Ejemplos de átomos, elementos e isótopos

Es mejor pensar en los átomos como los fragmentos indivisibles más pequeños de materia ordinaria. De hecho, su nombre se deriva del griego que significa "no se puede cortar". Los átomos están formados por protones, neutrones y electrones, aunque el tipo más pequeño y simple, el átomo de hidrógeno, no contiene neutrones.

Un elemento es materia que consta de un solo tipo de átomo. Cuando miras la tabla periódica de los elementos, cada caja que ves está ocupada por una sustancia con una disposición única de protones y neutrones. En el caso especial de que sólo esté presente un átomo de un elemento, la definición de "átomo" y "elemento" son idénticas. Alternativamente, puede tener 10 o 100 o 1,000,000 de toneladas de materia que constan de un solo elemento, siempre que cada átomo de esa masa gigante sea idéntico. Dicho de otra manera, cuando se le presenta un átomo y un elemento y se le dice que solo uno es microscópico, usted sabe cuál es un ejemplo de elemento (aunque no todas las agregaciones de un solo elemento, por supuesto, son lo suficientemente grandes para ser vistos a simple vista o incluso un convencional microscopio).

Ejemplos de átomos de los que es prácticamente seguro haber oído hablar, a menos, es decir, que acaba de aterrizar aquí desde otro planeta, o tal vez en un universo paralelo en el que los átomos mismos son inauditos, incluidos el hidrógeno, el oxígeno y el carbono, como mínimo. El hidrógeno y el oxígeno son los dos átomos del agua, siendo la fórmula química del agua H₂O porque uno molécula de agua contiene dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. Tenga en cuenta que el agua, aunque no puede perder ninguno de sus átomos constituyentes y seguir siendo agua, no es un elemento, porque no todos sus átomos son idénticos. En cambio, es un compuesto. (Más sobre esta nomenclatura pronto).

Cada átomo puede incluir tres componentes diferentes: protones, neutrones y electrones. De hecho, cada átomo además del átomo de hidrógeno contiene al menos uno de cada uno; el hidrógeno consta de un protón y un electrón, pero no tiene neutrones. Los protones y los neutrones tienen casi la misma masa, siendo la de un protón 1,6726231 x 10^-27 kg y el de un electrón es 1,6749286 x 10^-27 kg. Los electrones son aún más pequeños, tanto que su masa combinada puede despreciarse con fines prácticos al calcular la masa de un átomo dado. Un electrón tiene una masa de 9,1093897 x 10^-31 kg.

Los átomos en su forma elemental contienen el mismo número de protones y electrones. Un protón lleva una pequeña carga eléctrica positiva, designada +1, mientras que un electrón tiene una carga de -1. Los neutrones no tienen carga, por lo que un átomo ordinario no tiene carga neta, ya que la carga positiva del protón y la carga negativa del electrón se cancelan entre sí. Sin embargo, algunos átomos tienen un número desigual de protones y electrones y, por lo tanto, tienen una carga neta (por ejemplo, -2 o +3); estos átomos se llaman iones.

Físicamente, los átomos están dispuestos aproximadamente como el sistema solar, con pequeños trozos de materia girando alrededor del centro mucho más masivo. En astronomía, sin embargo, la fuerza gravitacional es lo que mantiene a los planetas girando alrededor del sol; en los átomos, es una fuerza electrostática. Los protones y neutrones de un átomo se agrupan para formar el centro, llamado núcleo. Debido a que el núcleo incluye solo componentes positivos y no portadores de carga, está cargado positivamente. Mientras tanto, los electrones existen en una nube alrededor del núcleo, atraídos hacia él por su carga positiva. La posición de un electrón en cualquier instante no se puede conocer con precisión, pero su probabilidad de estar en una ubicación determinada en el espacio se puede calcular con gran precisión. Esta incertidumbre forma la base de la física cuántica, un campo floreciente que ha pasado de lo teórico a una serie de aplicaciones importantes en ingeniería y tecnología informática.

La tabla periódica de los elementos es un medio universal para que los científicos y los estudiantes principiantes familiarizarse con los nombres de todos los diferentes átomos, junto con un resumen de sus propiedades. Estos se encuentran en todos los libros de texto de química y en lugares ilimitados en línea. Debe tener uno a mano como referencia al consultar esta sección.

La tabla periódica contiene los nombres y abreviaturas de una o dos letras de los 103 elementos, o si lo prefiere, tipos de átomos. 92 de estos son de origen natural, mientras que los 11 más pesados, numerados del 93 al 103, se han producido solo en condiciones de laboratorio. El número de cada elemento en la tabla periódica corresponde a su número atómico y, por lo tanto, al número de protones que contiene. El cuadro de la tabla correspondiente a un elemento suele mostrar su masa atómica, es decir, la masa total de sus protones, neutrones y electrones, en la parte inferior del cuadro, debajo del nombre del átomo. Dado que para propósitos prácticos esto equivale a la masa de los protones y neutrones solamente, y debido a que los protones y neutrones tienen muy cerca de la misma masa, puede deducir cuántos neutrones tiene un átomo restando su número atómico (el número de protones) de la masa atómica y redondeando apagado. Por ejemplo, el sodio (Na) es el número 11 en la tabla periódica y tiene una masa de 22,99 unidades de masa atómica (uma). Redondeando esto a 23, puede calcular que el sodio debe tener 23 - 11 = 12 neutrones.

De todo lo anterior, puede deducir que los átomos se vuelven más pesados ​​a medida que uno se mueve de izquierda a derecha y de arriba a abajo. en la parte inferior de la tabla, como leer una página de un libro en la que cada palabra nueva es un poco más grande que la anterior palabra.

Los elementos pueden existir como sólidos, líquidos o gases en su estado nativo. El carbono (C) es un ejemplo de sólido; el mercurio (Hg), que se encuentra en los termómetros de la "vieja escuela", es un líquido; y el hidrógeno (H) existe como gas. Se pueden agrupar, con la ayuda de la tabla periódica, en categorías en función de sus propiedades físicas. Una forma conveniente de dividirlos es en metales y no metales. Los metales incluyen seis subtipos, mientras que los no metales solo presentan dos. (El boro, el arsénico, el silicio, el germanio, el antimonio, el telurio y el astato se consideran metaloides).

La tabla periódica incluye 18 columnas, aunque no todos los espacios posibles en cada columna están ocupados. La primera fila completa, es decir, la primera instancia de las 18 columnas que contienen un elemento, comienza con el elemento número 19 (K o potasio) y termina con el número 36 (Kr o criptón). Esto parece incómodo de un vistazo, pero asegura que los átomos con propiedades similares en términos de su El comportamiento de vinculación y otras variables permanecen en filas, columnas u otros grupos fácilmente identificables dentro del mesa.

Los isótopos son átomos diferentes que tienen el mismo número atómico y, por lo tanto, son el mismo elemento, pero tienen diferentes números de neutrones. Por tanto, varían en su masa atómica. Más información sobre isótopos aparece en una sección posterior.

El comportamiento de los enlaces es uno de los diversos criterios por los que se pueden separar los átomos. Por ejemplo, los seis elementos naturales de la columna 18 (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) se denominan Gases nobles porque son esencialmente no reactivos con otros elementos; esto recuerda cómo, en los viejos tiempos, los miembros de las clases de la nobleza no se mezclaban con la gente común.

Los metales se pueden dividir en seis tipos (alcalinos, alcalinotérreos, de transición, de postransición y los actinoides y lantanoides). Todos estos se encuentran en distintas regiones de la tabla periódica. La mayoría de los elementos son metales de algún tipo, pero los 17 no metales incluyen algunos de los átomos más conocidos, como oxígeno, nitrógeno, azufre y fósforo, todos los cuales son esenciales para la vida.

Un compuesto está hecho de uno o más elementos. Por ejemplo, el agua es un compuesto. Pero también puede tener uno o más elementos o compuestos disueltos en otro compuesto líquido (generalmente agua), como azúcar disuelto en agua. Este es un ejemplo de una solución porque las moléculas del soluto (el sólido disuelto) no se unen a las moléculas del soluto (como agua, etanol o lo que sea).

La unidad más pequeña de un compuesto se llama molécula. La relación de los átomos con los elementos refleja la relación entre moléculas y compuestos. Si tiene un trozo de sodio puro, un elemento, y lo reduce a su tamaño más pequeño posible, lo que queda es un átomo de sodio. Si tiene una colección de cloruro de sodio puro (sal de mesa; NaCl) y reducirlo al más pequeño de lo que puede tomar mientras mantiene todas sus propiedades físicas y químicas, te queda una molécula de cloruro de sodio.

Los 10 elementos más abundantes en la Tierra constituyen aproximadamente el 99 por ciento de la masa de todos los elementos que se encuentran en todo el planeta, incluida la atmósfera. El oxígeno (O) por sí solo representa el 46,6 por ciento de la masa de la Tierra. El silicio (Si) representa el 27,7 por ciento, mientras que el aluminio (Al) se registra en el 8,1 por ciento y el hierro (Fe) en el 5,0 por ciento. Los siguientes cuatro más abundantes existen como electrolitos en el cuerpo humano: calcio (Ca) al 3.6 por ciento, sodio (Na) al 2.8 por ciento, potasio (K) al 2.6 por ciento y magnesio (Mg) al 2.1 por ciento.

Los elementos que se encuentran en cantidades considerables en forma visible, o los elementos que son simplemente notorios, pueden considerarse elementos importantes en cierto sentido. Cuando miras el oro puro, ya sea una pequeña escama o un gran ladrillo (¡este último es poco probable!), Estás viendo un solo elemento. Esa pieza de oro todavía se consideraría oro incluso si quedara todo menos un átomo. Por otro lado, como señala la NASA, una moneda de oro podría tener alrededor de 20.000.000.000.000.000.000.000 (20 septillones) de átomos de oro, dependiendo del tamaño de la moneda.

Un isótopo es una variante de un átomo, de la misma manera que un Doberman Pinscher es una variante de un perro. Una propiedad importante de un tipo dado de átomo, como recordará, es que su número atómico y, por tanto, el número de protones que contiene, no puede cambiar. Por lo tanto, si los átomos van a tener variantes, esta variación debe ser el resultado de diferencias en el número de neutrones.

La mayoría de los elementos tienen un solo isótopo estable, que es la forma en la que el elemento se encuentra más comúnmente. Sin embargo, algunos elementos existen de forma natural como una mezcla de isótopos. Por ejemplo, el hierro (Fe) consiste en aproximadamente el 5,845 por ciento de ⁵⁴Fe, 91,754 por ciento de ⁵⁶Fe, 2,119 por ciento de ⁵⁷Fe y 0,282 por ciento de ⁵⁸Fe. Los superíndices en el lado izquierdo de las abreviaturas de los elementos indican el número de protones más neutrones. Dado que el número atómico del hierro es 26, los isótopos enumerados anteriormente, en orden, tienen 28, 30, 31 y 32 neutrones.

Todos los isótopos de un átomo dado tienen las mismas propiedades químicas, lo que significa que su comportamiento de enlace es el mismo. Sus propiedades físicas, como sus masas, puntos de ebullición y puntos de fusión, son diferentes y son el medio utilizado para distinguirlos.