Componentes del Átomo
El átomo (en inglés: Atom) es la unidad fundamental de la materia que no puede ser dividida mediante ningún método químico. Es el constituyente básico de todos los elementos en la tabla periódica, siendo ejemplos notables el hidrógeno, helio, oxígeno y uranio. Un átomo típico está compuesto por tres elementos clave: protones, neutrones y electrones, que exploraremos en detalle a continuación.
Protones
Los protones (en inglés: Protons) son fundamentales para la estructura de los átomos. Estos permiten que los átomos adquieran y pierdan electrones y neutrones. El número de protones se representa con el símbolo (Z), que determina la identidad del átomo y se conoce como el número atómico (en inglés: Atomic Number). Cada protón tiene una carga positiva y una masa aproximada de 1.673×10-27 kg.
Los elementos en la tabla periódica se organizan de acuerdo con un aumento en el número atómico. Cada protón está constituido por tres quarks: dos quarks ‘superiores’, cada uno con carga positiva, y un quark ‘inferior’ con carga negativa, todos mantenidos unidos por partículas subatómicas conocidas como gluones (en inglés: Gluon).
Neutrones
El número de neutrones (en inglés: Neutrons) se denota con el símbolo (N), y el número másico del átomo se calcula como la suma de protones y neutrones (Z+N). La fuerza nuclear fuerte es responsable de mantener unidos a los neutrones y protones, formando así el núcleo del átomo. Los neutrones no tienen carga; es decir, son neutrales y no están atraídos por protones o electrones, con una masa de aproximadamente 1.675×10-27 kg.
Al igual que los protones, los neutrones también están compuestos por tres quarks: dos quarks ‘inferiores’ (con carga negativa) y un quark ‘superior’ (con carga positiva).
Electrones
Los electrones (en inglés: Electrons) son significativamente más pequeños que los protones y neutrones, y orbitan alrededor de ellos, siendo atraídos por los protones presentes en el núcleo. Tienen carga negativa, con una magnitud igual a la de la carga del protón, pero de signo opuesto. Su masa es aproximadamente 9.109×10-31 kg.
Los electrones orbitan el núcleo en capas (en inglés: Shells), que son regiones donde se pueden encontrar estos electrones. Los modelos simples muestran a los electrones orbitando el núcleo en trayectorias casi circulares, similares a los planetas en su órbita alrededor de las estrellas; no obstante, el comportamiento real de los electrones es mucho más complejo.
Algunas capas de electrones tienen forma esférica, mientras que otras podrían asemejarse a campanas u otras configuraciones. Los electrones pueden encontrarse en distintas ubicaciones dentro del átomo, siendo el electrón descubierto por el científico Joseph John Thomson en 1897.
Quarks
Actualmente, se considera que los quarks son los componentes más elementales de la materia. Estas partículas subatómicas vienen en seis tipos que difieren en masa y carga, a saber: ‘superior’ e ‘inferior’ (en inglés: Up and Down), ‘cima’ y ‘fondo’ (en inglés: Top and Bottom), ‘extraño’ y ‘encantador’ (en inglés: Strange and Charm). Estos quarks se combinan para formar protones y neutrones.
Los quarks no tienen una estructura definida y no pueden ser descompuestos en partículas más pequeñas. Generalmente, se agrupan con otros quarks o con antipartículas (en inglés: Antiquarks) para formar hadrones (en inglés: hadrons), que incluyen mesones (en inglés: Mesons) y bariones (en inglés: Baryons), compuestos por tres quarks, siendo los protones y neutrones los más conocidos.
Cómo se Forma el Átomo
La palabra «átomo» proviene de una palabra griega que significa «indivisible», la cual se utilizaba debido a la creencia predominante en esa época de que era la partícula más pequeña del universo, que no podía ser fragmentada en partes más pequeñas. Sin embargo, hoy en día, los científicos han identificado los componentes principales del átomo: electrones, protones y neutrones, que a su vez están formados por partículas aún más pequeñas conocidas como quarks (en inglés: quarks).
Los átomos se formaron después del Big Bang que ocurrió hace alrededor de 13.7 mil millones de años. Después de que la temperatura del universo caliente y denso disminuyó, las condiciones se volvieron propicias para la formación de electrones y quarks; estos últimos se combinaron para formar neutrones y protones, que luego formaron el núcleo en los primeros minutos de existencia del universo.
El universo tardó aproximadamente 380,000 años en enfriarse lo suficiente para que las electrones pudieran ser atrapadas por el núcleo, formando así los primeros átomos. Los átomos de hidrógeno y helio fueron los primeros, y hasta hoy en día, son los elementos más abundantes en el universo.
Información General sobre los Componentes del Átomo
A continuación, se presentan algunos datos relevantes sobre los componentes del átomo:
- El tamaño de los protones y neutrones es casi igual y son significativamente más grandes que los electrones; la masa de un protón es aproximadamente 1840 veces la masa de un electrón.
- El núcleo contiene tanto protones como neutrones y tiene carga positiva.
- Los átomos son extremadamente pequeños, con un tamaño promedio alrededor de 100 picómetros.
- El núcleo (en inglés: Nucleus) concentra la mayor parte de la masa del átomo, mientras que los electrones ocupan la mayor parte del volumen del mismo.
- Las diferencias en el número de neutrones dan lugar a los isótopos de un elemento (en inglés: Isotopes), mientras que las variaciones en el número de electrones resultan en iones (en inglés: Ions), los cuales representan átomos con carga eléctrica. Tanto los isótopos como los iones de un elemento específico mantienen constante el número de protones, formando así diferentes formas de un mismo elemento químico.
- Agregar o quitar electrones de un átomo es considerablemente más sencillo que eliminar protones o neutrones; las reacciones químicas involucran átomos o grupos de átomos, así como sus interacciones electrónicas.
- Los átomos suelen poseer un número igual de protones y electrones.
- El núcleo fue descubierto en 1911 por el físico Ernest Rutherford, quien también nombró “protón” a las partículas con carga positiva en el átomo, y anunció la existencia de partículas neutras en el núcleo, las cuales fueron identificadas posteriormente en 1932 por el físico James Chadwick.