ÁTOMOS reflexiona Nuestro mundo está lleno de diversidad. Existe una variedad asombrosa en todos los materiales, sustancias y seres vivos que existen en la Tierra. Observa la imagen de la derecha. Incluso en un pequeño acuario, existe una gran variedad, desde las plantas verdes hasta los peces naranjas, desde las rocas rosadas hasta el vidrio transparente. Aun así, todas las cosas en la Tierra tienen algo en común. Todo está hecho de materia y toda la materia está formada por átomos. ¿De qué están hechos los átomos? ¿Todos los átomos tienen la misma estructura? Estructura atómica Recuerda que la materia es algo que tiene masa y ocupa elemento: sustancia espacio. Imagina que tienes un trozo de oro puro, que es formada por un solo un elemento. El trozo de oro contiene muchos millones de tipo de átomo átomos individuales. Un átomo es la partícula más pequeña de un elemento que no se puede desintegrar más sin cambiar las propiedades del elemento. Un átomo de oro es muy pequeño, demasiado pequeño para verlo. Sin embargo, un solo átomo de oro tiene las mismas propiedades que cualquier otro átomo de oro. Todos los átomos tiene la misma disposición general. Un átomo contiene un núcleo, que está en el centro del átomo. Un átomo también tiene un área de espacio que rodea al núcleo llamada nube de electrones. Las partículas más pequeñas del átomo, que se conocen como partículas subatómicas, se llaman protones, neutrones y electrones.

¿qué piensas? Observa la imagen de la derecha. ¿Puedes identificar el núcleo y la nube de electrones? ¿Qué crees que representan las esferas azules, rojas y grises? Ubicación y carga de las partículas subatómicas Los protones, neutrones y electrones se diferencian según su ubicación en el átomo y sus cargas eléctricas. • Neutrón: Los neutrones no tienen carga eléctrica. Son neutros. Los neutrones también están en el núcleo del átomo y están representados por las esferas grises en el diagrama atómico anterior.

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ÁTOMOS • Protón: Los protones son partículas con carga positiva. Están en el núcleo del átomo y están representados por las esferas rojas en el diagrama atómico anterior. Como los protones son las únicas partículas cargadas en el núcleo, el núcleo de un átomo siempre tiene carga positiva. • Electrón: Los electrones son partículas con carga negativa. Se mueven en trayectorias llamados órbitas, dentro de la nube de electrones que rodean el núcleo. Los electrones están en constante movimiento. Las esferas azules en el diagrama atómico anterior representan a los electrones. Los diferentes átomos tienen combinaciones diferentes de partículas subatómicas. Sin embargo, hay algunas reglas generales sobre la carga eléctrica de un átomo. Si la cantidad de protones es igual a la cantidad de electrones, el átomo no tiene carga eléctrica y es neutro. En otras palabras, las cargas positivas y negativas se equilibran. Si hay más protones que electrones, el átomo tiene carga positiva. Si hay más electrones que protones, el átomo tiene carga negativa. La cantidad de neutrones en un átomo no afecta la carga general del átomo porque los neutrones no tienen carga. Analicemos un ejemplo específico. Imagina que un átomo tiene 6 protones y 7 neutrones y en general tiene carga neutra. Sabemos que los 7 neutrones no afectan la carga general del átomo. También sabemos que, debido a que el átomo es neutro, debe tener la misma cantidad de protones y electrones. Por lo tanto, podemos llegar a la conclusión de que este átomo tiene 6 electrones.

¡atención! A medida que circulan por la parte externa del núcleo, los electrones giran mil millones de veces por segundo. Debido a la velocidad extremadamente alta a la que se mueven, la trayectoria en que viajan los electrones no es la misma cada vez. Como se muestra en el diagrama de la derecha, en lugar de viajar en una trayectoria exacta, los electrones parecen existir en una nube alrededor del núcleo. Masa atómica Los protones y los neutrones tienen masas similares; cada protón y neutrón tiene una masa de aproximadamente 1.67 x 10–27 kg. La masa de un electrón es todavía más pequeña: 9.11 x 10–31 kg. Recuerda que los protones y los neutrones están en el núcleo del átomo, que es donde se ubica la mayor parte de la masa del átomo. La masa atómica es la masa promedio de todos los protones y neutrones en el átomo. Los electrones son tan pequeños que no cambian la masa del átomo. Sin embargo, ocupan una gran cantidad del volumen del átomo.

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ÁTOMOS La siguiente fórmula se puede usar para hallar la masa atómica promedio donde P = número de protones y N = número de neutrones: P + N = masa atómica promedio

¿qué piensas? Imagina que conoces la cantidad de protones que hay en un átomo. ¿Qué otra información necesitarías para determinar la masa del átomo? Explica tu razonamiento. Descubrimientos de la ciencia: Vista moderna del átomo Debido a su tamaño, el átomo es muy difícil de estudiar. Muchos científicos tardaron muchos años en formular el modelo actual del átomo. A fines del siglo XIX, J. J. Thomson, un científico inglés, elaboró la teoría de que los átomos están formados por partículas con cargas diferentes. Usó un instrumento especial que podía detectar partículas cargadas para identificar los electrones con cargas negativas. Thomson propuso un modelo de “pudín de ciruelas” del átomo. Pensó que un átomo estaba hecho de electrones que estaban rodeados por un mar de carga positiva. En el modelo de Thomson, los electrones eran las “ciruelas” y la carga positiva era el pudín.

J. J. Thomson propuso el modelo de “pudín de ciruelas” del átomo.

Varios años más tarde, otro científico llamado Ernest Rutherford descubrió el núcleo del átomo. Rutherford elaboró la teoría de que si el modelo de Thomson era correcto, y si los electrones y protones están esparcidos de manera uniforme en todo el átomo, entonces la masa también se distribuye de manera uniforme en todo el átomo. Rutherford hizo un experimento en el que disparó rayos de partículas de alta velocidad hacia una capa delgada de átomos de oro. Algunas de las partículas rebotaron casi directamente hacia atrás, lo que llevó a Rutherford a concebir la idea de que la mayor parte de la masa y la carga positiva del átomo se ubica en el centro.

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ÁTOMOS Aportaciones posteriores a estas teorías atómicas incluyeron la identificación de electrones en órbitas que rodean el núcleo por parte de Niels Bohr y Max Planck. La combinación del trabajo de muchos científicos formó lo que hoy en día conocemos como la teoría atómica moderna. ¿Qué tanto sabes? Los átomos están formados por protones, neutrones y electrones. Lee las características de estas partículas subatómicas en la siguiente tabla. Decide si cada característica describe a los protones, neutrones o electrones. Luego escribe cada característica en la sección correcta del diagrama de Venn de la página siguiente. Características de las partículas subatómicas • Tienen carga negativa • Tienen carga positiva

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• Tienen la masa más pequeña de las partículas subatómicas

• Están ubicados en el núcleo

• Cuando son iguales, el átomo es neutro

• Fueron descubiertos por J. J. Thomson

• Están ubicados en órbitas que rodean al núcleo

• Forman la masa del átomo

• Son partículas subatómicas

• No tienen carga

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ÁTOMOS conéctese con su hijo Crear un modelo atómico Para ayudar a su hijo a aprender más acerca de los átomos, trabajen juntos para crear su propio modelo atómico. Necesitará los siguientes materiales: • 1 plato de papel

Estas son algunas preguntas sobre las que puede comentar con su hijo: • ¿Dónde colocaste cada partícula subatómica? ¿Por qué?

• 1 marcador

• ¿Cuál es la carga teórica de tu modelo atómico? Explica tu razonamiento.

• Protones: 6 trozos de alimento circulares de color rojo, como chocolates cubiertos de caramelo o trozos de cereal redondos

• ¿Qué fórmula matemática puedes usar para calcular la masa atómica de tu átomo?

• Neutrones: 6 trozos de alimento circulares de color amarillo; use un alimento similar al alimento que usó para los protones

• ¿Cuáles son algunas de las limitaciones de tu modelo?

• Electrones: 6 trozos de alimento circulares de color verdes; si es posible, use un alimento que sea levemente más pequeño que los alimentos que usó para los protones y neutrones • Pegamento Pida a su hijo que dibuje un círculo en el centro del plato de papel con el marcador y pregúntele qué representa esto. (Representa el núcleo). Pregunte a su hijo qué representa el resto del plato de papel. (Representa la nube de electrones). Luego, pida a su hijo que pegue los protones, neutrones y electrones en sus lugares correctos dentro del modelo atómico. Luego, pida a su hijo que rotule el núcleo, la nube de electrones y, por último, un protón, un neutrón y un electrón.

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