Fundamentos de la Teoría Atómica y la Estructura de la Materia

Todo aquello que ocupa un espacio se conoce como materia. Desde los granos de sal hasta los planetas, las estrellas y las galaxias, todos los objetos están compuestos por materia, que, a su vez, está constituida por átomos. Estas partículas son los constituyentes fundamentales de toda la materia en el universo.

La teoría atómica se originó en el siglo V a. C., cuando los filósofos griegos Demócrito y Leucipo postularon que toda la materia estaba compuesta por partículas minúsculas e indivisibles, llamadas átomos. A pesar de que esta idea no fue ampliamente aceptada en su época, perduró en el tiempo.

Modelos Atómicos Históricos

Modelo Atómico de Dalton (1808)

En el año 1808, el científico inglés John Dalton afirmó que la materia estaba compuesta por átomos, a los que definió como unidades indivisibles. Este modelo atómico marcó un hito al describir la estructura de la materia y se considera el inicio del estudio moderno de la química. Se basaba en los siguientes postulados:

• Los elementos están constituidos por átomos sumamente pequeños e indivisibles.
• Los átomos de un mismo elemento son semejantes y poseen masas y propiedades químicas y físicas idénticas, diferenciándose de los átomos de otros elementos.
• Los compuestos se forman mediante la combinación de átomos de diferentes elementos en proporciones fijas.
• Las reacciones químicas ocurren cuando se originan, se separan, combinan o reordenan átomos; sin embargo, los átomos no se modifican en sí mismos durante el proceso.

Dalton consideró los átomos de diferentes elementos como de distinta masa y tamaño, y tanto átomos del mismo elemento como de diferentes elementos podían unirse para formar compuestos. Aunque Dalton describió el átomo como una partícula extremadamente pequeña e indivisible, posteriores investigaciones condujeron al descubrimiento de los electrones, los protones y los neutrones.

Modelo Atómico de Thomson: El «Budín de Pasas»

El físico británico Joseph John Thomson propuso un nuevo modelo atómico tras el descubrimiento de los electrones. En su teoría, propuso al átomo como una esfera con carga positiva en la que se hallaban incrustadas las cargas negativas (electrones). Este modelo es popularmente conocido como el modelo del “budín de pasas”.

Modelo Atómico de Rutherford: El Núcleo Denso

En 1910, el físico neozelandés Ernest Rutherford, junto a su equipo, llevó a cabo una serie de experimentos utilizando láminas extremadamente delgadas de oro y otros metales. Estas láminas fueron bombardeadas con partículas alfa.

Observaron que la mayoría de las partículas atravesaban la lámina sin desviarse, o bien, sufrían solo una leve desviación. Estos resultados llevaron a Rutherford a concluir que la mayor parte del átomo era espacio vacío. Rutherford postuló que las cargas positivas y la masa de los átomos se encontraban concentradas en un núcleo denso y central dentro del átomo, al que llamó núcleo, y las partículas de carga negativa (electrones) giraban alrededor de este.

Más tarde, el científico inglés James Chadwick, quien fue alumno de Rutherford, descubrió el neutrón, otro componente del núcleo atómico y la tercera partícula fundamental del átomo.

Modelo Atómico de Bohr: Niveles de Energía

El físico danés Niels Bohr desarrolló su modelo atómico, basado en las ideas de Rutherford y de otros científicos. Según este modelo, los electrones giran alrededor del núcleo, distribuidos en diferentes niveles o capas, denominados “niveles de energía”. En dichos niveles, los electrones pueden girar libremente. Además, los electrones pueden captar energía al saltar a niveles de mayor energía, o liberarla al saltar de un nivel a otro de menor energía.

El Modelo Atómico Cuántico Actual

En la actualidad, con las contribuciones de científicos como Heisenberg y Schrödinger, se sabe que los electrones no giran alrededor del núcleo en órbitas fijas como se creía anteriormente. Los electrones se encuentran en regiones alrededor del núcleo llamadas nubes electrónicas, donde es más probable encontrarlos.

Los átomos están formados por protones, neutrones y electrones que se distribuyen en niveles y subniveles de energía. Este modelo se conoce como modelo cuántico y es el enfoque actual para comprender la estructura de los átomos.

Elementos Químicos y la Formación de Moléculas

Los elementos químicos son sustancias que están formadas por átomos de una misma clase. La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) reconoce la existencia de 118 elementos, lo que significa que toda la materia del universo está compuesta por estos 118 tipos de átomos. Entre estos elementos, los más comunes en el universo son el hidrógeno, el hierro, el oxígeno y el carbono. Algunos elementos menos comunes son el lutecio, el berkelio y el tulio.

Cuando los átomos se combinan entre sí, dan origen a las moléculas, que pueden ser:

• Monoatómicas: Están constituidas por átomos de un solo elemento; por ejemplo, una molécula de oxígeno se forma por dos átomos de ese elemento (O₂).
• Poliatómicas: Se componen por átomos de dos o más elementos diferentes. Por ejemplo, el amoniaco es una molécula constituida por un átomo del elemento nitrógeno y cuatro átomos del elemento hidrógeno (NH₄).

Las moléculas pueden constituirse por pocos o muchos átomos. Por ejemplo, una molécula de agua se compone de tres átomos: dos de hidrógeno y uno de oxígeno (H₂O). En contraste, una molécula de un azúcar llamado sacarosa está formada por 12 átomos de carbono, 22 átomos de hidrógeno y 11 átomos de oxígeno (C₁₂H₂₂O₁₁), con un total de 45 átomos.

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