Átomo

1 Å = 100,000 fm

1 fm

Representación de un átomo de helio.

Un átomo es la unidad constituyente más pequeña de lamateria que tiene las propiedades de un elemento quími-co.[1] Cada sólido, líquido, gas y plasma se compone deátomos neutros o ionizados. Los átomos son muy peque-ños; los tamaños típicos son alrededor de 100 pm (diezmil millonésima parte de un metro).[2] No obstante, losátomos no tienen límites bien definidos y hay diferentesformas de definir su tamaño que dan valores diferentespero cercanos.Los átomos son lo suficientemente pequeños para que lafísica clásica dé resultados notablemente incorrectos. Através del desarrollo de la física, losmodelos atómicos hanincorporado principios cuánticos para explicar y predecirmejor su comportamiento.Cada átomo se compone de un núcleo y uno o máselectrones unidos al núcleo. El núcleo está compuesto deuno o más protones y típicamente un número similar deneutrones (ninguno en el hidrógeno-1). Los protones y losneutrones son llamados nucleones. Más del 99,94 % de lamasa del átomo está en el núcleo. Los protones tienen unacarga eléctrica positiva, los electrones tienen una cargaeléctrica negativa y los neutrones no tienen carga eléctri-ca. Si el número de protones y electrones son iguales, eseátomo es eléctricamente neutro. Si un átomo tiene más omenos electrones que protones, entonces tiene una cargaglobal negativa o positiva, respectivamente, y se denomi-na ion.Los electrones de un átomo son atraídos por los protones

en un núcleo atómico por esta fuerza electromagnética.Los protones y los neutrones en el núcleo son atraídos eluno al otro por una fuerza diferente, la fuerza nuclear, quees generalmente más fuerte que la fuerza electromagné-tica que repele los protones cargados positivamente entresí. Bajo ciertas circunstancias, la fuerza electromagnéti-ca repelente se vuelve más fuerte que la fuerza nuclear ylos nucleones pueden ser expulsados del núcleo, dejandotras de sí un elemento diferente: desintegración nuclearque resulta en transmutación nuclear.El número de protones en el núcleo define a qué elementoquímico pertenece el átomo: por ejemplo, todos los áto-mos de cobre contienen 29 protones. El número de neu-trones define el isótopo del elemento.[3] El número deelectrones influye en las propiedades magnéticas de unátomo. Los átomos pueden unirse a otro u otros átomospor enlaces químicos para formar compuestos químicostales comomoléculas. La capacidad de los átomos de aso-ciarse y disociarse es responsable de la mayor parte de loscambios físicos observados en la naturaleza y es el temade la disciplina de la química.No toda la materia del universo está compuesta de áto-mos. La materia oscura constituye más del universo quela materia y no se compone de átomos, sino de partículasde un tipo actualmente desconocido.

1 Introducción

El nombre «átomo» proviene del latín atomum, y estedel griego ἄτομον 'no cortado, sin porciones, indivisible';también, se deriva de a- ('no') y tómo- 'trozo cortado, por-ción, parte'.[4] El concepto de átomo como bloque bási-co e indivisible que compone la materia del universo fuepostulado por la escuela atomista en la Antigua Grecia.Sin embargo, no fueron considerados seriamente por loscientíficos hasta el siglo XIX, cuando fueron introducidospara explicar ciertas leyes químicas. Con el desarrollo dela física nuclear en el siglo XX se comprobó que el átomopuede subdividirse en partículas más pequeñas.[5][6]

Los átomos son objetos muy pequeños con masas igual-mente minúsculas: su diámetro y masa son del orden dela billonésima parte de un metro y cuatrillonésima partede un gramo. Solo pueden ser observados mediante ins-trumentos especiales tales como un microscopio de efec-to túnel. Más de un 99,94 % de la masa del átomo estáconcentrada en su núcleo, en general repartida de mane-ra aproximadamente equitativa entre protones y neutro-

1

2 2 ESTRUCTURA ATÓMICA

nes. El núcleo de un átomo puede ser inestable y sufriruna transmutación mediante desintegración radioactiva.Los electrones en la nube del átomo están repartidos endistintos niveles de energía u orbitales, y determinan laspropiedades químicas del mismo. Las transiciones entrelos distintos niveles dan lugar a la emisión o absorción deradiación electromagnética en forma de fotones, y son labase de la espectroscopia.

2 Estructura atómica

2.1 Partículas subatómicas

A pesar de que átomo significa ‘indivisible’, en realidadestá formado por varias partículas subatómicas. El átomocontiene protones, neutrones y electrones, con la excep-ción del hidrógeno-1, que no contiene neutrones, y del ca-tión hidrógeno o hidrón, que no contiene electrones. Losprotones y neutrones del átomo se denominan nucleones,por formar parte del núcleo atómico.El electrón es la partícula más ligera de cuantas compo-nen el átomo, con una masa de 9,11 · 10−31 kg. Tiene unacarga eléctrica negativa, cuya magnitud se define como lacarga eléctrica elemental, y se ignora si posee subestruc-tura, por lo que se lo considera una partícula elemental.Los protones tienen una masa de 1,67 · 10−27 kg, 1836veces la del electrón, y una carga positiva opuesta a la deeste. Los neutrones tienen un masa de 1,69 · 10−27 kg,1839 veces la del electrón, y no poseen carga eléctrica.Las masas de ambos nucleones son ligeramente inferio-res dentro del núcleo, debido a la energía potencial delmismo; y sus tamaños son similares, con un radio del or-den de 8 · 10−16 m o 0,8 femtómetros (fm).[7]

El protón y el neutrón no son partículas elementales, sinoque constituyen un estado ligado de quarks u y d, partícu-las fundamentales recogidas en el modelo estándar de lafísica de partículas, con cargas eléctricas iguales a +2/3 y−1/3 respectivamente, respecto de la carga elemental. Unprotón contiene dos quarks u y un quark d, mientras que elneutrón contiene dos d y un u, en consonancia con la car-ga de ambos. Los quarks se mantienen unidos mediantela fuerza nuclear fuerte, mediada por gluones —del mis-mo modo que la fuerza electromagnética está mediadapor fotones—. Además de estas, existen otras partículassubatómicas en el modelo estándar: más tipos de quarks,leptones cargados (similares al electrón), etc.

2.2 El núcleo atómico

Los protones y neutrones de un átomo se encuentran li-gados en el núcleo atómico, la parte central del mismo.El volumen del núcleo es aproximadamente proporcio-nal al número total de nucleones, el número másico A,[8]lo cual es mucho menor que el tamaño del átomo, cuyoradio es del orden de 105 fm o 1 ångström (Å). Los nu-

cleones se mantienen unidos mediante la fuerza nuclear,que es mucho más intensa que la fuerza electromagnéti-ca a distancias cortas, lo cual permite vencer la repulsióneléctrica entre los protones.[9]

Los átomos de un mismo elemento tienen el mismo nú-mero de protones, que se denomina número atómico y serepresenta por Z. Los átomos de un elemento dado pue-den tener distinto número de neutrones: se dice entoncesque son isótopos. Ambos números conjuntamente deter-minan el núclido.El núcleo atómico puede verse alterado por procesos muyenergéticos en comparación con las reacciones químicas.Los núcleos inestables sufren desintegraciones que pue-den cambiar su número de protones y neutrones emitien-do radiación. Un núcleo pesado puede fisionarse en otrosmás ligeros en una reacción nuclear o espontáneamente.Mediante una cantidad suficiente de energía, dos o másnúcleos pueden fusionarse en otro más pesado.En átomos con número atómico bajo, los núcleos con unacantidad distinta de protones y neutrones tienden a desin-tegrarse en núcleos con proporciones más parejas, másestables. Sin embargo, para valores mayores del núme-ro atómico, la repulsión mutua de los protones requie-re una proporción mayor de neutrones para estabilizar elnúcleo.[10]

2.3 Nube de electrones

1s 2s 2px 2py 2pz

Los cinco primeros orbitales atómicos.

Los electrones en el átomo son atraídos por los protones através de la fuerza electromagnética. Esta fuerza los atra-pa en un pozo de potencial electrostático alrededor delnúcleo, lo que hace necesaria una fuente de energía ex-terna para liberarlos. Cuanto más cerca está un electróndel núcleo, mayor es la fuerza atractiva, y mayor por tantola energía necesaria para que escape.Los electrones, como otras partículas, presentan simultá-neamente propiedades de partícula puntual y de onda, ytienden a formar un cierto tipo de onda estacionaria alre-dedor del núcleo, en reposo respecto de este. Cada una deestas ondas está caracterizada por un orbital atómico, unafunción matemática que describe la probabilidad de en-contrar al electrón en cada punto del espacio. El conjuntode estos orbitales es discreto, es decir, puede enumerar-se, como es propio en todo sistema cuántico. La nube deelectrones es la región ocupada por estas ondas, visuali-zada como una densidad de carga negativa alrededor delnúcleo.

3.3 Niveles de energía 3

Cada orbital corresponde a un posible valor de ener-gía para los electrones, que se reparten entre ellos. Elprincipio de exclusión de Pauli prohíbe que más de doselectrones se encuentren en el mismo orbital. Puedenocurrir transiciones entre los distintos niveles de ener-gía: si un electrón absorbe un fotón con energía suficiente,puede saltar a un nivel superior; también desde un nivelmás alto puede acabar en un nivel inferior, radiando elresto de la energía en un fotón. Las energías dadas porlas diferencias entre los valores de estos niveles son lasque se observan en las líneas espectrales del átomo.

3 Propiedades atómicas

3.1 Masa

La mayor parte de la masa del átomo viene de losnucleones, los protones y neutrones del núcleo. Tambiéncontribuyen en una pequeña parte la masa de los electro-nes, y la energía de ligadura de los nucleones, en virtud dela equivalencia entre masa y energía. La unidad de masaque se utiliza habitualmente para expresarla es la unidadde masa atómica (u). Esta se define como la doceava par-te de la masa de un átomo neutro de carbono-12 libre,cuyo núcleo contiene 6 protones y 6 neutrones, y equiva-le a 1,66 · 10−27 kg aproximadamente. En comparaciónel protón y el neutrón libres tienen una masa de 1,007y 1,009 u. La masa de un átomo es entonces aproxima-damente igual al número de nucleones en su núcleo —el número másico— multiplicado por la unidad de masaatómica. El átomo estable más pesado es el plomo-208,con una masa de 207,98 u.[11]

En química se utiliza también el mol como unidad demasa. Un mol de átomos de cualquier elemento equiva-le siempre al mismo número de estos (6,022 · 1023), locual implica que un mol de átomos de un elemento conmasa atómica de 1 u pesa aproximadamente 1 gramo. Engeneral, un mol de átomos de un cierto elemento pesa deforma aproximada tantos gramos como la masa atómicade dicho elemento.

3.2 Tamaño

Los átomos no están delimitados por una frontera clara,por lo que su tamaño se equipara con el de su nube elec-trónica. Sin embargo, tampoco puede establecerse unamedida de esta, debido a las propiedades ondulatorias delos electrones. En la práctica, se define el radio atómicoestimándolo en función de algún fenómeno físico, comola cantidad y densidad de átomos en un volumen dado, ola distancia entre dos núcleos en una molécula.Los diversos métodos existentes arrojan valores para elradio atómico de entre 0,5 y 5 Å. Dentro de la tabla pe-riódica de los elementos, el tamaño de los átomos tiende adisminuir a lo largo de un periodo —una fila—, para au-

mentar súbitamente al comienzo de uno nuevo, a medidaque los electrones ocupan niveles de energía más altos.[12]

Las dimensiones del átomo son miles de veces más pe-queñas que la longitud de onda de la luz (400-700 nm) porlo que estos no pueden ser observados utilizando instru-mentos ópticos. En comparación, el grosor de un cabellohumano es equivalente a un millón de átomos de carbono.Si una manzana fuera del tamaño de la Tierra, los átomosen ella serían tan grandes como la manzana original.[13]

3.3 Niveles de energía

Un electrón ligado en el átomo posee una energía poten-cial inversamente proporcional a su distancia al núcleo yde signo negativo, lo que quiere decir que esta aumentacon la distancia. La magnitud de esta energía es la can-tidad necesaria para desligarlo, y la unidad usada habi-tualmente para expresarla es el electrónvoltio (eV). Enel modelo mecanocuántico solo hay un conjunto discretode estados o niveles en los que un electrón ligado puedeencontrarse —es decir, enumerables—, cada uno con uncierto valor de la energía. El nivel con el valor más bajose denomina el estado fundamental, mientras que el restose denominan estados excitados.Cuando un electrón efectúa una transición entre dos es-tados distintos, absorbe o emite un fotón, cuya energía esprecisamente la diferencia entre los dos niveles. La ener-gía de un fotón es proporcional a su frecuencia, así quecada transición se corresponde con una banda estrechadel espectro electromagnético denominada línea espec-tral.

390

400 500450

600550

700650 750

KH G F E D C B A

wavelength in nm

h g f e d h c hb

a4-13-1

Un ejemplo de líneas de absorción en un espectro

Cada elemento químico posee un espectro de líneas ca-racterístico. Estas se detectan como líneas de emisión enla radiación de los átomos del mismo. Por el contrario,si se hace pasar radiación con un espectro de frecuen-cias continuo a través de estos, los fotones con la energíaadecuada son absorbidos. Cuando los electrones excita-dos decaen más tarde, emiten en direcciones aleatorias,por lo que las frecuencias características se observan co-mo líneas de absorción oscuras. Las medidas espectros-cópicas de la intensidad y anchura de estas líneas permitedeterminar la composición de una sustancia.Algunas líneas espectrales se presentan muy juntas entresí, tanto que llegaron a confundirse con una sola histó-ricamente, hasta que fue descubierta su subestructura oestructura fina. La causa de este fenómeno se encuentraen las diversas correcciones a considerar en la interac-

4 4 HISTORIA DE LA TEORÍA ATÓMICA

ción entre los electrones y el núcleo. Teniendo en cuentatan solo la fuerza electrostática, ocurre que algunas de lasconfiguraciones electrónicas pueden tener la misma ener-gía aun siendo distintas. El resto de pequeños efectos yfuerzas en el sistema electrón-núcleo rompe esta redun-dancia o degeneración, dando lugar a la estructura fina.Estos incluyen las correcciones relativistas al movimien-to de electrón, la interacción de su momento magnéticocon el campo eléctrico y con el núcleo, etc.[14]

Además, en presencia de un campo externo los niveles deenergía se ven modificados por la interacción del electróncon este, en general produciendo o aumentando la divi-sión entre los niveles de energía. Este fenómeno se cono-ce como efecto Stark en el caso de un campo eléctrico, yefecto Zeeman en el caso de un campo magnético.Las transiciones de un electrón a un nivel superior ocurrenen presencia de radiación electromagnética externa, queprovoca la absorción del fotón necesario. Si la frecuenciade dicha radiación es muy alta, el fotón es muy energé-tico y el electrón puede liberarse, en el llamado efectofotoeléctrico.Las transiciones a un nivel inferior pueden ocurrir de ma-nera espontánea, emitiendo la energía mediante un fotónsaliente; o de manera estimulada, de nuevo en presenciade radiación. En este caso, un fotón «entrante» apropiadoprovoca que el electrón decaiga a un nivel con una dife-rencia de energía igual a la del fotón entrante. De estemodo, se emite un fotón saliente cuya onda asociada estásincronizada con la del primero, y en la misma dirección.Este fenómeno es la base del láser.

3.4 Interacciones eléctricas entre protonesy electrones

Antes del experimento de Rutherford la comunidad cien-tífica aceptaba el modelo atómico de Thomson, situaciónque varió después de la experiencia de Ernest Rutherford.Los modelos posteriores se basan en una estructura de losátomos con una masa central cargada positivamente ro-deada de una nube de carga negativa.[15]

Este tipo de estructura del átomo llevó a Rutherford aproponer su modelo en que los electrones se moverían al-rededor del núcleo en órbitas. Este modelo tiene una difi-cultad proveniente del hecho de que una partícula car-gada acelerada, como sería necesario para mantenerseen órbita, radiaría radiación electromagnética, perdiendoenergía. Las leyes de Newton, junto con las ecuacionesde Maxwell del electromagnetismo aplicadas al átomo deRutherford llevan a que en un tiempo del orden de 10−10s, toda la energía del átomo se habría radiado, con la con-siguiente caída de los electrones sobre el núcleo.[16]

Varios átomos y moléculas como se muestra en A New Systemof Chemical Philosophy de John Dalton (1808).

4 Historia de la teoría atómica

El concepto de átomo existe desde la Antigua Grecia pro-puesto por los filósofos griegos Demócrito, Leucipo yEpicuro, sin embargo, no se generó el concepto por me-dio de la experimentación sino como una necesidad filo-sófica que explicara la realidad, ya que, como proponíanestos pensadores, la materia no podía dividirse indefini-damente, por lo que debía existir una unidad o bloque in-divisible e indestructible que al combinarse de diferentesformas creara todos los cuerpos macroscópicos que nosrodean.[17] El siguiente avance significativo no se realizóhasta que en 1773 el químico francés Antoine-Laurent deLavoisier postuló su enunciado: «La materia no se crea nise destruye, simplemente se transforma». La ley de con-servación de la masa o ley de conservación de la materia;demostrado más tarde por los experimentos del químicoinglés John Dalton quien en 1804, luego de medir la masade los reactivos y productos de una reacción, y concluyóque las sustancias están compuestas de átomos esféricosidénticos para cada elemento, pero diferentes de un ele-mento a otro.[18]

Luego en 1811, el físico italiano Amedeo Avogadro,postuló que a una temperatura, presión y volumen dados,un gas contiene siempre el mismo número de partículas,sean átomos o moléculas, independientemente de la na-turaleza del gas, haciendo al mismo tiempo la hipótesisde que los gases son moléculas poliatómicas con lo quese comenzó a distinguir entre átomos y moléculas.[19]

El químico ruso Dmítri Ivánovich Mendeléyev creó en1869 una clasificación de los elementos químicos en or-den creciente de sumasa atómica, remarcando que existíauna periodicidad en las propiedades químicas. Este traba-jo fue el precursor de la tabla periódica de los elementoscomo la conocemos actualmente.[20]

La visión moderna de su estructura interna tuvo que es-perar hasta el experimento de Rutherford en 1911. Es-

5.1 Modelo de Dalton 5

te experimento llevó al modelo atómico de Rutherfordque no podía explicar adecuadamente la estabilidad delos átomos ni los espectros atómicos, por lo que NielsBohr formuló su modelo atómico de Bohr en términosheurísticos, que daba cuenta de esos hechos sin explicar-los convenientemente. Posteriores descubrimientos cien-tíficos, como la teoría cuántica, y avances tecnológicos,como el microscopio electrónico, han permitido conocercon mayor detalle las propiedades físicas y químicas delos átomos.[21]

5 Evolución del modelo atómico

Los elementos básicos de la materia son tres.

Cuadro general de las partículas, quarks y leptones.

La concepción del átomo que se ha tenido a lo largo dela historia ha variado de acuerdo a los descubrimientosrealizados en el campo de la física y la química. A conti-nuación se hará una exposición de los modelos atómicospropuestos por los científicos de diferentes épocas. Algu-nos de ellos son completamente obsoletos para explicarlos fenómenos observados actualmente, pero se incluyena manera de reseña histórica.

Tamaño relativo de las diferentes partículas atómicas.

5.1 Modelo de Dalton

Fue el primer modelo atómico con bases científicas, fueformulado en 1803 por John Dalton, quien imaginaba alos átomos como diminutas esferas.[22] Este primer mo-delo atómico postulaba:

• La materia está formada por partículas muy peque-ñas llamadas átomos, que son indivisibles y no sepueden destruir.

• Los átomos de un mismo elemento son iguales entresí, tienen su propio peso y cualidades propias. Losátomos de los diferentes elementos tienen pesos di-ferentes.

• Los átomos permanecen sin división, aun cuando secombinen en las reacciones químicas.

• Los átomos, al combinarse para formar compuestosguardan relaciones simples.

• Los átomos de elementos diferentes se pueden com-binar en proporciones distintas y formar más de uncompuesto.

• Los compuestos químicos se forman al unirse áto-mos de dos o más elementos distintos.

Sin embargo desapareció ante el modelo de Thomson yaque no explica los rayos catódicos, la radioactividad ni lapresencia de los electrones (e-) o protones(p+).

6 5 EVOLUCIÓN DEL MODELO ATÓMICO

Modelo atómico de Thomson.

5.2 Modelo de Thomson

Luego del descubrimiento del electrón en 1897 porJoseph John Thomson, se determinó que la materia secomponía de dos partes, una negativa y una positiva. Laparte negativa estaba constituida por electrones, los cua-les se encontraban, según este modelo, inmersos en unamasa de carga positiva a manera de pasas en un pastel(de la analogía del inglés plum-pudding model) o uvas engelatina. Posteriormente Jean Perrin propuso un modelomodificado a partir del de Thomson donde las «pasas»(electrones) se situaban en la parte exterior del «pastel»(la carga positiva).Para explicar la formación de iones, positivos y negativos,y la presencia de los electrones dentro de la estructuraatómica, Thomson ideó un átomo parecido a un pastel defrutas. Una nube positiva que contenía las pequeñas par-tículas negativas (los electrones) suspendidos en ella. Elnúmero de cargas negativas era el adecuado para neutra-lizar la carga positiva. En el caso de que el átomo perdieraun electrón, la estructura quedaría positiva; y si ganaba, lacarga final sería negativa. De esta forma, explicaba la for-mación de iones; pero dejó sin explicación la existenciade las otras radiaciones.

5.3 Modelo de Rutherford

Este modelo fue desarrollado por el físico Ernest Ruther-ford a partir de los resultados obtenidos en lo que hoy seconoce como el experimento de Rutherford en 1911. Re-presenta un avance sobre el modelo de Thomson, ya quemantiene que el átomo se compone de una parte positi-va y una negativa. Sin embargo, a diferencia del anterior,postula que la parte positiva se concentra en un núcleo,el cual también contiene virtualmente toda la masa delátomo, mientras que los electrones se ubican en una cor-

Modelo atómico de Rutherford.

teza orbitando al núcleo en órbitas circulares o elípticascon un espacio vacío entre ellos. A pesar de ser un mo-delo obsoleto, es la percepción más común del átomo delpúblico no científico.Rutherford predijo la existencia del neutrón en el año1920, por esa razón en el modelo anterior (Thomson),no se habla de este.Por desgracia, el modelo atómico de Rutherford presen-taba varias incongruencias:

• Contradecía las leyes del electromagnetismo deJames Clerk Maxwell, las cuales estaban muy com-probadas mediante datos experimentales. Según lasleyes de Maxwell, una carga eléctrica en movimien-to (en este caso el electrón) debería emitir energíaconstantemente en forma de radiación y llegaría unmomento en que el electrón caería sobre el núcleo yla materia se destruiría. Todo ocurriría muy breve-mente.

• No explicaba los espectros atómicos.

5.4 Modelo de Bohr

Este modelo es estrictamente un modelo del átomo dehidrógeno tomando como punto de partida el modelo deRutherford. Niels Bohr trata de incorporar los fenóme-nos de absorción y emisión de los gases, así como la nue-va teoría de la cuantización de la energía desarrollada porMax Planck y el fenómeno del efecto fotoeléctrico obser-vado por Albert Einstein.«El átomo es un pequeño sistema solar con un núcleo enel centro y electrones moviéndose alrededor del núcleo enórbitas bien definidas». Las órbitas están cuantizadas (lose- pueden estar solo en ciertas órbitas)

5.6 Modelo de Schrödinger 7

Modelo atómico de Bohr.

• Cada órbita tiene una energía asociada. La más ex-terna es la de mayor energía.

• Los electrones no irradian energía (luz) mientraspermanezcan en órbitas estables.

• Los electrones pueden saltar de una a otra órbita. Silo hace desde una de menor energía a una de mayorenergía absorbe un cuanto de energía (una cantidad)igual a la diferencia de energía asociada a cada órbi-ta. Si pasa de una de mayor a una de menor, pierdeenergía en forma de radiación (luz).

El mayor éxito de Bohr fue dar la explicación al espectrode emisión del hidrógeno, pero solo la luz de este ele-mento proporciona una base para el carácter cuántico dela luz, el fotón es emitido cuando un electrón cae de unaórbita a otra, siendo un pulso de energía radiada.Bohr no pudo explicar la existencia de órbitas estables ypara la condición de cuantización.Bohr encontró que el momento angular del electrón esh/2π por un método que no puede justificar.

5.5 Modelo de Sommerfeld

El modelo atómico de Bohr funcionaba muy bien para elátomo de hidrógeno, sin embargo, en los espectros reali-zados para átomos de otros elementos se observaba queelectrones de un mismo nivel energético tenían distintaenergía, mostrando que existía un error en el modelo. Suconclusión fue que dentro de un mismo nivel energéticoexistían subniveles, es decir, energías ligeramente dife-rentes. Además desde el punto de vista teórico, Sommer-feld había encontrado que en ciertos átomos las velocida-des de los electrones alcanzaban una fracción apreciablede la velocidad de la luz. Sommerfeld estudió la cuestiónpara electrones relativistas.

5s (ℓ=0)

5p (ℓ=1)

5d (ℓ=2)

5f (ℓ=3)

5g (ℓ=4)

Órbitas elípticas en el modelo de Sommerfeld.

El físico alemán finalmente Arnold Sommerfeld, con laayuda de la Teoría de la relatividad de Albert Einstein,hizo las siguientes modificaciones del modelo de Bohr:

1. Los electrones se mueven alrededor del núcleo, enórbitas circulares o elípticas.

2. A partir del segundo nivel energético existen dos omás subniveles en el mismo nivel.

3. El electrón es una corriente eléctrica minúscula.

En consecuencia, el modelo atómico de Sommerfeld esuna generalización del modelo atómico de Bohr desde elpunto de vista relativista, aunque no pudo demostrar lasformas de emisión de las órbitas elípticas, solo descartósu forma circular.

5.6 Modelo de Schrödinger

Densidad de probabilidad de ubicación de un electrón para losprimeros niveles de energía.

8 7 NOTAS Y REFERENCIAS

Después de que Louis-Victor de Broglie propuso lanaturaleza ondulatoria de la materia en 1924, la cual fuegeneralizada por Erwin Schrödinger en 1926, se actualizónuevamente el modelo del átomo.En el modelo de Schrödinger se abandona la concepciónde los electrones como esferas diminutas con carga quegiran en torno al núcleo, que es una extrapolación de laexperiencia a nivel macroscópico hacia las diminutasdimensiones del átomo. En vez de esto, Schrödingerdescribe a los electrones por medio de una función deonda, el cuadrado de la cual representa la probabilidadde presencia en una región delimitada del espacio. Estazona de probabilidad se conoce como orbital. La gráficasiguiente muestra los orbitales para los primeros nivelesde energía disponibles en el átomo de hidrógeno.

5.7 Modelo de Dirac

El modelo de Dirac usa supuestos muy similares almodelo de Schrödinger aunque su punto de partida es unaecuación relativista para la función de onda, la ecuaciónde Dirac. El modelo de Dirac permite incorporar de ma-nera más natural el espín del electrón. Predice nivelesenergéticos similares al modelo de Schrödinger propor-cionando las correcciones relativistas adecuadas.

5.8 Modelos posteriores

Tras el establecimiento de la ecuación de Dirac, la teo-ría cuántica evolucionó hasta convertirse propiamente enuna teoría cuántica de campos. Los modelos surgidos apartir de los años 1960 y 1970 permitieron construir teo-rías de las interacciones de los nucleones. La vieja teoríaatómica quedó confinada a la explicación de la estructuraelectrónica que sigue siendo explicada de manera ade-cuada mediante el modelo de Dirac complementado concorrecciones surgidas de la electrodinámica cuántica. De-bido a la complicación de las interacciones fuertes soloexisten modelos aproximados de la estructura del núcleoatómico. Entre los modelos que tratan de dar cuenta de laestructura del núcleo atómico están el modelo de la gotalíquida y el modelo de capas.Posteriormente, a partir de los años 1960 y 1970, apare-cieron evidencias experimentales y modelos teóricos quesugerían que los propios nucleones (neutrones, protones)y mesones (piones) que constituyen el núcleo atómico es-tarían formados por constituyentes fermiónicos más ele-mentales denominados quarks. La interacción fuerte en-tre quarks entraña problemas matemáticos complicados,algunos aún no resueltos de manera exacta. En cualquiercaso lo que se conoce hoy en día deja claro que la es-tructura del núcleo atómico y de las propias partículasque forman el núcleo son mucho más complicadas que laestructura electrónica de los átomos. Dado que las pro-piedades químicas dependen exclusivamente de las pro-

piedades de la estructura electrónica, se considera que lasteorías actuales explican satisfactoriamente las propieda-des químicas de la materia, cuyo estudio fue el origen delestudio de la estructura atómica.

6 Véase también• Elemento químico

• Molécula

• Teoría atómica

7 Notas y referencias

7.1 Notas

7.2 Referencias[1] «Atom», Compendium of Chemical Terminology (IUPAC

Gold Book) (2nd edición), IUPAC, http://goldbook.iupac.org/A00493.html, consultado el 25 de abril de 2015

[2] Ghosh, D. C.; Biswas, R. (2002). «Theoretical calculationof Absolute Radii of Atoms and Ions. Part 1. The AtomicRadii». Int. J. Mol. Sci. 3: 87–113. doi:10.3390/i3020087.

[3] Leigh, G. J., ed. (1990). International Union of Pure andApplied Chemistry, Commission on the Nomenclature ofInorganic Chemistry, Nomenclature of Organic Chemistry– Recommendations 1990. Oxford: Blackwell ScientificPublications. p. 35. ISBN 0-08-022369-9. «An atom isthe smallest unit quantity of an element that is capable ofexistence whether alone or in chemical combination withother atoms of the same or other elements.»

[4] «Átomo», enDiccionario de la Lengua Española (22ª ed.).Real Academia Española (2001). Consultado el 20 de juliode 2009.

[5] Haubold, Hans; Mathai, A. M. (1998). «Microcosmos:From Leucippus to Yukawa». Structure of the Universe.Common Sense Science. Archivado desde el original el25 de noviembre de 2015. Consultado el 17 de enero de2008.

[6] Harrison (2003:123–139).

[7] Este es el radio de la distribución de carga observada en losnucleones. Véase Cottingham y Greenwood, 2004, §3.1.

[8] La fórmula exacta es 1,12 ³√A fm. Véase Cottingham yGreenwood, 2004, §4.3.

[9] Kramer, 1988, p. 80.

[10] Kramer, 1988, p. 67,68.

[11] «Nuclear wallets results. Z=82». 2012. (Recopilado porel National Nuclear Data Center). Citan también co-mo estable el bismuto-209, pero existe evidencia de quees inestable. Véase Marcillac, Pierre de; Noël Coron,

9

Gérard Dambier, Jacques Leblanc, Jean-Pierre Moalic(abril de 2003). «Experimental detection of α-particlesfrom the radioactive decay of natural bismuth». Natu-re 422 (6934): 876–878. Bibcode:2003Natur.422..876D.doi:10.1038/nature01541. PMID 12712201.

[12] Para el radio atómico, véase Demtröder, 2006, §2.4,§6.2.3.

[13] Feynman, Richard; Leighton, R.; Sands, M. (1970). TheFeynman lectures on Physics (en inglés) 1. p. 1-3. ISBN0-201-02115-3.

[14] Un estudio de los efectos responsables de la estructura finae hiperfina en los átomos hidrogenoides puede encontrarseen Bransden y Joachain, 1983, §5.

[15] Antonio Rañada(1990), Dinámica Clásica. Madrid,Alianza Editorial, S. A. 84-206-8133-4

[16] B.H. Bransden and C.J. Joachain (1992), Physics ofAtomos and Molecules. Harlow-Essex-England, LongmanGroup Limited. 0-582-44401-2

[17] presocraticos/Atomistas/atomis.html Filósofos Presocrá-ticos: Atomistas, Leucipo y Demócrito

[18] Protagonistas de la revolución:Lavoisier, A.L.

[19] Amedeo Avogadro (en italiano)

[20] Elements and Atoms: Chapter 12: Mendeleev’s First Pe-riodic Table (en inglés)

[21] Experimento de Rutherford

[22] Rincón Arce, Álvaro (1983) ABC de Química PrimerCurso, Editorial Herrero, México, ISBN 968-420-294-6.

8 Bibliografía

• «Teaching Standard Model at high school» (en in-glés). Cronología del modelo atómico.

• Sokolovsky, Silvia (2002). «El Átomo»..

• Bransden, B.H.; Joachain, J.C. (1983). Physics ofatoms and molecules (en inglés). Longman GroupLimited. ISBN 0-582-44401-2.

• Cottingham, W.N.; Greenwood, D.A. (2004). Anintroduction to nuclear physics (en inglés). Cambrid-ge University Press. ISBN 0-521-65149-2.

• Demtröder, Wolfgang (2006). Atoms, molecules andphotons (en inglés). Springer-Verlag. ISBN 978-3-540-20631-6.

• Kramer, Kenneth (1988). Introductory nuclear phy-sics (en inglés). ISBN 047180553X.

• «Los ladrillos del Universo: los bloques constituyen-tes de la materia». Archivado desde el original el 8de febrero de 2009. Material divulgativo del CERN.

9 Enlaces externos

• Wikimedia Commons alberga contenido multi-media sobre ÁtomoCommons.

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• El Diccionario de la Real Academia Española tieneuna definición para átomo.

10 10 ORIGEN DEL TEXTO Y LAS IMÁGENES, COLABORADORES Y LICENCIAS

10 Origen del texto y las imágenes, colaboradores y licencias

10.1 Texto• Átomo Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81tomo?oldid=88080525 Colaboradores: Maveric149, Macar~eswiki, PACO, ILVI,Suisui, Randyc, 4lex, Oblongo, Sabbut, Moriel, Angela, JorgeGG, Lourdes Cardenal, Hashar, Robbot, Zwobot, Zorosandro, Bigsus, Jakvo,Dodo, Sms, Rsg, Cookie, Opinador, Odalcet, Xgarciaf, Tano4595, Murphy era un optimista, Bafomet, LadyInGrey, Locutus bn, Mandra-mas, Cinabrium, Porao, Loco085, Ecemaml, Soulreaper, Petronas, Mescalier, Xuankar, Airunp, Gelo71, JMPerez, Edub, Taichi, Emijrp,Rembiapo pohyiete (bot), Drini2, Guanxito, Ppfk~eswiki, RobotQuistnix, Platonides, Omega~eswiki, Superzerocool, Chobot, Killermo,Ihazevich, Yrbot, Amadís, BOT-Superzerocool, Oscar ., FlaBot, Vitamine, BOTijo, .Sergio, YurikBot, Mortadelo2005, Gaeddal, Icvav,Echani, Equi, Beto29, LoquBot, KnightRider, No sé qué nick poner, Mriosriquelme, Tigerfenix, Tubet, Banfield, Kepler Oort, Götz, Mal-doror, Angel.F, Er Komandante, Cheveri, Tomatejc, Folkvanger, Tamorlan, Aleator, BOTpolicia, Gizmo II, CEM-bot, Laura Fiorucci,Gonmator, Alex15090, F.A.A, JMCC1, -jem-, Alexav8, Rafa sanz, Happygolucky~eswiki, Salvador alc, Franco Rule, Pacostein, Monsal-ve, Davius, Rosarinagazo, Antur, Jorge, Julian Mendez, Dorieo, Montgomery, FrancoGG, Thijs!bot, Srengel, Demianaiello, Luis evange-lion, Naty 187, Bot que revierte, Zupez zeta, Iflumpi, Josemilio, Bryant1410, IrwinSantos, LMLM, Isha, Gusgus, Góngora, Mpeinadopa,Migp~eswiki, JAnDbot, Anassesduses, BetBot~eswiki, Muro de Aguas, Vichoko, SITOMON, Dizzy~eswiki, Gsrdzl, CommonsDelinker,TXiKiBoT, Elatomo69, ErickH 07, Humberto, Netito777, Manutara405, Joniale, Marvelshine, Nioger, Chabbot, Idioma-bot, Pólux, Fdel-rio89~eswiki, Jtico, Biasoli, Satorastobnocotagle, VolkovBot, Technopat, Galandil, Matdrodes, Waterpolo, Fernando Estel, Synthebot,House, DJ Nietzsche, BlackBeast, Luis1970, AlleborgoBot, 3coma14, F. Zabatta, Santuti lz, Veritusss, Muro Bot, Edmenb, Alexandro-sas, Marcelo2891, Srbanana, SieBot, Panik~eswiki, PaintBot, Loveless, Cobalttempest, Drinibot, Bigsus-bot, BOTarate, Marcelo, Mel23, Inri, Fmr cosm, BuenaGente, Relleu, Omegakent, Belb, Mafores, PipepBot, Ivanics, Tirithel, XalD, Prietoquilmes, Jarisleif, Malilulo,Emadeloc, HUB, Niwrek, Antón Francho, DragonBot, Quijav, Eduardosalg, Veon, Leonpolanco, Botito777, Furti, Petruss, Poco a poco,Alexbot, Darkicebot, Alfonso Márquez, BodhisattvaBot, Açipni-Lovrij, Osado, Camilo, UA31, Armando-Martin, Krysthyan, AVBOT,David0811, J.delanoy, MastiBot, NicolasAlejandro, MarcoAurelio, Diegusjaimes, DumZiBoT, MelancholieBot, Arjuno3, Andreasmperu,Luckas-bot, Jotterbot, Dangelin5, Nixón, Luis Felipe Schenone, ArthurBot, Dyon, Ruy Pugliesi, SuperBraulio13, Almabot, Ortisa, Ma-nuelt15, Xqbot, Jkbw, GhalyBot, MABot, Cally Berry, Ricardogpn, Metronomo, Kismalac, Igna, Botarel, MauritsBot, AstaBOTh15, Alexdegarate, Panderine!, ManuBOT15, Kunal1796, TiriBOT, RedBot, Vubo, FAL56, Robertob7, Yhgjh, Xiomy 94 15, PatruBOT, Ganíme-des, Mr.Ajedrez, Manuchansu, Jorge c2010, Foundling, GrouchoBot, Miss Manzana, Edslov, EmausBot, Savh, AVIADOR, TuHan-Bot,Sergio Andres Segovia, Grillo8820, Tenan, Rubpe19, El Ayudante, Richardgensui, ChuispastonBot, Khiari, MadriCR, Waka Waka, Wiki-tanvirBot, Sebastian sanblas, Hiperfelix, Kikepetrelli, Ndysert, MerlIwBot, KLBot2, Laencilclopedialibre, AvocatoBot, Sebrev, Travelour,MetroBot, Invadibot, Wachiturros3-1, 5truenos, Milay1501, Ser.onoser5, Alberto5000, Acratta, Vetranio, Xaquiles, Mega-buses, Harpa-gornis, Integral12, Jose daniel 3210, Elvisor, VRandreu, Sara Botero, Maderowood, Skoysergio, Santga, JYBot, Chamarasca, Helmy oved,Yarquen, Cyrax, Lune bleue, Rotlink, Pichulotote5, David Carrillo Perez, Emferr, Tomy contreras, Cobelija, Miminer, GiannfrancoCastro-novo, Sabrinacohello, Katerinemonc, Michael vainstein, Jean70000, POPO385, Addbot, Balles2601, Hans Topo1993, Laberinto16, Rubio02, Pedro1599, Julesrobles17, MarioFinale, Jarould, Crystallizedcarbon, BenjaBot, RI123JH, Lectorina, Ricdax, Carlosmedina04.0, In-timidad amorosa, Shalashala, Paufigueroa9, Yuale L.M, Lukas cratch, Daniel1721, Watona candy, IanxDD, Walter yesid, Cacaman2.0,MATRIXDASTER123, Kinimitsu57, Fernando Martinez r, Faustocevallos790, Kmorales20, PoPocitoLOL, Karina gallardo, Crisirene-uv,LuisNT01, LosAtomosNoExisten y Anónimos: 756

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