- Enuncia la teoría atómica moderna.
- Aprende cómo se construyen los átomos.
La pieza más pequeña de un elemento que mantiene la identidad de ese elemento se llama átomo. Los átomos individuales son extremadamente pequeños. Se necesitarían unos cincuenta millones de átomos en fila para hacer una línea de 1 cm de longitud. El punto al final de una frase impresa tiene varios millones de átomos. Los átomos son tan pequeños que resulta difícil creer que toda la materia está hecha de átomos, pero así es.
El concepto de que los átomos desempeñan un papel fundamental en la química se formaliza en la teoría atómica moderna, enunciada por primera vez por John Dalton, un científico inglés, en 1808. Consta de tres partes:
- Toda la materia está compuesta por átomos.
- Los átomos del mismo elemento son iguales; los átomos de elementos diferentes son diferentes.
- Los átomos se combinan en proporciones de números enteros para formar compuestos.
Estos conceptos forman la base de la química.
Aunque la palabra átomo proviene de una palabra griega que significa «indivisible», ahora entendemos que los propios átomos están compuestos por partes más pequeñas llamadas partículas subatómicas. La primera parte que se descubrió fue el electrón, una diminuta partícula subatómica con carga negativa. A menudo se representa como e-, con el superíndice de la derecha mostrando la carga negativa. Más tarde, se descubrieron dos partículas más grandes. El protón es una partícula subatómica más masiva (pero aún diminuta) con carga positiva, representada como p+. El neutrón es una partícula subatómica con la misma masa que el protón pero sin carga. Se representa como n o n0. Ahora sabemos que todos los átomos de todos los elementos están compuestos por electrones, protones y (con una excepción) neutrones. La tabla 3.1 «Propiedades de las tres partículas subatómicas» resume las propiedades de estas tres partículas subatómicas.
Tabla 3.1 Propiedades de las tres partículas subatómicas
| Nombre | Símbolo | Masa (aprox.; kg) | Carga |
|---|---|---|---|
| Protón | p+ | 1+ | |
| Neutrón | n, n0 | 1,6 × 10-27 | none | Electrón | e- | 1- |
¿Cómo se disponen estas partículas en los átomos? No están dispuestas al azar. Los experimentos realizados por Ernest Rutherford en Inglaterra en la década de 1910 apuntaban a un modelo nuclear del átomo. Los protones y neutrones, relativamente masivos, se reúnen en el centro del átomo, en una región llamada núcleo del átomo (plural de núcleos). Los electrones están fuera del núcleo y pasan su tiempo orbitando en el espacio alrededor del núcleo. (Ver Figura 3.1 «La estructura del átomo».)
Figura 3.1 La estructura del átomo
Los átomos tienen protones y neutrones en el centro, formando el núcleo, mientras que los electrones orbitan alrededor del núcleo.
La teoría atómica moderna afirma que los átomos de un elemento son iguales, mientras que los átomos de elementos diferentes son diferentes. Qué hace que los átomos de los distintos elementos sean diferentes? La característica fundamental que comparten todos los átomos de un mismo elemento es el número de protones. Todos los átomos de hidrógeno tienen un solo protón en el núcleo; todos los átomos de hierro tienen 26 protones en el núcleo. Este número de protones es tan importante para la identidad de un átomo que se denomina número atómico del elemento. Así, el hidrógeno tiene un número atómico de 1, mientras que el hierro tiene un número atómico de 26. Cada elemento tiene su propio número atómico característico.
Sin embargo, los átomos del mismo elemento pueden tener diferentes números de neutrones. Los átomos del mismo elemento (es decir, átomos con el mismo número de protones) con diferente número de neutrones se denominan isótopos. La mayoría de los elementos naturales existen como isótopos. Por ejemplo, la mayoría de los átomos de hidrógeno tienen un solo protón en su núcleo. Sin embargo, un pequeño número (aproximadamente uno de cada millón) de átomos de hidrógeno tiene un protón y un neutrón en su núcleo. Este isótopo particular del hidrógeno se llama deuterio. Una forma muy rara de hidrógeno tiene un protón y dos neutrones en el núcleo; este isótopo del hidrógeno se llama tritio. La suma del número de protones y neutrones en el núcleo se llama número másico del isótopo.
Los átomos neutros tienen el mismo número de electrones que de protones, por lo que su carga global es cero. Sin embargo, como veremos más adelante, esto no siempre será así.
Ejemplo 1
- Los átomos de carbono más comunes tienen seis protones y seis neutrones en su núcleo. ¿Cuál es el número atómico y el número másico de estos átomos de carbono?
- Un isótopo del uranio tiene un número atómico de 92 y un número másico de 235. Cuál es el número de protones y neutrones en el núcleo de este átomo?
Solución
- Si un átomo de carbono tiene seis protones en su núcleo, su número atómico es 6. Si también tiene seis neutrones en el núcleo, entonces el número másico es 6 + 6, o 12.
- Si el número atómico del uranio es 92, entonces ese es el número de protones en el núcleo. Como el número másico es 235, entonces el número de neutrones en el núcleo es 235 – 92, o 143.
- ¿Cuál es el símbolo de un isótopo del uranio que tiene un número atómico de 92 y un número másico de 235?
- ¿Cuántos protones y neutrones hay en el 26Fe?
- El símbolo de este isótopo es
- Este átomo de hierro tiene 26 protones y 56 – 26 = 30 neutrones.
- La química se basa en la teoría atómica moderna, que afirma que toda la materia está compuesta por átomos.
- Los átomos en sí están compuestos por protones, neutrones y electrones.
- Cada elemento tiene su propio número atómico, que es igual al número de protones en su núcleo.
- Los isótopos de un elemento contienen diferentes números de neutrones.
- Los elementos se representan con un símbolo atómico.
- La tabla periódica es una tabla que organiza todos los elementos.
Ponte a prueba
El número de protones en el núcleo de un átomo de estaño es 50, mientras que el número de neutrones en el núcleo es 68. Cuál es el número atómico y el número másico de este isótopo?
Respuesta
Número atómico = 50, número másico = 118
Tabla 3.2 Nombres y símbolos de los elementos comunes
Nombre del elementoSímbolo
| Nombre del elemento Nombre | Símbolo | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Aluminio | Al | Mercurio | Hg | ||||
| Argón | Ar | Molibdeno | Mo | ||||
| Arsénico | As | Neón | Ne | ||||
| Bario | Ba | Níquel | Ni | ||||
| Berilio | Be | Nitrógeno | N | ||||
| Bismuto | Bi | Oxígeno | O | ||||
| Borón | B | Paladio | Pd | ||||
| Bromo | Br | Fósforo | P | Calcio | Ca | Platino | Pt |
| Carbono | C | Potasio | K | Cloro | Radio | Ra | |
| Cromo | Cr | Radón | Rn | ||||
| Cobalto | Co | Rubidio | Rb | ||||
| Cobre | Cu | Escandio | Sc | ||||
| Fluorina | F | Selenio | Se | ||||
| Galio | Ga | Silicio | Si | ||||
| Germanio | Ge | Plata | Ag | ||||
| Oro | Au | Sodio | Na | ||||
| He | Stroncio | Sr | |||||
| Hidrógeno | H | Azufre | S | ||||
| Iodo | I | Tantalio | Ta | ||||
| Iridio | Ir | Estaño | Sn | ||||
| Hierro | Fe | Titanio | Ti | ||||
| Criptón | Kr | Tungsteno | W | Plomo | Pb | Uranio | U |
| Litio | Li | Xenón | Xe | ||||
| Magnesio | Mg | Zinc | Zn | Manganeso | Mn | Zirconio | Zr |
Los elementos se agrupan en una tabla especial llamada tabla periódica. En la figura 3.2 «Una tabla periódica simple» se muestra una tabla periódica sencilla, mientras que en el capítulo 17 «Apéndice: Tabla periódica de los elementos». Los elementos de la tabla periódica se enumeran en orden de número atómico ascendente. La tabla periódica tiene una forma especial que será importante para nosotros cuando consideremos la organización de los electrones en los átomos (véase el capítulo 8 «Estructura electrónica»). Un uso inmediato de la tabla periódica nos ayuda a identificar los metales y los no metales. Los no metales están en la esquina superior derecha de la tabla periódica, a un lado de la línea gruesa que divide la parte derecha del gráfico. Todos los demás elementos son metales.
Figura 3.2 Una tabla periódica simple
Hay una forma fácil de representar los isótopos utilizando los símbolos atómicos. Usamos la construcción
donde X es el símbolo del elemento, A es el número másico y Z es el número atómico. Así, para el isótopo del carbono que tiene 6 protones y 6 neutrones, el símbolo es
donde C es el símbolo del elemento, 6 representa el número atómico y 12 el número másico.
Ejemplo 2
Solución
Ponte a prueba
¿Cuántos protones hay en el 11N?
Respuesta
11 protones
Las claves
Ejercicios
Enumera los tres enunciados que componen la teoría atómica moderna.
Explica cómo se componen los átomos.
¿Cuál es más grande, un protón o un electrón?
¿Cuál es más grande, un neutrón o un electrón?
¿Cuáles son las cargas de cada una de las tres partículas subatómicas?
¿Dónde se encuentra la mayor parte de la masa de un átomo?
Escribe un diagrama de un átomo de boro, que tiene cinco protones y seis neutrones en su núcleo.
Escribe un diagrama de un átomo de helio, que tiene dos protones y dos neutrones en su núcleo.
Define el número atómico. ¿Cuál es el número atómico de un átomo de boro?
¿Cuál es el número atómico del helio?
Define isótopo y pon un ejemplo.
¿Cuál es la diferencia entre deuterio y tritio?
¿Qué par representa a los isótopos?
a) 
b) 26F y 25M
c) 14S y 15P
14. ¿Qué par representa isótopos?
a) 20C y 19K
b) 26F y 26F
c) 92U y 92U
15. Dé los símbolos completos de cada átomo, incluyendo el número atómico y el número másico.
a) un átomo de oxígeno con 8 protones y 8 neutrones
b) un átomo de potasio con 19 protones y 20 neutrones
c) un átomo de litio con 3 protones y 4 neutrones
a) un átomo de magnesio con 12 protones y 12 neutrones
b) un átomo de magnesio con 12 protones y 13 neutrones
c) un átomo de xenón con 54 protones y 77 neutrones
18. El carbono-14 es un isótopo que se utiliza para realizar pruebas de datación radiactiva de material previamente vivo. ¿Cuál es el símbolo completo de este isótopo?
a) sodio
b) argón
c) nitrógeno
d) radón
a) plata
b) oro
c) mercurio
d) yodo
a) Si
b) Mn
c) Fe
d) Cr
22. Da el nombre del elemento.
a) F
b) Cl
c) Br
d) I
Respuestas
Toda la materia está formada por átomos; los átomos del mismo elemento son iguales y los átomos de elementos diferentes son diferentes; los átomos se combinan en proporciones de números enteros para formar compuestos.
Un protón es más grande que un electrón.
Protón: 1+; electrón: 1-; neutrón: 0
El número atómico es el número de protones de un núcleo. El boro tiene un número atómico de cinco.
Los isótopos son átomos del mismo elemento pero con diferente número de neutrones. 
son ejemplos.
a) isótopos
b) no isótopos
c) no isótopos
a) 
b) 19K
c) 
95A
a) Na
b) Ar
c) N
d) Rn
a) silicio
b) manganeso
c) hierro
d) cromo