El átomo y su estructura
Cuando Valentina sirve un vaso de agua en su casa en Maracaibo, ve un líquido continuo y transparente. Pero si pudiera acercarse mil millones de veces, descubriría que el agua, el aire del salón y hasta su propio cuerpo están hechos de piezas diminutas. ¿Cuáles son esas piezas y cómo están construidas por dentro?
Del organismo al átomo
Ya sabes que los seres vivos están formados por células. Pero las células también están hechas de algo más pequeño. Si vas bajando de tamaño, obtienes los niveles de organización de la materia:
Todo empieza en el átomo: la unidad más pequeña de un elemento que conserva sus propiedades. Los átomos se unen y forman moléculas (como el agua o la glucosa); las moléculas forman los organelos; los organelos, la célula, y así sucesivamente hasta llegar al organismo.
Por eso se dice que el átomo es el elemento fundamental de la materia: toda la materia, viva o no, está hecha de átomos. El agua del vaso, el aire, una arepa, una roca del Ávila y tú mismo.
Escribe con tus palabras qué es un átomo y explica por qué se dice que es el elemento fundamental de la materia. Menciona al menos un ejemplo de algo que observes a tu…
Escribe con tus palabras qué es un átomo y explica por qué se dice que es el elemento fundamental de la materia. Menciona al menos un ejemplo de algo que observes a tu alrededor, como el agua de un vaso o el aire de tu salón, que esté formado por átomos.
Las partes del átomo
Un átomo no es una bolita sólida: tiene estructura. Está formado por tres tipos de partículas:
| Partícula | Carga eléctrica | Dónde está |
|---|---|---|
| Protón | positiva (+) | en el núcleo |
| Neutrón | neutra (0) | en el núcleo |
| Electrón | negativa (−) | alrededor del núcleo |
El núcleo es la parte central, diminuta y compacta, con protones y neutrones. Los electrones se mueven en la región que rodea al núcleo, llamada nube o corteza electrónica.
Las cargas de signo contrario se atraen: los protones (+) retienen a los electrones (−) y mantienen unido al átomo.
Cambia la cantidad de partículas en el interactivo y observa cómo cambia el átomo.
El átomo está formado por tres tipos de partículas: protones, neutrones y electrones. Para cada una de ellas indica el tipo de carga eléctrica que posee (positiva,…
El átomo está formado por tres tipos de partículas: protones, neutrones y electrones. Para cada una de ellas indica el tipo de carga eléctrica que posee (positiva, negativa o neutra) y señala si se ubica en el núcleo o alrededor de él.
Observa las siguientes afirmaciones sobre el átomo e indica cuáles son verdaderas y cuáles son falsas. Corrige las falsas. a) El núcleo del átomo contiene protones y…
Observa las siguientes afirmaciones sobre el átomo e indica cuáles son verdaderas y cuáles son falsas. Corrige las falsas.
- a) El núcleo del átomo contiene protones y electrones.
- b) Los neutrones no tienen carga eléctrica.
- c) Los electrones se encuentran alrededor del núcleo.
Número atómico y número másico
Para distinguir un átomo de otro usamos dos números:
¿Por qué A no cuenta los electrones? Porque los electrones son tan livianos que casi no aportan masa; la masa del átomo está en el núcleo.
Respuesta del «tu turno»: $Z = 8$ y $A = 8 + 8 = 16$.
Un átomo tiene 6 protones, 6 neutrones y 6 electrones. a) ¿Cuál es su número atómico $Z$ y cuál es su número másico $A$? b) ¿Por qué este átomo es eléctricamente neutro?…
Un átomo tiene 6 protones, 6 neutrones y 6 electrones.
- a) ¿Cuál es su número atómico $Z$ y cuál es su número másico $A$?
- b) ¿Por qué este átomo es eléctricamente neutro? Explica comparando las cargas de sus partículas.
Daniela estudia la siguiente tabla, que describe tres átomos distintos en su clase de Biología. | Átomo | Protones | Neutrones | Electrones |…
Daniela estudia la siguiente tabla, que describe tres átomos distintos en su clase de Biología.
| Átomo | Protones | Neutrones | Electrones |
|---|---|---|---|
| X | 1 | 0 | 1 |
| Y | 8 | 8 | 8 |
| Z | 11 | 12 | 11 |
- a) Calcula el número másico $A$ de cada átomo.
- b) Indica en cuál de ellos hay más partículas en el núcleo y explica cómo lo determinaste.
- c) Explica por qué en cada caso el número de protones coincide con el de electrones.
Neutralidad eléctrica y masa
Un átomo normal es eléctricamente neutro: no tiene carga total. La razón es sencilla: cada protón tiene una carga $+1$ y cada electrón una carga $-1$ del mismo valor. Si hay igual número de ambos, las cargas se compensan.
$$\text{átomo neutro: } n.º\ \text{de electrones} = n.º\ \text{de protones} = Z$$Un ejemplo con el carbono ($Z = 6$): $6(+1) + 6(-1) = 0$.
Sobre la masa: un protón y un neutrón tienen masas casi iguales, y un electrón es unas 1.800 veces más liviano. Aunque los electrones ocupan casi todo el volumen del átomo, aportan una masa mínima. Casi toda la masa del átomo se concentra en el núcleo.
Santiago afirma: «Los electrones son las partículas que más contribuyen a la masa de un átomo, porque son las que están en la parte más grande de este». Con lo que sabes…
Santiago afirma: «Los electrones son las partículas que más contribuyen a la masa de un átomo, porque son las que están en la parte más grande de este». Con lo que sabes sobre la estructura del átomo, explica si su afirmación es correcta. Indica dónde se concentra casi toda la masa del átomo y compara de forma general la masa de los electrones con la de los protones y los neutrones.
Elementos, isótopos e iones
¿Qué hace que un átomo sea de carbono y no de oxígeno? El número de protones (Z). Todos los átomos con $Z = 6$ son carbono; todos con $Z = 8$ son oxígeno. Z es la «identidad» del elemento.
Los neutrones pueden variar sin cambiar el elemento. Dos átomos del mismo elemento con distinto número de neutrones se llaman isótopos.
| Átomo | Z | A | Protones | Neutrones | Electrones |
|---|---|---|---|---|---|
| Carbono-12 | 6 | 12 | 6 | 6 | 6 |
| Carbono-14 | 6 | 14 | 6 | 8 | 6 |
Ambos son carbono porque tienen 6 protones; solo difieren en la masa.
Un átomo también puede ganar o perder electrones. Entonces deja de ser neutro y se convierte en un ion. Esto solo afecta a la corteza, no al núcleo:
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Si pierde electrones, queda con más protones que electrones: ion positivo.
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Si gana electrones, queda con más electrones que protones: ion negativo.
Respuesta del «tu turno»: no cambian ($Z = 11$ y $A = 23$), porque el electrón salió de la corteza y no del núcleo. Sigue siendo sodio.
Estos iones, como el $\text{Na}^+$ y el $\text{K}^+$, son importantes en las células: los verás de nuevo en el transporte a través de la membrana.
Un átomo de carbono tiene número atómico $Z = 6$ y número másico $A = 12$. Otro átomo de carbono tiene $Z = 6$ y $A = 14$. a) Determina cuántos protones, neutrones y…
Un átomo de carbono tiene número atómico $Z = 6$ y número másico $A = 12$. Otro átomo de carbono tiene $Z = 6$ y $A = 14$.
- a) Determina cuántos protones, neutrones y electrones tiene cada átomo neutro.
- b) Explica por qué ambos siguen siendo átomos del mismo elemento a pesar de tener distinto número másico.
- c) Argumenta qué partícula determina la identidad de un elemento y por qué el número de neutrones no la cambia.
Mariangel observa que un átomo neutro de sodio tiene 11 protones y 12 neutrones. Luego lee que este átomo puede perder un electrón y convertirse en un ion. a) Calcula el…
Mariangel observa que un átomo neutro de sodio tiene 11 protones y 12 neutrones. Luego lee que este átomo puede perder un electrón y convertirse en un ion.
- a) Calcula el número atómico y el número másico del átomo neutro.
- b) Determina cuántos electrones tiene el átomo después de perder uno y cuál es la carga eléctrica total que adquiere. Justifica comparando protones y electrones.
- c) Explica si al perder el electrón cambian el núcleo del átomo y el elemento al que pertenece. Argumenta tu respuesta con lo que sabes sobre la ubicación de cada partícula.
Vuelve al principio: el agua del vaso de Valentina, como todo lo demás, está formada por átomos unidos en moléculas; y cada átomo tiene un núcleo con protones y neutrones y electrones alrededor.
Resumen
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El átomo es la unidad básica de la materia; de átomos están hechos el agua, el aire y los seres vivos.
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Tiene protones (+) y neutrones (0) en el núcleo, y electrones (−) a su alrededor.
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$Z$ = número de protones; $A = Z + N$ = protones + neutrones.
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Átomo neutro: electrones = protones. Casi toda la masa está en el núcleo.
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Z define el elemento; los isótopos difieren en neutrones. Un ion se forma al ganar o perder electrones, sin cambiar el núcleo.