Estructura atómica: qué hay dentro de un átomo

Una mesa, una gota de agua y tu cuaderno están hechos de materia. Para estudiar su composición podemos empezar por los átomos. Son tan pequeños que no podemos ver sus partes con los ojos. Por eso usamos explicaciones y modelos: representaciones que ayudan a pensar, aunque no sean fotografías de lo que describen.

Un centro y una región alrededor

El centro del átomo se llama núcleo. Allí se encuentran los protones y, en la mayoría de los átomos, los neutrones. El núcleo ocupa una parte muy pequeña del volumen del átomo, pero concentra casi toda su masa.

Los electrones tienen mucha menos masa que los protones y los neutrones. A veces se dibujan como bolitas en círculos, pero no debemos imaginar pequeños planetas siguiendo caminos fijos. El modelo actual describe regiones donde es más probable encontrarlos.

Qué identifica a un elemento

La cantidad de protones permite identificar el elemento. Un átomo de carbono tiene seis. Si cambiara esa cantidad, ya no sería carbono. Los átomos del mismo elemento pueden tener diferente número de neutrones: esas variedades se llaman isótopos.

Por ejemplo, el carbono-12 tiene seis protones y seis neutrones. El carbono-13 tiene seis protones y siete neutrones. El número que sigue al nombre indica la suma de ambas partículas del núcleo: 6 + 6 = 12 y 6 + 7 = 13.

Cuándo un átomo es neutro

Un átomo es eléctricamente neutro cuando tiene tantos electrones como protones. Sus cargas se compensan. Si gana o pierde electrones, adquiere carga neta y se convierte en un ion. Cambiar electrones no cambia por sí solo el número de protones.

Conviene separar dos cuentas. Para saber la carga comparamos protones y electrones. Para obtener el número de masa sumamos protones y neutrones. Si mezclamos las dos operaciones, podremos dar una respuesta equivocada aunque sumemos bien.

Actividad resuelta: tres tarjetas de carbono

Copia estas tarjetas. La letra «p» significa protones; «n», neutrones; y «e», electrones. En todas hay seis protones, así que todas corresponden al carbono.

• A: 6 p, 6 n y 6 e.
• B: 6 p, 7 n y 6 e.
• C: 6 p, 6 n y 5 e.

Resuelve: ¿cuáles son neutras?, ¿cuáles representan isótopos diferentes?, ¿qué tarjeta tiene carga positiva?

Solución: A y B son neutras porque tienen seis protones y seis electrones. B representa un isótopo distinto del de A y C: tiene siete neutrones, mientras que las otras dos tarjetas tienen seis. C tiene una carga positiva de una unidad porque hay seis protones frente a cinco electrones. A y C pertenecen al mismo isótopo, aunque su carga no sea igual.

Construye una representación sin confundirla con la realidad

En papel, escribe «núcleo» dentro de un recuadro y anota allí los protones y neutrones de A. Fuera, anota sus electrones. Debajo añade: «Este esquema ordena cantidades; no muestra tamaños ni distancias reales».

Si alguien coloca siete electrones en esa tarjeta, puedes detectar el cambio comparando las cuentas. Ya no sería neutra: sobraría una carga negativa. El dibujo sirve para revisar números, no para señalar la posición exacta de cada electrón. Esa diferencia entre modelo y objeto real es parte de aprender ciencia.

Cinco preguntas con respuestas

1. ¿Qué partículas se sitúan en el núcleo? Los protones y, en la mayoría de los átomos, los neutrones.

2. ¿Qué cantidad identifica a un elemento? Su número de protones.

3. ¿Qué cambia entre dos isótopos del mismo elemento? El número de neutrones.

4. ¿Por qué la tarjeta C tiene carga positiva? Porque tiene un electrón menos que protones.

5. ¿El esquema de papel muestra las distancias reales? No. Solo organiza las cantidades y las regiones del modelo.

Fuentes consultadas

• Departamento de Energía de EE. UU.: núcleos.
• Departamento de Energía de EE. UU.: electrones.
• Departamento de Energía de EE. UU.: isótopos.