Tipos de materiales

Cómo fuimos imaginando el átomo

¿Por qué hizo falta cambiar el modelo cinco veces en cien años?

Nadie vio nunca un átomo. Todo lo que sabemos de él lo dedujimos de experimentos: alguien hace algo, mira qué pasa y propone un modelo que lo explique. Cuando aparece una evidencia que el modelo no puede explicar, el modelo se cambia. Esta es la historia de esos cambios.

1. 400 a. C. Demócrito

   No hizo experimentos: razonó. Si partís un trozo de materia una y otra vez, en algún momento llegarías a algo que ya no se puede partir. Lo llamó átomo, que en griego quiere decir «sin división». Era una idea filosófica, pero acertó en lo esencial.

2. 1803 Dalton

   El primero en llegar al átomo desde la evidencia, midiendo cómo se combinan las sustancias. Propuso que cada elemento tiene su propio tipo de átomo, todos iguales entre sí, y que son esferas macizas e indivisibles.

3. 1897 y 1904 Thomson

   Descubrió el electrón: una partícula con carga negativa, mucho más chica que el átomo. Eso rompió la idea de indivisible, porque si el átomo tiene partes, se puede dividir. Como el átomo es neutro, imaginó una masa positiva con los electrones incrustados: el modelo del budín de pasas.

4. 1911 Rutherford · la lámina de oro

   Disparó partículas positivas contra una lámina finísima de oro esperando que atravesaran sin desviarse, como predecía el budín. Casi todas pasaron de largo, pero unas poquísimas rebotaron hacia atrás. Dedujo dos cosas: el átomo es casi todo espacio vacío, y toda la carga positiva está concentrada en un núcleo diminuto en el centro.

5. 1913 Soddy

   Encontró átomos del mismo elemento con distinta masa. Los llamó isótopos: mismo elemento, distinta cantidad de neutrones.

6. 1913 Bohr

   El modelo de Rutherford tenía un problema: los electrones girando deberían terminar cayendo al núcleo. Bohr propuso que solo pueden estar en ciertos niveles de energía permitidos, como escalones. Para saltar de uno a otro, el electrón absorbe o libera energía. Este es el modelo que vamos a usar.

Las tres partículas

¿Dónde está cada una, qué carga tiene y cuánto pesa?

Tres cosas se deducen de esa tabla. La masa del átomo está en el núcleo, porque el electrón pesa casi dos mil veces menos que un protón. El átomo es neutro cuando tiene tantos protones como electrones. Y el núcleo es siempre positivo, porque ahí solo hay protones y neutrones.

Cómo se escribe un átomo

¿Qué información te da cada número que rodea al símbolo?

²³₁₁Na

• El símbolo dice de qué elemento se trata. Na es sodio.
• Z, el número atómico (abajo) es la cantidad de protones. Es lo que define al elemento: si cambia Z, cambia el elemento.
• A, el número másico (arriba) es protones más neutrones.
• Los neutrones no están escritos: se calculan como A − Z.

Iones: cuando el átomo gana o pierde electrones

Un átomo neutro puede ganar o perder electrones. Cuando eso pasa deja de estar equilibrado y se transforma en un ion. El núcleo no se toca nunca: en un ion lo único que cambia son los electrones.

• Catión: perdió electrones, queda positivo. Na → Na⁺
• Anión: ganó electrones, queda negativo. Cl → Cl⁻

Una forma de acordarse: el catión perdió algo negativo, así que le sobra positivo.

Isótopos

Dos átomos con el mismo Z pero distinto A son isótopos del mismo elemento: misma cantidad de protones, distinta de neutrones. Como el comportamiento químico depende de los electrones, y estos dependen de los protones, los isótopos se comportan químicamente igual. Lo único que cambia es cuánto pesan.

La tabla periódica

¿Por qué los elementos están ordenados así y no alfabéticamente?

La tabla no es una lista: es un mapa. Los elementos están ordenados por número atómico creciente, y acomodados de manera que los que se parecen queden juntos.

• Grupos: las columnas. Los elementos de un mismo grupo tienen comportamiento químico parecido.
• Períodos: las filas.

Tres familias para reconocer

El aire

¿El aire es una sustancia o una mezcla? ¿Y por qué importa la diferencia?

El aire es una mezcla, no una sustancia. La diferencia no es un detalle de vocabulario:

• Una sustancia tiene composición fija y propiedades propias. El agua es siempre H₂O, acá y en cualquier lado.
• Una mezcla tiene proporciones variables, cada componente conserva sus propiedades, y se puede separar por métodos físicos.

El aire es además una mezcla homogénea: no se distinguen los componentes a simple vista. Pero están ahí, y la proporción cambia según el lugar: hay menos oxígeno en altura y más dióxido de carbono en una ciudad.

Reacciones químicas y ambiente

¿Cómo se escribe una transformación y por qué algunas te afectan todos los días?

En una reacción química unas sustancias se transforman en otras distintas. Lo que había antes son los reactivos; lo que se formó, los productos. La flecha se lee «se transforma en».

reactivos → productos

Lo que distingue una reacción química de un cambio físico es que aparece una sustancia nueva. Si el agua se congela sigue siendo agua: cambio físico. Si el hierro se oxida, lo que queda ya no es hierro: cambio químico.

Oxidación y corrosión

El hierro expuesto al aire reacciona con el oxígeno y forma óxido de hierro. Con humedad el proceso se acelera mucho. El óxido es frágil y se desprende, así que deja hierro nuevo expuesto y la corrosión sigue hacia adentro. Por eso se pinta o se recubre el metal: para que el oxígeno no lo toque.

hierro + oxígeno → óxido de hierro

Fotosíntesis

Las plantas toman dióxido de carbono y agua y, con la energía de la luz, fabrican glucosa y liberan oxígeno. Es la reacción que saca carbono de la atmósfera: hace exactamente lo contrario que una combustión.

dióxido de carbono + agua + luz → glucosa + oxígeno

Óxidos, ácidos y bases en el ambiente

Cuando se quema combustible se liberan al aire óxidos de azufre y de nitrógeno. Al encontrarse con el agua de las nubes forman ácidos, y esa agua cae como lluvia ácida. El efecto se ve en el mármol de los monumentos, que se corroe, y en lagos y suelos, donde el cambio de pH afecta a lo que vive ahí.

Las bases hacen lo contrario que los ácidos: cuando se juntan en la proporción justa se neutralizan. Ese es el principio de un antiácido, y el de la cal que se agrega a un suelo demasiado ácido.