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Las partes del átomo: núcleo, corteza, protones y electrones

¿Cómo se conforma un átomo? ¿Qué relaciones existen entre las partículas que lo componen? ¿Cuáles son las nomenclaturas de sus partes? En Espaciociencia os explicamos a continuación cuáles son las partes fundamentales del átomo.

Qué es un atomo

El átomo se define generalmente como la unidad elemental de un cuerpo simple, que es capaz de conservar las características del elemento al cual pertenece, independientemente de las transformaciones químicas que se produzcan en él.

¿Qué es un atomo?

Los átomos se componen de un núcleo cargado positivamente, de dimensiones sumamente pequeñas, y de una envoltura de electrones cargados negativamente, que se desplazan alrededor del núcleo sobre una o varias órbitas (n).

Decimos que el núcleo tiene dimensiones sumamente pequeñas porque, efectivamente, tiene un radio de una cien mil millonésima de centímetro (10^11 mm). Está compuesto, excepto en el caso del hidrógeno, de dos clases de partículas: por una parte, un cierto número de protones y, por otra parte, un cierto número de neutrones, ambos llamados también nucleones.

Partes del atomo

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Para explicarlo de un modo mucho más simple, podemos decir que las partes del atomo serán núcleo y corteza:

  • El núcleo es la parte central del átomo y contiene partículas con carga positiva, los protones, y partículas que no poseen carga eléctrica, es decir son neutras, los neutrones. La masa de un protón es aproximadamente igual a la de un neutrón.
  • Todos los átomos de un elemento químico tienen en el núcleo el mismo número de protones. Este número, que caracteriza a cada elemento y lo distingue de los demás, es el número atómico y se representa con la letra Z.
  • La corteza es la parte exterior del átomo. En ella se encuentran los electrones, con carga negativa. Éstos, ordenados en distintos niveles, giran alrededor del núcleo. La masa de un electrón es unas 2000 veces menor que la de un protón.
  • Los átomos son eléctricamente neutros, debido a que tienen igual número de protones que de electrones. Así, el número atómico también coincide con el número de electrones.

Los protones y los neutrones

A partir de lo explicado con las partes del átomo, podemos profundizar ahora entre la diferencia entre protones y neutrones:

  • Los protones son idénticos al núcleo del átomo de hidrógeno y están cargados positivamente con una carga específica o carga elemental de la misma magnitud (pero de signo contrario) que la del electrón.
  • Por el contrario, los neutrones son partículas elementales eléctricamente neutras, su masa es prácticamente igual (aunque algo superior) a la de los protones.

Generalmente se utiliza la letra Z para llamar al número de protones, y la N para indicar el número de neutrones del núcleo. La carga positiva de este núcleo comprende, entonces, un número Z de cargas específicas y su masa es aproximadamente igual a Z+N veces la masa de un protón.

El número de nucleones (neutrones y protones) se simboliza con una A y es lo que constituye el número de masa del átomo.

La masa del electrón es muy pequeña (1/1836 de la del protón). Su carga ha sido elegida como unidad de carga eléctrica o elemental. Se puede imaginar que los electrones gravitan en órbitas circulares o elípticas alrededor del núcleo, al mismo tiempo que giran sobre sí mismos, como lo hace La Tierra alrededor del Sol.

El movimiento de los electrones de rotación sobre sí mismos se llama spin, o espín. El número de electrones que se pueden encontrar en un átomo está determinado por la energía almacenada en el núcleo (carga) y por las acciones procedentes del exterior, como, por ejemplo, una influencia eléctrica capaz de actuar sobre los átomos.

En los átomos neutros, la carga negativa de los electrones está neutralizada por la carga positiva del núcleo, un átomo de este tipo se dice que no está cargado. Esto implica que el número de los electrones que rodean al núcleo sea igual al número de protones.

Como primer modelo puede sernos útil imaginarnos los átomos como si se tratase de un sistema planetario, con esferas (electrones) girando alrededor de un centro.

Sin embargo, esto no es más que un modelo precario de lo que hasta ahora se conoce del átomo, que revela ser, en realidad, mucho más complejo que esa representación básica, con orbitales que representan “zonas” en donde los electrones pueden encontrarse.

Así es que los electrones están repartidos en órbitas llamadas capas o niveles electrónicos (que son las capas K, L, M, N, O, P y Q); la capa exterior (o las dos últimas capas) llamadas capa de valencia determina la probabilidad que tiene un átomo de producir ciertas reacciones químicas. La órbita descrita por un electrón en torno a un núcleo atómico no se puede precisar con exactitud.

Evolución histórica de las partes del átomo

Desde la acuñación de “átomo” revelada por Demócrito (siglos IV y V a.C.), el hecho de buscar una explicación a todos los procesos químicos es fundamental para comprender los “porqués” que esconde la naturaleza. Por ello y a través de los años, los científicos han realizado sus propios modelos atómicos con el fin de entender la composición de la unidad básica de toda la materia. La evolución histórica del modelo atómico reúne los siguientes nombres:

Modelo Atómico de John Dalton: A comienzos del siglo XIX, el profesor y químico inglés John Dalton se interesó por la hipótesis de que los elementos nacían de una “aglomeración” de compuestos químicos. Dalton llevó mas allá la idea de los antiguos griegos sobre la composición de las cosas; desarrolló un modelo atómico donde destacaba la masa como una propiedad fundamental.

Modelo Atómico de John Thomson: El científico británico J.J.Thompson consiguió dar una imagen más detallada de lo que era el átomo. Cuando reveló la existencia del electrón así como de los rayos canales y positivos, se llegó a la conclusión de que el átomo no podía ser una esfera rígida dividida en compuestos químicos, sino que debía poseer un orden en la combinación de los elementos.

Modelo Atómico de Ernest Rutherford: Nacido en Nueva Zelanda, Rutherford fue quien inició el concepto del núcleo atómico en el año 1911, llegando a la conclusión de que los números atómicos representaban tantas unidades de carga positiva como de electrones.

Modelo Atómico de Niels Bohr: El científico danés desarrolló una teoría en 1913 donde los electrones se debían hallar separados en capas (o niveles cuánticos), a una amplia distancia del núcleo. Así, estableció que el número de electrones orbitales es igual al número atómico del átomo. En la teoría de Bohr, cada una de las 7 capas que componen un átomo soportan un número diferente de electrones: la primera capa contiene como máximo dos electrones, en la segunda caben ocho, y las capas sucesivas pueden contener cantidades cada vez mayores.

Modelo Mecano-cuántico de Broglie: El científico francés Luis De Broglie (Premio Nobel de Física en 1929), presentó una idea derivada del “Principio de Incertidumbre de Heisenberg” donde que cada electrón poseía una conducta dual diferente de onda y corpúsculo, ambos a velocidades elevadas.

Modelo de Schrödinger: En este punto se abandona la concepción de los electrones como esferas con carga que giran en torno al núcleo. Schrödinger moldeó esta creencia asegurando que los electrones se movían por medio de una función de onda conocida como “orbital”, la cual representa la probabilidad de presencia en una región delimitada del espacio.

Modelo de Dirac: En 1926, el científico Paul Dirac desarrolló una versión de la Mecánica Cuántica en la que unía el trabajo previo de Werner Heisenberg, aunque dispuso de una fórmula más relativista para la función de onda, llamada “ecuación de Dirac”. El modelo de Dirac permite incorporar de manera más natural el espín del electrón.

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