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átomo

Todo material está compuesto de materia, y la unidad fundamental de la materia es el átomo .

El átomo es:

• La unidad básica de la materia.
• La partícula más pequeña de un elemento, que puede o no existir por sí sola.
• El átomo se puede dividir además en protones, electrones y neutrones.

Estructura básica de un átomo:

• Los átomos están formados por partículas subatómicas: protones, electrones y neutrones.
• Los protones y neutrones se encuentran en el núcleo. El núcleo está situado en el centro del átomo.
• Los electrones giran alrededor del núcleo en órbitas.

P : protones, N : neutrones, E : electrones

Protón: Partícula subatómica con carga positiva (+1) y masa unitaria (1). El protón es una partícula con carga positiva que se encuentra en el centro del átomo, en el núcleo del mismo. El átomo de hidrógeno es único porque solo tiene un protón y ningún neutrón en su núcleo. La cantidad de protones en el núcleo de un átomo, característica de un elemento químico, determina su lugar en la tabla periódica.

Neutrón: Partícula subatómica sin carga (0) y masa unitaria (1). El neutrón no tiene carga. El número de neutrones afecta a la masa y a la radiactividad del átomo.

Electrón: Partícula subatómica con carga negativa (-1) y masa despreciable. Los electrones son las partículas más pequeñas de un átomo. Son atraídos por la carga positiva de los protones, por lo que orbitan alrededor del núcleo. Los electrones son mucho más pequeños que los neutrones y los protones.

Fuerzas en un átomo

Los componentes de un átomo se mantienen unidos por tres fuerzas. Los protones y neutrones se mantienen unidos por fuerzas nucleares fuertes y débiles.

La atracción eléctrica mantiene unidos a los electrones y protones. Mientras que la repulsión eléctrica aleja a los protones entre sí, la fuerza nuclear de atracción es mucho más fuerte que la repulsión eléctrica. La fuerza fuerte que une a los protones y neutrones es 1038 veces más poderosa que la gravedad, pero actúa en un rango muy corto, por lo que las partículas deben estar muy cerca unas de otras para sentir su efecto.

Número atómico de un átomo

El número atómico de un elemento es igual al número de protones en el átomo de un elemento o igual al número de electrones en el átomo de un elemento.

Por lo tanto, los átomos son eléctricamente neutros ya que el número de protones es igual al número de electrones.

Número de masa de un átomo

Como la masa de un electrón es insignificante, la masa de un átomo es la suma de la masa de los protones y neutrones presentes en el núcleo.

Entendamos esto usando algunos ejemplos.

Átomo de hidrógeno: se escribe como \(\large_1^1 H\) . Un átomo de hidrógeno tiene 1 protón, 1 electrón y 0 neutrones.

El número atómico del átomo de hidrógeno es = p = e = 1

El número de masa del átomo de hidrógeno es = p + n = 1

Átomo de oxígeno: se escribe como \(\large_{8}^{16} O\) . Tiene 8 protones, 8 electrones y 8 neutrones.

El número atómico del átomo de oxígeno es = p = e = 8

El número de masa del átomo de hidrógeno es = p + n = 8 + 8 = 16

¿Cómo se distribuyen los electrones en estas órbitas?
Los electrones giran alrededor del núcleo siguiendo una trayectoria imaginaria llamada órbitas o capas. La primera capa es K (nivel de energía 1, n = 1), la segunda capa es L (nivel de energía 2, n = 2) y luego la capa M (n = 3) y así sucesivamente. La cantidad de electrones en cada capa se determina utilizando la siguiente regla:

Número máximo de electrones en cada capa = 2 × n ²

• Capa K = 2n ² = 2×1 = 2 electrones
• Capa L = 2n ² = 2×2 ² = 2×4 = 8 electrones
• Capa M = 2n ² = 2×3 ² = 2×9 = 18 electrones
• La capa más externa no puede tener más de 8 electrones.

Ejemplo:

1) Átomo de sodio : el número de protones y electrones es 11 y el número de neutrones es 12. p = 11, e = 11, n = 12
La configuración electrónica del átomoNa es:

2) Átomo de nitrógeno: p = 7, e = 7, n = 7

La configuración electrónica del átomo de nitrógeno es:

Peso atómico [masa atómica relativa]

La masa atómica relativa o peso atómico de un átomo se define como el número de veces que un átomo de un elemento es más pesado que el \(^1/_{12}\) de un átomo de carbono.

Isótopos

Los isótopos son átomos del mismo elemento que tienen el mismo número atómico pero diferente número másico. Ejemplo: Tres isótopos del hidrógeno que existen de forma natural son el tritio \(\large_1^3 H\) : p = e = 1, n = 2
Deuterio \(\large_1^2 H\) : p = e= 1, n = 1
Protio \(\large_1^1 H\) : p = e = 1, n = 0

Configuración electrónica estable y configuración electrónica inestable

Se dice que un átomo tiene una configuración electrónica inestable cuando

• Su capa de valencia/capa más externa está incompleta.
• Suelen alcanzar una configuración electrónica estable compartiendo o ganando/perdiendo electrones.
  Entonces, todos los ejemplos anteriores, sodio ( \(Na\) ), nitrógeno ( N ), oxígeno ( O ), hidrógeno ( H ) tienen una configuración electrónica inestable.

Los gases nobles tienen una configuración electrónica estable, ya que su capa exterior está completa. Ejemplo:
Helio ( He ) - Configuración electrónica: 2
Neón ( Ne ) - Configuración electrónica 2, 8

¿Cómo el átomo de configuración electrónica inestable alcanza la estabilidad?
Se combinan con otros átomos de elementos. Los átomos que se combinan redistribuyen sus electrones de modo que cada átomo que se combina alcanza una configuración estable del gas inerte más cercano (verifique el gas inerte más cercano para Na y Cl ). Entendamos esto con un ejemplo:

Átomo Na : Configuración electrónica: 2,8,1
(el gas inerte más cercano es Ne , número atómico 10)
Átomo Cl : Configuración electrónica: 2, 8, 7
(el gas inerte más cercano es Ar, número atómico 18)

El átomo de sodio ( Na ) y cloro ( Cl ) se combinan para formar el compuesto de cloruro de sodio ( NaCl ) :
El átomo Na pierde un electrón de la capa exterior para alcanzar la estabilidad [2, 8] y el átomo Cl toma este electrón para completar su capa exterior y ganar estabilidad [2,8,8].

Tenga en cuenta que es muy difícil mostrar la ubicación exacta de un electrón, ya que este casi no tiene masa y gira a su alrededor a una velocidad increíble. Por esta razón, los electrones a menudo se muestran como nubes con carga negativa alrededor del núcleo. Los orbitales muestran electrones en diferentes estados de energía que rodean el núcleo. A medida que nos alejamos del núcleo, el nivel de energía aumenta. El único electrón en el estado de energía más alto u orbitales más externos participa en la reacción química, se denominan electrones de valencia y están involucrados en el enlace químico entre átomos.

Existen varias teorías para explicar la naturaleza del átomo.