3.3. Características de los átomos

Recapitulamos:

• Thomson descubre los electrones con los rayos catódicos.

• Rutherford propone que el núcleo de los átomos es como una gran partícula con carga positiva, pero luego descubrió que en realidad no era una gran partícula con carga positiva, sino que eran varias partículas las que tenían carga positiva, a las que denominó protones.

• En 1932, J. Chadwick, descubre otra partícula de masa similar a la del protón y que no tenía carga (por eso fue tan difícil encontrarla), a la que llamó neutrón.

Los átomos se caracterizan por unos números que tienen que ver con el número de partículas subatómicas que lo forman y un símbolo. Veamos cuales son estos números y estos símbolos:

• Número atómico

El número atómico, Z, es el número de protones que tiene un átomo. El número atómico es el número que determina si estamos ante un elemento u otro. [CONSULTA LA TABLA PERIÓDICA PARA IDENTIFICAR EL ELEMENTO POR SU NÚMERO ATÓMICO]

• Número másico

El número másico, A, es la suma del número de protones, Z, y el número de neutrones, N, de un átomo. Es decir: A=Z+N

• Símbolos químicos

Los símbolos químicos son una o dos letras. La primera siempre va en mayúsculas, y la segunda, si la tiene, en minúscula.

Los símbolos químicos unas veces coinciden con la primera letra de su nombre, y otras veces no. En algunos casos, el símbolo se refiere al nombre del elemento en latín, o en griego. Veamos algunos ejemplos:

A lo que ya hemos visto hay que añadirle:

• Carga eléctrica

La carga eléctrica puede ser NEUTRA, y esto sucede cuando hay igual número de protones y electrones. Decimos que el átomo es NEUTRO.

La carga eléctrica puede ser POSITIVA, y esto sucede cuando un átomo neutro pierde un electrón. Entonces tendrá más protones que electrones (más cargas positivas que negativas). Decimos que se forma un CATIÓN (ION POSITIVO). Esto es frecuente en los NO METALES (Ver clasificación de los elementos químicos).

La carga eléctrica puede ser NEGATIVA, y esto sucede cuando un átomo neutro coge un electrón de algún sitio. Entonces tendrá más electrones que protones (más cargas negativas que positivas). Decimos que se forma un ANIÓN (ION NEGATIVO). Esto es frecuente en los NO METALES (Ver clasificación de los elementos químicos).

La masa de un átomo podría expresarse en la unidad de masa del Sistema Internacional, es decir, el kilogramo. Sin embargo, los átomos pesan muy poco, por lo que se ha establecido por convenio una unidad de masa atómica unificada, cuyo símbolo es u:

La unidad de masa atómica es la doceava parte la masa de un átomo átomo del isótopo Carbono-12. La equivalencia con el kilogramo es:

Conociendo la masa de cada una de las partículas subatómicas, y conociendo el número de partículas subatómicas que tiene un átomo determinado (a través de sus número atómico y número másico), puede determinarse su masa en kg, y posteriormente su masa en u.

Ejemplo:

Nos preguntan ¿cuál es la masa de un átomo de carbono 14 en kg y en u?. Resolvemos paso a paso:

• Buscamos en la tabla periódica el número atómico del carbono: Z=6

• Nos dicen que se trata del isótopo C-14, luego su número másico es: A=14

• El número de PROTONES me lo dice el número atómico: nºprotones = 6

• El número de NEUTRONES se deduce del número másico, pues A = nºprotones + nº neutrones, luego: 14 = 6 + nºneutrones ➡ nºneutrones = 8

• El número de ELECTRONES, al tratarse de un átomo neutro, será el mismo que el número de protones: nºelectrones = 6

Pues calculamos:

Ahora quiero que os fijéis en el mismo cálculo, pero sin tener en cuenta la masa de los 6 electrones:

Como podéis ver, el resultado es exactamente el mismo. ¿Por qué?, porque la masa del electrón es muchiiiiiiiiisimo más pequeña que la masa de los protones y los neutrones, por tanto, es despreciable. Es decir, a la hora de calcula la masa de un átomo, podemos ahorrarnos considerar la masa de los electrones.

Ahora vamos a expresar la masa del átomo de Carbono-14 en unidad de masa atómica:

Prácticamente lo mismo que si sumamos el número de protones (6) y el número de neutrones (8), pues la masa del protón y del neutrón en unidades de masa atómica es prácticamente 1. Vamos a verlo:

Definición formal de isótopo:

Se llaman isótopos a los átomos de un mismo elemento químico que tienen distinto número de neutrones, es decir, tienen igual número atómico, Z, pero distinto valor de número másico, A.

La mayoría de los elementos químicos presentan dos o más isótopos estables. Hablamos de estabilidad, pues podemos imaginar cualquier isótopo de un elemento añadiendo o quitando neutrones, pero no todos son estables, y en el caso de crear artificialmente uno de estos isótopos, se desintegraría muy rápido.

Veamos el caso del Carbono (esto valdría con cualquier elemento). En la naturaleza se presentan tres isótopos del carbono, siendo el Carbono-14 inestable, pues se desintegra (radiactivo). El más abundante es el Carbono-12.

APLICACIONES DE LOS ISÓTOPOS RADIACTIVOS

Los isótopos radiactivos son aquellos que, por ser inestables, desprenden partículas en forma de radiación para alcanzar estabilidad. Esto presenta utilidades, entre las que destacamos:

LA GESTIÓN DE LOS RESIDUOS RADIACTIVOS

Los residuos empleados en la industria, medicina y centrales nucleares deben ser gestionados adecuadamente debido al poder contaminante que presentan. A día de hoy, la gestión consiste en introducirlos en bidones de acero y guardarlos en almacenes situados a mucha profundidad y en zonas geológicas estables (cementerios nucleares).