Principio filosófico
Comencemos la discusión de la estructura atómica con una breve historia de por qué y cómo los seres humanos comenzaron a contemplar el átomo. Muchos filósofos a lo largo de la antigüedad intentaron apasionadamente comprender el universo a través del pensamiento profundamente concentrado. El antiguo filósofo griego que la sociedad occidental atribuye a la formulación de la teoría atómica se llamó Demócrito, que vivió alrededor de 460-370 a. C. Un ejercicio de pensamiento realizado por Demócrito fue imaginar cuál podría ser la pieza más pequeña de un material que aún conserva las propiedades del material original. Su idea era encontrar la pieza más pequeña de materia que existe dentro de toda la materia.
Imagínese cortando un trozo de tela en trozos pequeños, cada trozo todavía puede etiquetarse como un trozo de tela. Con el tiempo, las tijeras ya no serían capaces de cortar el trozo de tela más pequeño, y este trozo hipotéticamente imposible de cortar se denominó átomo, de la palabra griega atomos , que literalmente significa imposible de cortar. La definición actual del átomo es el bloque de construcción básico de un elemento que aún conserva todas las propiedades básicas de ese elemento.
Teoría atómica de Dalton
Durante el período 1803-1807, un maestro de escuela inglés llamado John Dalton desarrolló una teoría atómica química. Razonando a partir de un gran número de observaciones, Dalton hizo cuatro afirmaciones sobre el átomo. Afirmó que cada elemento está formado por átomos. Todos los átomos de un elemento son idénticos. Los átomos no se crean ni se destruyen en reacciones químicas. Y por último, los compuestos se forman cuando se combinan átomos de más de un elemento.
Estas ideas previas, con el tiempo, evolucionan hacia la teoría atómica actual que los científicos están de acuerdo en que explica mejor la estructura básica del átomo.
Estructura básica del átomo
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Hoy, los científicos están de acuerdo en que el átomo es el bloque de construcción básico de un elemento y está compuesto subatómicamente por protones, neutrones y electrones. Todos los átomos tienen un núcleo , o centro, compuesto de protones y neutrones . Los protones son partículas cargadas positivamente (+1), cada una con una masa de 1.673 x 10 -27 kg. Cada protón está hecho de unidades más pequeñas conocidas como quarks, dos quarks arriba y un quark abajo, y todos los protones se mantienen unidos por la fuerza nuclear fuerte.
La fuerza nuclear fuerte es la más fuerte de las cuatro fuerzas fundamentales conocidas en todo el universo (fuerte, débil, electromagnética y gravitacional). Mantiene juntos todos los protones positivos del núcleo en un espacio tan pequeño. Sin la fuerza nuclear fuerte, estos protones positivos se separarían naturalmente debido a cargas similares que se repelen entre sí, similar a lo que ocurre cuando se intenta colocar los extremos norte de dos imanes juntos. El neutrón es importante para la fuerza nuclear fuerte.
Rodeando el núcleo cargado positivamente de un átomo hay una nube de electrones cargados negativamente. Los electrones orbitan el núcleo de un átomo a unos 2.200 km / segundo, formando nubes de electrones alrededor del núcleo. Debido a que estos electrones están cargados negativamente, son atraídos por el núcleo positivo del átomo. Cuanto más cerca estén estos electrones del núcleo, más fuerte será la atracción.
Los electrones tienen una masa relativamente insignificante, 9,109 x 10 -31 kg, en comparación con los protones y neutrones. Para comprender esta masa relativamente insignificante al comparar protones con electrones, hagámoslos explotar a un tamaño que podamos entender. Si un protón tuviera el mismo peso que yo, 180 libras, el electrón sólo tendría 0,098 libras. Los átomos sin carga, ni positivos ni negativos, tendrán el mismo número de protones y electrones. Por ejemplo, los átomos del elemento carbono tienen 6 protones y 6 electrones.
Tamaño de un átomo
Los átomos son extremadamente pequeños. La mayoría de los átomos tienen diámetros entre 1 x 10-10 my 5 x 10-10 m. Una unidad científica utilizada para simplificar esta distancia extremadamente pequeña es el Angstrom, que equivale a 10-10 m. Por tanto, los átomos tienen diámetros del orden de 1-5 Angstroms. El núcleo del átomo solo comprende aproximadamente 1 / 100.000 del tamaño total del átomo, sin embargo, el 99,9% de la masa del átomo se encuentra dentro de este espacio relativamente pequeño. Debido a que el pequeño núcleo transporta la mayor parte de la masa del átomo en un volumen tan pequeño, es increíblemente denso. ¡Una caja de fósforos llena de material de tal densidad pesaría más de 2.500 millones de toneladas! Los astrofísicos han sugerido que el interior de una estrella colapsada puede acercarse a esta densidad.
La gran mayoría del volumen de un átomo es el espacio vacío por el que vuelan los electrones. Puedes apreciar los tamaños relativos del átomo y su núcleo imaginando que si el átomo fuera tan grande como un estadio de fútbol, el núcleo sería del tamaño de una pequeña canica colocada en la línea de 50 yardas. Es importante comprender que la mayor parte del átomo es un espacio vacío, sin embargo, debido a que los electrones están volando alrededor de este espacio vacío tan rápidamente, crea un objeto que parece sólido. Se puede ver una gran visualización de este fenómeno utilizando un papel y un abanico. Cuando el ventilador está apagado, puedo colocar fácilmente la hoja de papel a través de los espacios entre las aspas. Cuando el ventilador está en alto, ya no puedo meter un objeto en el espacio vacío y parece ser un disco sólido.
Las partículas subatómicas descubiertas
El electrón fue descubierto en 1897 por JJ Thompson, un científico británico que trabaja con tubos de rayos catódicos. Se le ocurrió el modelo de pudín de ciruela del átomo, que se parecía más a una galleta con chispas de chocolate. La masa de la galleta representaba algún aspecto positivo del átomo. Los electrones eran chispas de chocolate que volaban a través de la masa de galletas.
Una vez que se descubrió el electrón, se supo que debe haber una partícula subatómica positiva dentro del átomo para equilibrar los electrones negativos. A Ernest Rutherford, el ‘padre’ de la física nuclear, se le atribuyó el descubrimiento de este núcleo positivo densamente empaquetado del átomo en 1911. El modelo de galleta con chispas de chocolate se actualizó con esta nueva información, y ahora tenía un núcleo cargado positivamente con electrones volando a su alrededor. en las nubes.
Bajo Ernest Rutherford, James Chadwich fue un físico inglés que recibió el Premio Nobel en 1935 por su descubrimiento del neutrón en 1932. Después del descubrimiento del protón, se teorizó que debía existir otra partícula en el átomo además de protones y neutrones. Y esta partícula también debe ayudar a mantener unido el núcleo o llevar la fuerte fuerza nuclear dentro de él.
Resumen de la lección
El modelo del átomo ha sufrido varios cambios a medida que los científicos recopilan más datos mientras lo observan. El bloque de construcción básico de toda la materia contiene al menos un protón (+), un neutrón (0) y un electrón (-). El núcleo del átomo tiene protones y neutrones dentro de él, y orbitando alrededor del núcleo positivo están los electrones negativos.
Las partes del átomo se descubrieron en este orden:
1st- Electron, por JJ Thompson
2do- Proton, de Ernest Rutherford
3o- Neutron, por James Chadwich
Hoy en día, los científicos están aprendiendo aún más sobre los protones, neutrones y electrones, descubriendo que es posible que ni siquiera sean los bits más pequeños que componen el átomo tal como lo conocemos hoy.
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