Los átomos son las unidades básicas de la materia y la estructura definitoria de los elementos. El término "átomo" proviene de la palabra griega que significa indivisible, porque una vez se pensó que los átomos eran las cosas más pequeñas del universo y no podían dividirse. NosotrosAhora sabemos que los átomos están formados por tres partículas: protones, neutrones y electrones, que están compuestos por partículas aún más pequeñas, como quarks .
Los átomos se crearon después de Big Bang Hace 13.700 millones de años. A medida que el nuevo universo denso y caliente se enfrió, las condiciones se volvieron adecuadas para que se formaran quarks y electrones. Los quarks se unieron para formar protones y neutrones, y estas partículas se combinaron en núcleos.minutos de existencia del universo, según CERN .
El universo tardó 380.000 años en enfriarse 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, según Laboratorio de Jefferson . La gravedad eventualmente hizo que las nubes de gas se fusionaran y formaran estrellas, y se crearon y se siguen creando átomos más pesados dentro de las estrellas y se enviaron por todo el universo cuando la estrella explotó supernova.
partículas atómicas
Los protones y 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, según el Laboratorio Nacional de Los Alamos .
Los protones y neutrones tienen aproximadamente la misma masa. Sin embargo, un protón es aproximadamente 1835 veces más masivo que un electrón. Los átomos siempre tienen el mismo número de protones y electrones, y el número de protones y neutrones suele ser el mismo.Agregar un protón a un átomo crea un nuevo elemento, mientras que agregar un neutrón crea un isótopo, o una versión más pesada, de ese átomo.
núcleo
El núcleo fue descubierto en 1911 por Ernest Rutherford, un físico de Nueva Zelanda. En 1920, Rutherford propuso el nombre protón para las partículas cargadas positivamente del átomo. También teorizó que había una partícula neutra dentro del núcleo, que JamesChadwick, un físico británico y estudiante de Rutherford, pudo confirmarlo en 1932.
Prácticamente toda la masa de un átomo reside en su núcleo, según Química LibreTexts . Los protones y neutrones que forman el núcleo tienen aproximadamente la misma masa el protón es un poco menor y tienen el mismo momento angular o espín.
El núcleo se mantiene unido por 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 otro modo separaría los protones, de acuerdo con las reglas de la electricidad. Algunos núcleos atómicos son inestables porque la fuerza de unión varía paradiferentes átomos según el tamaño del núcleo. Estos átomos luego se descompondrán en otros elementos, como el carbono 14 que se descompondrá en nitrógeno 14.
protones
Los protones son partículas cargadas positivamente que se encuentran dentro de los núcleos atómicos. Rutherford las descubrió en experimentos con tubos de rayos catódicos que se llevaron a cabo entre 1911 y 1919. Los protones tienen aproximadamente un 99,86% de la masa de los neutrones.
La cantidad de protones en un átomo es única para cada elemento. Por ejemplo, carbono los átomos tienen seis protones hidrógeno los átomos tienen uno y oxígeno los átomos tienen ocho. El número de protones en un átomo se conoce como el número atómico de ese elemento. El número de protones también determina el comportamiento químico del elemento. Los elementos están ordenados en Tabla periódica de los elementos en orden de número atómico creciente.
Tres quarks componen cada protón - dos quarks "arriba" cada uno con una carga positiva de dos tercios y un quark "abajo" con una carga negativa de un tercio - y se mantienen unidos por otras partículas subatómicas llamadasgluones, que no tienen masa.
electrones
Los electrones son diminutos en comparación con los protones y neutrones, más de 1.800 veces más pequeños que un protón o un neutrón. Los electrones tienen aproximadamente un 0,054% de la masa de los neutrones, según Laboratorio de Jefferson .
Joseph John JJ Thomson, un físico británico, descubrió el electrón en 1897, según Instituto de Historia de la Ciencia . Originalmente conocidos como "corpúsculos", los electrones tienen una carga negativa y son atraídos eléctricamente a los protones cargados positivamente. Los electrones rodean el núcleo atómico en vías llamadas orbitales, una idea que fue presentada por Erwin Schrödinger, un físico austriaco, endécada de 1920. Hoy en día, este modelo se conoce como modelo cuántico o modelo de nube de electrones. Los orbitales internos que rodean al átomo son esféricos, pero los orbitales externos son mucho más complicados.
La configuración electrónica de un átomo se refiere a las ubicaciones de los electrones en un átomo típico. Utilizando 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, de acuerdo con Laboratorio Nacional de Los Alamos .
neutrones
La existencia del neutrón fue teorizada por Rutherford en 1920 y descubierta por Chadwick en 1932, según Sociedad Estadounidense de Física . Se encontraron neutrones durante experimentos en los que se dispararon átomos contra una fina capa de berilio . Se liberaron partículas subatómicas sin carga: el neutrón.
Los neutrones son partículas sin carga que se encuentran dentro de todos los núcleos atómicos excepto el hidrógeno. La masa de un neutrón es ligeramente mayor que la de un protón. Al igual que los protones, los neutrones también están hechos de quarks: un quark "arriba" con un 2 / positivo3 de carga y dos quarks "abajo" cada uno con una carga negativa de un tercio.
Historia del átomo
La teoría del átomo se remonta al menos al 440 a. C. en Demócrito, un científico y filósofo griego. Es muy probable que Demócrito construyera su teoría de los átomos sobre el trabajo de filósofos del pasado, según Andrew G. Van Melsen, autor de"De Atomos a Atom: La historia del concepto Atom" Duquesne University Press, 1952.
La explicación de Demócrito del átomo comienza con una piedra. Una piedra cortada por la mitad da dos mitades de la misma piedra. Si la piedra tuviera que cortarse continuamente, en algún momento existiría una pieza de la piedra lo suficientemente pequeña como paraEl término "átomo" proviene de la palabra griega para indivisible, que Demócrito concluyó que debe ser el punto en el que un ser cualquier forma de materia ya no puede dividirse.
Su explicación incluyó las ideas de que los átomos existen por separado unos de otros, que hay una cantidad infinita de átomos, que los átomos pueden moverse, que pueden combinarse para crear materia pero no fusionarse para convertirse en un nuevo átomo, yque no se pueden dividir, según Universo hoy . Sin embargo, debido a que la mayoría de los filósofos de la época, especialmente el muy influyente Aristóteles, creían que toda la materia se creaba a partir de la tierra, el aire, el fuego y el agua, se dejó de lado la teoría atómica de Demócrito.
John Dalton, un químico británico, se basó en las ideas de Demócrito en 1803 cuando presentó su propia teoría atómica, según el departamento de química de la Universidad de Purdue . La teoría de Dalton incluía varias ideas de Demócrito, como que los átomos son indivisibles e indestructibles y que diferentes átomos se forman juntos para crear toda la materia. Las adiciones de Dalton a la teoría incluían las siguientes ideas: Que todos los átomos de un determinado elemento eran idénticos, quelos átomos de un elemento tendrán pesos y propiedades diferentes a los átomos de otro elemento, que los átomos no se pueden crear ni destruir y que la materia está formada por átomos que se combinan en números enteros simples.
Thomson, el físico británico que descubrió el electrón en 1897, demostró que los átomos se pueden dividir, según Fundación del Patrimonio Químico . Pudo determinar la existencia de electrones estudiando las propiedades de la descarga eléctrica en tubos de rayos catódicos. Según el artículo de Thomson de 1897, los rayos se desviaron dentro del tubo, lo que demostró que había algo que estaba cargado negativamente dentroEl tubo de vacío. En 1899, Thomson publicó una descripción de su versión del átomo, comúnmente conocido como el "modelo de pudín de ciruela". Un extracto de este artículo se encuentra en Equipo químico sitio. El modelo de Thomson del átomo incluía una gran cantidad de electrones suspendidos en algo que producía una carga positiva que le daba al átomo una carga neutra general. Su modelo se parecía al pudín de ciruela, un postre británico popular que tenía pasas suspendidas en un pastel redondo.como pelota.
El siguiente científico en modificar y avanzar aún más el modelo atómico fue Rutherford, quien estudió con Thomson, según el departamento de química de la Universidad de Purdue . En 1911, Rutherford publicó su versión del átomo, que incluía un núcleo cargado positivamente orbitado por electrones. Este modelo surgió cuando Rutherford y sus ayudantes dispararon partículas alfa contra delgadas láminas de oro. An partícula alfa está formado por dos protones y dos neutrones, todos unidos por la misma fuerza nuclear fuerte que une el núcleo, según el laboratorio de Jefferson.
Los científicos notaron que un pequeño porcentaje de las partículas alfa estaban esparcidas en ángulos muy grandes con respecto a la dirección original del movimiento, mientras que la mayoría pasaba sin ser molestadas. Rutherford pudo aproximar el tamaño del núcleo del átomo de oro, encontrandodebe ser al menos 10,000 veces más pequeño que el tamaño de todo el átomo con gran parte del átomo siendo espacio vacío. El modelo del átomo de Rutherford sigue siendo el modelo básico que se usa en la actualidad.
Varios otros científicos avanzaron en el modelo atómico, incluido Niels Bohr construido sobre el modelo de Rutherford para incluir propiedades de electrones basadas en el espectro de hidrógeno, Erwin Schrödinger desarrolló el modelo cuántico del átomo, Werner Heisenberg declaró que no se puede conocer la posición y la velocidad de un electrón simultáneamente,y Murray Gell-Mann y George Zweig desarrollaron independientemente la teoría de que los protones y los neutrones estaban compuestos de quarks.
Recursos adicionales :
- Leer más sobre el universo temprano , del CERN.
- Obtenga más información sobre t historia de la química atómica en este video de Khan Academy.
- Mira esto simple presentación de diapositivas sobre átomos del Jefferson Lab.
Este artículo fue actualizado el 10 de septiembre de 2019 por la colaboradora de Rhythm89, Traci Pedersen.