Átomos y estructura atómica

Recordemos que hemos definido los átomos como esas partículas que no se pueden ver con el microscopio y que forman todo el Universo, desde las piedras a los seres vivos, desde el planeta hasta las estrellas.

Una definición  más formal es la siguiente:

Un átomo es la unidad cuantificable más pequeña de un elemento químico que puede existir, ya sea sólo o en combinación química con otros átomos del mismo o de otro elemento.

En otras palabras, un átomo es la partícula más pequeña que posee las propiedades del elemento al que pertenece. Los átomos se conservan indivisibles en las reacciones químicas (no en reacciones nucleares).

Un ejemplo quizás pueda aclarar esta idea:

Imagina que tienes un trozo de cobre y comienzas a dividirlo en pedacitos cada vez más pequeños. Una vez, dos veces, tres veces, cuatro veces, etc. ¿Hasta cuándo puede seguir este proceso?

Es decir, ¿hasta qué punto se podría dividir el cobre? 
Respuesta: se podría dividir el trozo de cobre hasta obtener los átomos de cobre por separado. Si dividieramos esos átomos, los fragmentos obtenidos ya no presentarían las propiedades del cobre. Es decir, ya no sería "cobre". 
A ésto nos referimos cuando decimos que el átomo es la partícula más pequeña de un elemento químico que puede existir.


¿Esto quiere decir que los átomos son las partículas más pequeñas que existen en el Universo?
La respuesta es NO. Son las partículas más pequeñas de un elemento químico. Que no es lo mismo.
Como veremos, los átomos están formados a su vez por otras partículas más pequeñas llamadas partículas subatómicas (y éstas, a su vez, por otras más pequeñas).


Dentro de la filosofía de la antigua Grecia, la palabra átomo se empleaba para referirse a la parte más pequeña de materia y se considerada indestructible (átomo, en griego significa "indivisible"). Ya entonces, Demócrito (460-370 a.C.) entendía que todas las sustancias existentes son diferentes porque están constituidas por diversos tipos de unidades diminutas. El conocimiento de su tamaño y su naturaleza avanzó muy lentamente a lo largo de los siglos. Hoy sabemos que los átomos no son indivisibles, ni son sencillas esferas macisas como fueron imaginadas durante mucho tiempo, sino que tienen una determinada estructura.

Estructura de los átomos
En los átomos se diferencian dos zonas o regiones:

• núcleo, parte central
• periferia, espacio que rodea al núcleo 

El diámetro del núcleo es aproximadamente 100.000 veces menor que el diámetro de la periferia. Es decir, el núcleo es muy pequeño en comparación con la periferia.

Para tener una idea, si un átomo fuera del tamaño del estadio Centenario, el núcleo sería más pequeño que un grano de arena colocado en el centro de la cancha.

Se conocen tres partículas subatómicas fundamentales:

• el protón
• el neutrón
• el electrón

Estas partículas están presentes en todos los átomos, excepto en algunos átomos de hidrógeno que no tienen neutrones.

Ubicación de las partículas subatómicas
Los protones y los neutrones forman el núcleo y por eso se les llama nucleones.
Los electrones se mueven en la periferia, sin trayectoria definida, y la probabilidad de encontrarlos es mayor en los orbitales.
En un átomo de cualquier elemento el número de protones y el número de electrones son iguales.

¿Dónde están los electrones?

No podemos saber a ciencia cierta dónde está un electrón en un momento dado, ya que existe algo llamado principio de incertidumbre (que estudiarás en cursos posteriores), pero al menos podemos tener una idea de cuál es la zona de mayor probabilidad de encontrar a los electrones. Esa zona se llama orbital.

Un orbital es una zona del espacio alrededor del núcleo donde es mayor la probabilidad de encontrar a los electrones. 

En esa zona la probabilidad de encontrar al electrón es aproximadamente 95%. "Probabilidad" significa "posibilidad". Esto significa que de 100 veces que se busque al electrón, 95 veces se lo "encontrará" en esa zona, moviéndose, pero sin girar en órbitas alrededor del núcleo.

Entonces, actualmente se rechaza la idea de los electrones girando en órbitas alrededor del núcleo y surge el concepto de orbital, zona donde es mayor la probabilidad de encontrar a los electrones moviéndose sin trayectoria conocida.

Representación de un átomo del elemento helio (He)
Es muy difícil "representar" un átomo, debido a su complejidad y a que se pueden cometer errores justamente por intentar simplificar la realidad. Pero, para tener una idea de lo que estamos hablando, vamos a recurrir a  una representación por computadora de un átomo de helio (He). Repetimos: se trata de un modelo, una representación de la realidad.

Modelo de un átomo de helio.  En la ampliación se muestran dos protones y dos neutrones que forman el núcleo de este átomo. La región sombreada alrededor del núcleo corresponde a un orbital "s" donde es más probable encontrar los dos electrones de este átomo. El orbital se representa como una zona difusa en los bordes ya que la probabilidad de encontrar los electrones disminuye a medida que nos alejamos del núcleo. 

Características de las partículas subatómicas

• El protón se representa p⁺ : tiene carga positiva y se le adjudica una masa relativa igual a 1.
• El electrón se representa e^-: tiene  carga negativa y una masa casi 2000 veces menor a la masa del protón.
•  El neutrón se representa n⁰: no tiene carga y su masa es apenas algo mayor que la del protón.

Resumiendo:

• La masa del átomo está concentrada prácticamente en el núcleo.
• Como el volumen del núcleo es extremadamente pequeño respecto al volumen de la periferia, y en él se concentra la masa del átomo, se deduce que es muy denso.
• En el núcleo está la carga positiva del átomo.
• La carga negativa se encuentra en la periferia.
• Los átomos son eléctricamente neutros, es decir tienen igual número de protones (positivos) que de electrones (negativos).