Estructura de la materia
La materia consiste de partículas extremadamente
pequeñas agrupadas juntas para formar el átomo.
Hay 92 ocurrencias naturales de estas agrupaciones de partículas
llamadas elementos. Estos elementos fueron agrupados en la tabla periódica
de
los
elementos en secuencia de acuerdo a sus números
atómicos y peso atómico. Hay además 14 elementos
hechos por el hombre que no ocurren en la naturaleza, por lo que al
final son unos 106 elementos conocidos hasta la fecha. Estos elementos
no pueden cambiarse por procesos químicos. Ellos solo pueden ser
cambiados por reacción nuclear o atómica, sin embargo
pueden ser combinados para producir el incontable número de
compuestos con los que tropezamos día a día.
Estructura de átomo
Un átomo puede ser representado simbólicamente en un
modelo que recrea nuestro sistema solar, el cual tiene en el centro el
sol y los planetas girando en órbitas alrededor de él.
Este modelo atómico, representado en la figura 1 fue propuesto
por el físico Danés, Niels Bohr en 1913. Los mecanismos
cuánticos actuales han demostrado que este modelo no es
exactamente correcto, pero sigue siendo útil para la
visualización de átomo.
Figura 1
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El centro del átomo
se llama núcleo y está
principalmente formado por las partículas llamadas Protones y
Neutrones, los que constituyen la mayoría de la masa del
átomo. Orbitando alrededor del los núcleos están
pequeñas partículas llamadas electrones. Estos electrones
tienen una masa muchas veces mas pequeña que el Protón y
el Neutrón. Hay otras partículas sub-atómicas
estudiadas por los físicos atómicos, pero estas tres son
suficientes para nuestro propósito.
Todos los elementos de la tabla periódica están formados
por las tres partículas con la sola excepción del Hidrógeno
que tiene un núcleo
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formado por un
protón simple, alrededor del cual gira orbitando un
electrón. El protón y el neutrón tienen una masa
de alrededor de 1840 veces la masa del electrón.
Número y peso atómicos
Los elementos se identifican por su número y peso
atómicos. Normalmente, un átomo tiene igual número
de protones en su núcleo que de electrones girando alrededor de
él. El número de protones y electrones es llamado
número atómico. El peso atómico de un elemento es
el número total de partículas mayores (protones y
neutrones) en el núcleo, redondeado al número entero mas
próximo.
Uno de los primeros elementos estudiados por los científicos fue
el oxígeno.
Después
de
la investigación, en el núcleo del
oxígeno se encontraron 8 protones y 8 neutrones, por lo que le
fueron asignados 16 como peso atómico y 8 como número
atómico.
Niveles y sub-niveles
Figura 2
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Como se muestra en la
figura 2 los electrones que giran alrededor del
núcleo los hacen agrupados en anillos u órbitas. Esas
órbitas se tratan como niveles de energía los que a su
vez contienen además sub-niveles. Cada nivel y sub-nivel de
energía dependiendo de la distancia al núcleo contiene un
cierto número máximo de electrones que no puede
excederse. El primer nivel puede tener 2 electrones, el segundo 8 (2 en
el primer sub-nivel y 6 en el segundo), el tercero puede contener 18
(2,6,10), el cuarto puede contener 32 (2,6,10,14), etc...
El último nivel de energía de un átomo
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se llama
nivel de valencia y puede estar lleno con el número
máximo de electrones permitidos o tener electrones en defecto.
Como este último nivel de energía está incompleto
puede aceptar o ceder alguno de los electrones a otro átomo de
otro elemento que cumpla la misma condición y así formar
uniones de átomos diferentes que comparten uno o mas electrones.
Este enlace de átomos constituye la base de la
comprensión de las reacciones químicas para formar
sustancias complejas a partir de elementos simples. Cuando el
último nivel está completo el átomo no puede
compartir electrones siendo una sustancia muy estable y que no forma
compuestos con otros elementos en condiciones normales, estas
sustancias son los llamados gases nobles, Helio Argón Xenón
etc..
Figura 3
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La figura 3 representa el
elemento aluminio,
en
el
gráfico
puede observarse que tiene tres electrones en el
último nivel, estos electrones pueden ser compartidos con otro
elemento por lo que la valencia del aluminio es 3. |
Carga eléctrica
Los protones y electrones ejercen fuerzas mutuas entre ellos, mas o
menos como si existiera una fuerza gravitacional entre ellos, por lo
que se ha supuesto que las masas de estas partículas son
portadoras de cierta carga eléctrica y que la fuerza de
interacción entre ellas es entonces una fuerza eléctrica.
En la práctica estas fuerza eléctricas son de
atracción entre partículas de naturaleza diferente
(protones y electrones) y de repulsión entre las
partículas de la misma naturaleza al igual que los polos de un
imán, esto hace pensar en cargas de diferente naturaleza las que
han sido convencionalmente denominadas positiva (+) para el
protón y negativa (-) para el electrón.
Se ha demostrado además que la magnitud de las cargas de las
partículas con independencia de la enorme diferencia de masa son
iguales, por lo que el átomo normal (misma cantidad de protones
y electrones) es una entidad neutra eléctricamente hablando.Esta
carga de las partículas elementales es la menor cantidad de
carga eléctrica que puede existir por lo que se ha convenido en
denominar carga elemental.
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