen en una tabla periódica que se presenta para mostrar las propiedades químicas se repiten, y los elementos con el mismo número de electrones de valencia forman un grupo que se alinea en la misma columna de la tabla. (Las filas horizontales corresponden a la provisión de una cáscara cuántica de los electrones.) Los elementos en el extremo derecho de la tabla tienen su capa exterior completamente llena de electrones, que se traduce en elementos químicamente inerte, conocido como el los gases nobles.[105][106]

Estados

Las cantidades de átomos se encuentran en diferentes estados de la materia que dependen de las condiciones físicas, tales como la temperatura y la presión. Al variar las condiciones, los materiales pueden transición entre sólidos, líquidos, gases y plasmas.[107] Dentro de un estado, un material que también puede existir en diferentes fases. Un ejemplo de esto es de carbono sólido, que puede existir como grafito o diamante.[108]

A temperaturas cercanas a el cero absoluto, Los átomos pueden formar un Bose-Einstein, A los efectos que el punto de la mecánica cuántica, que normalmente sólo se observa en la escala atómica, se manifiestan en una escala macroscópica.[109][110] Esta colección super-enfriado de los átomos se comporta como un único átomo de super, Que puede permitir que los controles fundamentales de comportamiento mecánico cuántico.[111]

Identificación

Microscopio de efecto túnel imagen que muestra los átomos individuales que componen este de oro (100) De la superficie. Reconstrucción hace que los átomos de superficie para desviarse de la mayor parte estructura cristalina y organizar en los átomos varias columnas de ancho, con pozos de entre ellos.

La microscopio de efecto túnel es un dispositivo para visualizar las superficies a nivel atómico. Utiliza el túnel cuántico fenómeno, que permite que las partículas pasan a través de una barrera que normalmente serían insuperables. túnel de electrones a través del vacío entre dos electrodos de metal plano, en cada uno de ellos es un adsorbido átomo, proporcionando una densidad de corriente túnel que se puede medir. Escaneo de un átomo (tomado como la punta) mientras se mueve más allá de la otra (la muestra), permite trazar el desplazamiento de la punta frente a la separación lateral de una corriente constante. El cálculo muestra el grado en que las imágenes de barrido con microscopio de efecto túnel de un átomo individual son visibles. Se confirma que el sesgo de baja, las imágenes del microscopio el espacio-un promedio de las dimensiones de los orbitales de electrones a través de los niveles de energía muy juntos-el Nivel de Fermi densidad local de los estados.[112][113]

Un átomo puede ser ionizado mediante la eliminación de uno de sus electrones. La carga eléctrica hace que la trayectoria de un átomo a doblar cuando pasa a través de un campo magnético. El radio en que se encienda la trayectoria de un movimiento de iones por el campo magnético está determinada por la masa del átomo. La espectrómetro de masas utiliza este principio para medir el masa-a razón de carga de los iones. Si la muestra contiene varios isótopos, el espectrómetro de masas puede determinar la proporción de cada isótopo en la muestra mediante la medición de la intensidad de los diferentes haces de iones. Técnicas para vaporizar los átomos son inductivamente acoplado espectroscopía de emisión atómica con plasma y acoplado inductivamente espectrometría de masas de plasma, Ya que ambos utilizan un plasma para vaporizar las muestras para su análisis.

Un método más selectivo de la zona es espectroscopía de pérdida de energía de electrones, Que mide la pérdida de energía de un haz de electrones dentro de un microscopio electrónico de transmisión cuando interactúa con una porción de una muestra. La átomo sonda tomógrafo tiene una resolución sub-nanométrica en 3-D y químicamente se pueden identificar los átomos individuales usando el tiempo de vuelo espectrometría de masas.

Espectros de estados excitados se puede utilizar para analizar la composición atómica de la distancia estrellas. luz específicas longitudes de onda contenida en la luz de las estrellas observadas se pueden separar y relacionados con las transiciones cuantificadas en los átomos de gas libre. Estos colores se pueden replicar con un de descarga de gas de la lámpara que contiene el mismo elemento.[116] Helio fue descubierto de esta manera en el espectro del Sol 23 años antes de que se encontró en la Tierra.[117]

Origen y estado actual

Los átomos forman aproximadamente el 4% de la densidad de energía total de lo observable universo, Con una densidad media de aproximadamente 0,25 átomos / m3.[118] Dentro de una galaxia como la Vía Láctea, Los átomos tienen una concentración mucho más alta, con la densidad de materia en el medio interestelar (ISM) que van desde 105 a 109 átomos / m3.[119] El Sol se cree que es dentro de la Burbuja Local, Una región de gran gas ionizado, por lo que la densidad en la vecindad solar es de sólo 103 átomos / m3.[120] Las estrellas se forman a partir de nubes densas en el ISM, y el resultado de procesos evolutivos de las estrellas en el enriquecimiento constante de la ISM con elementos más pesados que el hidrógeno y el helio. Hasta el 95% de los átomos de la Vía Láctea se concentran dentro de las estrellas y la masa total de las formas átomos de alrededor del 10% de la masa de la galaxia.[121] (El resto de la masa es un desconocido la materia oscura.[122])

Nucleosíntesis

Estable protones y electrones apareció un segundo después de la Big Bang. Durante los siguientes tres minutos, Nucleosíntesis del Big Bang producido la mayoría de los helio, de litio, Y deuterio en el universo, y tal vez algunos de los berilio y boro.[123][124][125] Los primeros átomos (con electrones ligados) fueron creadas teóricamente 380.000 años después del Big Bang, una época llamada recombinación, Cuando la expansión del universo se enfrió lo suficiente para permitir que los electrones se unen a los núcleos.[126] Desde entonces, los núcleos atómicos se han combinado en estrellas a través del proceso de fusión nuclear para producir los elementos hasta el hierro.[127]

Isótopos como el litio-6 se generan en el espacio a través de espalación de rayos cósmicos.[128] Esto ocurre cuando un protón de alta energía choca contra un núcleo atómico, causando un gran número de nucleones para ser expulsado. Elementos más pesados que el hierro se produce en supernovas a través de la r-proceso y en AGB estrellas a través de la s-proceso, Ambas de las cuales implican la captura de neutrones por núcleos atómicos.[129] Elementos tales como plomo formado en gran parte a través de la desintegración radiactiva de los elementos más pesados.[130]

Tierra

La mayoría de los átomos que componen el Tierra y sus habitantes estaban presentes en su forma actual en el nebulosa que se derrumbó de un nube molecular para formar el Sistema Solar. El resto son el resultado de la desintegración radiactiva, y su peso relativo se puede utilizar para determinar la edad de la Tierra a través de la datación radiométrica.[131][132] La mayoría de los helio en la corteza de la Tierra (alrededor del 99% de los pozos de gas de helio, como lo demuestra su menor abundancia de de helio-3) Es un producto de Alpha Decay.[133]

Hay unos pocos átomos de seguimiento en la Tierra que no estaban presentes al principio (es decir, no es “primordial”), ni son el resultado de la desintegración radiactiva. El carbono-14 es continua generada por los rayos cósmicos en la atmósfera.[134] Algunos átomos en la Tierra han sido generadas artificialmente ya sea deliberadamente o como subproductos de los reactores nucleares o de explosiones.[135][136] De los elementos transuránicos-Aquellos con número atómico superior a 92-sólo plutonio y neptunio ocurren naturalmente en la Tierra.[137][138] elementos transuránicos radiactivos tienen vidas más cortas que la edad actual de la Tierra[139] y las cantidades de identificación de estos elementos han deteriorado desde hace mucho tiempo, con la excepción de restos de plutonio-244 posiblemente depositado por el polvo cósmico.[131] los depósitos naturales de plutonio y el neptunio son producidos por captura de neutrones en el mineral de uranio.[140]

La Tierra contiene aproximadamente 1,33 × 1050 los átomos.[141] En la atmósfera del planeta, un pequeño número de átomos independientes de los gases nobles existen, tales como argón y neón. El restante 99% de la atmósfera está ligada en forma de moléculas, incluyendo dióxido de carbono y diatómico oxígeno y nitrógeno. En la superficie de la Tierra, los átomos se combinan para formar varios compuestos, incluyendo el agua, sal, silicatos y óxidos. Los átomos también se pueden combinar para crear materiales que no se trata de moléculas discretas, incluyendo cristales y el líquido o sólido metales.[142][143] Esta materia atómica formas acuerdos red que falta el tipo particular de orden interrumpido en pequeña escala asociadas con la materia molecular.

Raros y formas teóricas

Mientras que los isótopos con números atómicos superiores a plomo (82) se sabe que son radiactivos, una “isla de estabilidad”Se ha propuesto para algunos elementos con números atómicos por encima de 103. Estos elementos superpesados puede tener un núcleo que es relativamente estable frente a la desintegración radiactiva.[145] El candidato más probable para un átomo de superpesados estables, unbihexium, Cuenta con 126 protones y neutrones 184.

Cada partícula de materia tiene su correspondiente antimateria partículas con carga eléctrica opuesta. Así, el positrón es un antielectrón con carga positiva y el antiprotón es un equivalente de carga negativa de un protón. Cuando una partícula de antimateria y la materia correspondiente se encuentran, se aniquilan entre sí. Debido a esto, junto con un desequilibrio entre el número de partículas de materia y antimateria, estas últimas son poco comunes en el universo. (Las primeras causas de este desequilibrio no se entiende todavía completamente, aunque el bariogénesis teorías pueden ofrecer una explicación.) Como resultado, ningún átomo de antimateria se han descubierto en la naturaleza.[147][148] Sin embargo, en 1996, antihidrógeno, El equivalente de antimateria de hidrógeno, fue sintetizado en el CERN laboratorio en Ginebra.[149][150]

Otros átomos exóticos se han creado mediante la sustitución de uno de los protones, neutrones o electrones con otras partículas que tienen la misma carga. Por ejemplo, un electrón puede ser sustituida por una más masiva muón, Formando una átomo muónico. Estos tipos de átomos se pueden utilizar para probar las predicciones fundamentales de la física.

Atom. (2011, January 17). In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Retrieved 22:02, January 18, 2011, from http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Atom&oldid=408412947

Atomo

En química y física, átomo (del latín atomus, y éste del griego άτομος, indivisible) es la unidad más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades y que no es posible dividir mediante procesos químicos.

El concepto de átomo como bloque básico e indivisible que compone la materia del universo ya fue postulado por la escuela atomista en la Antigua Grecia. Sin embargo, su existencia no quedó demostrada hasta el siglo XIX. Con el desarrollo de la física nuclear en el siglo XX se comprobó que el átomo puede subdividirse en partículas más pequeñas.

Estructura atómica

La teoría aceptada hoy es que el átomo se compone de un núcleo de carga positiva formado por protones y neutrones, en conjunto conocidos como nucleón, alrededor del cual se encuentra una nube de electrones de carga negativa.

El núcleo atómico

El núcleo del átomo se encuentra formado por nucleones, los cuales pueden ser de dos clases:

Protones: Partícula de carga eléctrica positiva igual a una carga elemental, y 1,67262 × 10–27 kg y una masa 1837 veces mayor que la del electrón

Neutrones: Partículas carentes de carga eléctrica y una masa un poco mayor que la del protón (1,67493 × 10–27 kg)

El núcleo más sencillo es el del hidrógeno, formado únicamente por un protón. El núcleo del siguiente elemento en la tabla periódica, el helio, se encuentra formado por dos protones y dos neutrones. La cantidad de protones contenidas en el núcleo del átomo se conoce como número atómico, el cual se representa por la letra Z y se escribe en la parte inferior izquierda del símbolo químico. Es el que distingue a un elemento químico de otro. Según lo descrito anteriormente, el número atómico del hidrógeno es 1 (1H), y el del helio, 2 (2He).

La cantidad total de nucleones que contiene un átomo se conoce como número másico, representado por la letra A y escrito en la parte superior izquierda del símbolo químico. Para los ejemplos dados anteriormente, el número másico del hidrógeno es 1(1H), y el del helio, 4(4He).

Existen también átomos que tienen el mismo número atómico, pero diferente número másico, los cuales se conocen como isótopos. Por ejemplo, existen tres isótopos naturales del hidrógeno, el protio (1H), el deuterio (2H) y el tritio (3H). Todos poseen las mismas propiedades químicas del hidrógeno, y pueden ser diferenciados únicamente por ciertas propiedades físicas.

Otros términos menos utilizados relacionados con la estructura nuclear son los isótonos, que son átomos con el mismo número de neutrones. Los isóbaros son átomos que tienen el mismo número másico.

Debido a que los protones tienen cargas positivas se deberían repeler entre sí, sin embargo, el núcleo del átomo mantiene su cohesión debido a la existencia de otra fuerza de mayor magnitud, aunque de menor alcance conocida como la interacción nuclear fuerte.

Interacciones eléctricas entre protones y electrones

Antes del experimento de Rutherford la comunidad científica aceptaba el modelo atómico de Thomson, situación que varió despues de la experiencia de Rutherford. Los modelos posteriores se basan en una estructura de los átomos con una masa central cargada positivamente rodeada de una nube de carga negativa.

Este tipo de estructura del átomo llevó a Rutherford a proponer su modelo en que los electrones se moverían alrededor del núcleo en órbitas. Este modelo tiene una dificultad proveniente del hecho de que una particula cargada acelerada, como sería necesario para mantenerse en órbita, radiaria radiación electromagnética, perdiendo energía. Las leyes de Newton, junto con la ecuaciones de Maxwell del electromagnetismo aplicadas al átomo de Rutherford llevan a que en un tiempo del orden de 10 − 10s, toda la energía del átomo se habría radiado, con el consiguiente caida de los electrones sobre el núcleo.

Nube electrónica

Alrededor del núcleo se encuentran los electrones que son partículas elementales de carga negativa igual a una carga elemental y con una masa de 9,10 × 10–31 kg

La cantidad de electrones de un átomo en su estado basal es igual a la cantidad de protones que contiene en el núcleo, es decir, al número atómico, por lo que un átomo en estas condiciones tiene una carga eléctrica neta igual a 0.

A diferencia de los nucleones, un átomo puede perder o adquirir algunos de sus electrones sin modificar su identidad química, transformándose en un ion, una partícula con carga neta diferente de cero.

El concepto de que los electrones se encuentran en órbitas satelitales alrededor del núcleo se ha abandonado en favor de la concepción de una nube de electrones deslocalizados o difusos en el espacio, el cual representa mejor el comportamiento de los electrones descrito por la mecánica cuántica únicamente como funciones de densidad de probabilidad de encontrar un electrón en una región finita de espacio alrededor del núcleo.

Dimensiones atómicas

La mayor parte de la masa de un átomo se concentra en el núcleo, formado por los protones y los neutrones, ambos conocidos como nucleones, los cuales son 1836 y 1838 veces más pesados que el electrón respectivamente.

El tamaño o volumen exacto de un átomo es difícil de calcular, ya que las nubes de electrones no cuentan con bordes definidos, pero puede estimarse razonablemente en 1,0586 × 10–10 m, el doble del radio de Bohr para el átomo de hidrógeno. Si esto se compara con el tamaño de un protón, que es la única partícula que compone el núcleo del hidrógeno, que es aproximadamente 1 × 10–15 se ve que el núcleo de un átomo es cerca de 100.000 veces menor que el átomo mismo, y sin embargo, concentra prácticamente el 100% de su masa.

Para efectos de comparación, si un átomo tuviese el tamaño de un estadio, el núcleo sería del tamaño de una canica colocada en el centro, y los electrones, como partículas de polvo agitadas por el viento alrededor de los asientos.

Átomo. (2008, 15) de junio. Wikipedia, La enciclopedia libre. Fecha de consulta: 06:48, junio 17, 2008 from http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=%C3%81tomo&oldid=18165415.


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