2.1: Átomos, isótopos, iones y moléculas - Descripción general de la estructura atómica

Objetivos de aprendizaje

• Discutir las propiedades electrónicas y estructurales de un átomo

Un átomo es la unidad de materia más pequeña que conserva todas las propiedades químicas de un elemento. Los átomos se combinan para formar moléculas, que luego interactúan para formar sólidos, gases o líquidos. Por ejemplo, el agua está compuesta por átomos de hidrógeno y oxígeno que se han combinado para formar moléculas de agua. Muchos procesos biológicos están dedicados a descomponer las moléculas en sus átomos componentes para que puedan ser reensambladas en una molécula más útil.

Partículas Atómicas

Los átomos constan de tres partículas básicas: protones, electrones y neutrones. El núcleo (centro) del átomo contiene los protones (cargados positivamente) y los neutrones (sin carga). Las regiones más externas del átomo se denominan conchas de electrones y contienen los electrones (cargados negativamente). Los átomos tienen diferentes propiedades en función de la disposición y el número de sus partículas básicas.

El átomo de hidrógeno (H) contiene solo un protón, un electrón y ningún neutrón. Esto se puede determinar usando el número atómico y el número másico del elemento (ver el concepto sobre números atómicos y números másicos).

Figura\(\PageIndex{1}\): Estructura de un átomo: Los elementos, como el helio, aquí representados, están formados por átomos. Los átomos están formados por protones y neutrones ubicados dentro del núcleo, con electrones en orbitales rodeando al núcleo.

Masa atómica

Los protones y neutrones tienen aproximadamente la misma masa, aproximadamente 1.67 × 10 ^-24 gramos. Los científicos definen esta cantidad de masa como una unidad de masa atómica (amu) o un Dalton. Aunque similares en masa, los protones están cargados positivamente, mientras que los neutrones no tienen carga. Por lo tanto, el número de neutrones en un átomo contribuye significativamente a su masa, pero no a su carga.

Los electrones son mucho más pequeños en masa que los protones, pesan solo 9.11 × ^10-28 gramos, o aproximadamente 1/1800 de una unidad de masa atómica. Por lo tanto, no contribuyen mucho a la masa atómica general de un elemento. Al considerar la masa atómica, se acostumbra ignorar la masa de cualquier electrón y calcular la masa del átomo basándose únicamente en el número de protones y neutrones.

Los electrones contribuyen en gran medida a la carga del átomo, ya que cada electrón tiene una carga negativa igual a la carga positiva de un protón. Los científicos definen estas cargas como “+1” y “-1”. En un átomo neutro, sin carga, el número de electrones que orbitan el núcleo es igual al número de protones dentro del núcleo. En estos átomos, las cargas positivas y negativas se cancelan entre sí, conduciendo a un átomo sin carga neta.

Cuadro\(\PageIndex{1}\): Protones, neutrones y electrones: Tanto los protones como los neutrones tienen una masa de 1 amu y se encuentran en el núcleo. Sin embargo, los protones tienen una carga de +1, y los neutrones están sin carga. Los electrones tienen una masa de aproximadamente 0 amu, orbitan el núcleo y tienen una carga de -1.

	Cargar	Masa (amu)	Ubicación
protón	+1	1	núcleo
neutrones	0	1	nucles
electrón	-1	0	orbitales

Explorando las propiedades de los electrones: Compare el comportamiento de los electrones con el de otras partículas cargadas para descubrir propiedades de electrones como carga y masa.

Volumen de átomos

Contabilizando los tamaños de protones, neutrones y electrones, la mayor parte del volumen de un átomo, mayor del 99 por ciento, es, de hecho, espacio vacío. A pesar de todo este espacio vacío, los objetos sólidos no se limitan a atravesar unos a otros. Los electrones que rodean a todos los átomos están cargados negativamente y hacen que los átomos se repelan entre sí, impidiendo que los átomos ocupen el mismo espacio. Estas fuerzas intermoleculares evitan que caigas a través de un objeto como tu silla.

Elemento interactivo

Interactivo: Construir un átomo: Construye un átomo a partir de protones, neutrones y electrones, y mira cómo cambian el elemento, la carga y la masa. ¡Entonces juega un juego para poner a prueba tus ideas!

Puntos Clave

• Un átomo está compuesto por dos regiones: el núcleo, que está en el centro del átomo y contiene protones y neutrones, y la región externa del átomo, que mantiene sus electrones en órbita alrededor del núcleo.
• Los protones y neutrones tienen aproximadamente la misma masa, aproximadamente 1.67 × 10-24 gramos, que los científicos definen como una unidad de masa atómica (amu) o un Dalton.
• Cada electrón tiene una carga negativa (-1) igual a la carga positiva de un protón (+1).
• Los neutrones son partículas sin carga que se encuentran dentro del núcleo.

Términos Clave

• átomo: La menor cantidad posible de materia que aún conserva su identidad como elemento químico, consistente en un núcleo rodeado de electrones.
• protón: Partícula subatómica cargada positivamente que forma parte del núcleo de un átomo y determina el número atómico de un elemento. Pesa 1 amu.
• neutrón: Una partícula subatómica que forma parte del núcleo de un átomo. No tiene cargo alguno. Es igual en masa a un protón o pesa 1 amu.