El atomo es un
constituyente de la materia ordinaria, con propiedades
químicas bien definidas, formado a su vez por constituyentes mas
elementales sin propiedades químicas bien definidas. Cada elemento
químico esta formado por atomos del mismo tipo (con
la misma estructura electrónica basica), y que no es posible
dividir mediante procesos químicos.
Actualmente se conoce que el atomo esta compuesto por un núcleo atómico, en el que se concentra
casi toda su masa, rodeado de una nube de electrones. Esto fue descubierto
a principios del
siglo XX, ya que durante el siglo XIX se había pensado que los
atomos eran indivisibles, de ahí su
nombre a-tómo- 'sin división'. Poco después se
descubrió que también el núcleo esta formado por
partes, como los protones, con carga positiva, y neutrones,
eléctricamente neutros.nota 1 Los electrones, cargados
negativamente, permanecen ligados a este mediante la fuerza
electromagnética.
Los atomos se clasifican de acuerdo al número de
protones y neutrones que contenga su núcleo. El
número de protones o número atómico determina
su elemento químico, y el número de neutrones determina
su isótopo. Un atomo con el
mismo número de protones que de electrones eseléctricamente
neutro. Si por el contrario posee un exceso de
protones o de electrones, su carga neta es positiva o negativa, y se
denomina ion.
Partículas subatómicas
Véase también: Partículas subatómicas.
A pesar de que atomo significa
‘indivisible’, en realidad esta formado por varias
partículas subatómicas. El atomo contiene protones,
neutrones y electrones, con la excepción del hidrógeno-1, que no contiene
neutrones, y del
catión hidrógeno o hidrón, que no contiene electrones. Los
protones y neutrones del
atomo se denominan nucleones, por formar parte del núcleo atómico.
El electrón es la partícula mas ligera de cuantas componen
el atomo, con una masa de 9 · 10−31
kg. Tiene una carga eléctrica negativa, cuya magnitud se define como
la carga eléctrica elemental, y se ignora si posee subestructura, por lo
que se lo considera una partícula elemental. Los protones tienen una
masa de 1 · 10−27 kg, 1836 veces la del electrón, y
una carga positiva opuesta a la de este. Los neutrones tienen un masa de 1 · 10−27 kg, 1839 veces la del electrón, y no poseen carga
eléctrica. Las masas de ambos nucleones son ligeramente inferiores
dentro del núcleo, debido a la energía potencial del mismo; y sus
tamañosson similares, con un radio del orden de 8 · 10-16 m o 0,8
femtómetros (fm).4
El protón y el neutrón no son partículas elementales, sino
que constituyen un estado ligado de quarks u y d, partículas
fundamentales recogidas en el modelo estandar de la física de
partículas, con cargas eléctricas iguales a +2/3 y −1/3
respectivamente, respecto de la carga elemental. Un
protón contiene dos quarks u y un quark d, mientras que el
neutrón contiene dos d y un u, en consonancia con la carga de ambos. Los
quarks se mantienen unidos mediante la fuerza nuclear fuerte, mediada por
gluones —del
mismo modo que la fuerza electromagnética esta mediada por
fotones—. Ademas de estas, existen otras partículas
subatómicas en el modelo estandar: mas tipos de quarks,
leptones cargados (similares al electrón), etc.
El núcleo atómico
Artículo principal: Núcleo atómico.
Los protones y neutrones de un atomo se
encuentran ligados en el núcleo atómico, la parte central del mismo. El volumen del núcleo es aproximadamente proporcional al
número total de nucleones, el número masico A lo cual es mucho menor que el tamaño del atomo, cuyo radio es del orden de 105 fm o 1 ångström
(Å). Los nucleones se mantienen unidos mediantela fuerza nuclear, que es
mucho mas intensa que la fuerza electromagnética a distancias
cortas, lo cual permite vencer la repulsión eléctrica entre los
protones.6
Los atomos de un mismo elemento tienen el mismo número de
protones, que se denomina número atómico y se representa por Z.
Los atomos de un elemento dado pueden tener distinto número de
neutrones: se dice entonces que son isótopos. Ambos
números conjuntamente determinan el núclido.
El núcleo atómico puede verse alterado por procesos muy
energéticos en comparación con las reacciones químicas. Los núcleos inestables sufren desintegraciones que pueden
cambiar su número de protones y neutrones emitiendo radiación.
Un núcleo pesado puede fisionarse en otros
mas ligeros en una reacción nuclear o espontaneamente. Mediante una cantidad suficiente de energía, dos o
mas núcleos pueden fusionarse en otro mas pesado.
En atomos con número atómico bajo,
los núcleos con una cantidad distinta de protones y neutrones tienden a
desintegrarse en núcleos con proporciones mas parejas, mas
estables. Sin embargo, para valores mayores del número
atómico, la repulsión mutua de los protones requiere una
proporción mayor de neutrones para estabilizar el núcleo.7
