3
El átomo
68
3.2.2. El descubrimiento de los neutrones
La existencia de los neutrones fue prevista antes de ser descubier-
tos, puesto que se necesitaba una partícula que aportarse la masa
que «faltaba» ya que la masa real del átomo no coincidía con la
calculada sumando las masas de los protones y los electrones.
Como la carga neta del átomo estaba justificada con la existencia
de los electrones y los protones, la nueva partícula debía ser neu-
tra, es decir, no debía tener carga.
Uno de los estándares de aprendizajes evaluables es: describe las
características de las partículas subatómicas básicas y su localiza-
ción en el átomo.
3.2.3. El modelo nuclear o planetario
Se puede comentar a los alumnos que el modelo atómico de Ru-
therford resultó muy atractivo en su época por su analogía con el
sistema solar.
No obstante, las órbitas de los electrones no estaban bien defini-
das y Rutherford habla de una nube de electrones:
«the atom´s
electron cloud»
o de un enjambre de cargas negativas:
«the den-
se nucleus is surrounded by a swarm of tiny, negatively charged
electrons».
Vídeo (animación):
SOBRE EL ÁTOMO DE RUTHERFORD
Esta animación en 3D representa muy bien la idea de átomo que
tenía Rutherford.
Es muy importante que los alumnos realicen la actividad 22 y
comparen el modelo de Thomson y el de Rutherford y deduzcan
las analogías y diferencias que existen entre ellos.
3.3.
La formación de iones
De nuevo insistiremos en que la formación de iones es debida a la
ganancia o pérdida de electrones y nunca de protones. Este es un
error conceptual muy frecuente en los alumnos.
Como
actividad de refuerzo
se puede pedir que representen,
de forma similar a los dibujos del texto, un átomo eléctricamente
neutro con seis protones y seis neutrones en el núcleo y los elec-
trones correspondientes en la corteza y el mismo átomo trans-
formado en un catión con una carga positiva y un anión con una
carga negativa.
Actividades de refuerzo:
EL ÁTOMO DE RUTHERFORD
Actividades para reforzar contenidos sobre el átomo de Ru-
therford.
Solución de las actividades
17
¿Cuántos protones hay en el núcleo de este átomo si es
eléctricamente neutro?
Hay cuatro protones ya que tiene cuatro electrones.
68
69
3. Elátomo
3
+
www
4.
¿CÓMO SE IDENTIFICAN LOS ÁTOMOS?
Los átomos se identifican por el número de protones que tienen en su núcleo. Este
númeroes idénticopara todos losátomosdeunmismoelemento,perodiferentealde
los átomos de otros elementos.
El número de protones de un átomo se llama
número atómico,
Z,
y se representa
como un subíndice situado antes del símbolo del elemento.
Z
=
número atómico
=
número de protones
Elnúmerodeprotonesmáselnúmerodeneutronesdeunátomose llama
númeromá-
sico,
A,
y se representa comoun superíndice situadoantesdel símbolodelelemento.
A
=
número de protones
+
número de neutrones
Por tanto,elnúmerodeneutronesdeunátomoes ladiferenciaentreelnúmeromásico
y el número atómico:
Número de neutrones
=
A
−
Z
¿Todos los átomos de un mismo elemento tienen el mismo número másico?
4.1.
Los isótopos
A comienzos del siglo
XX
los científicos descubrieron que no todos los átomos de un
mismo elemento tienen el mismo número másico.
Los átomos de un mismo elemento que tienen el mismo número de protones pero
diferente número de neutrones reciben el nombre de
isótopos.
Ideas claras
❚
Para Thomson, el átomo es
una esfera continua de carga
positiva que tiene casi toda la
masayen laqueestán incrus-
tados los electrones.
❚
MedianteelmodelodeThom-
son se puede explicar la elec-
trización de la materia.
❚
ParaRutherford,elátomo tiene
un núcleo central en el que
estáconcentradacasi toda su
masa, aportada por los proto-
nes y los neutrones.
❚
Los electrones giran a gran
velocidad alrededor del nú-
cleo.
❚
En un átomo eléctricamente
neutro,elnúmerodeprotones
coincide con el número de
electrones.
❚
Los
iones
son átomos que
han perdido (catión) o ganado
(anión) algún electrón.
Ideas claras
3.2.2.
El descubrimiento de los neutrones
El modelo descrito anteriormente tenía un inconveniente: la suma de la masa de los
protones más la de los electrones era más pequeña que la masa del átomo en su con-
junto.Rutherford yotros investigadorespropusieronqueenelnúcleodebíaexistirotra
partícula con masa, pero sin carga eléctrica.
En 1932,
J. Chadwick
(1891-1974) bombardeó una lámina de berilio con partículas
positivas y observó que emitía una radiación de gran energía. Posteriormente, demos-
tró que esa radiación estaba formada por unas partículas eléctricamente neutras, que
denominó
neutrones,
cuya masa era un poco mayor que la del protón.
Masa del neutrón
=
1,6749
⋅
10
−
27
kg
3.2.3.
El modelo nuclear o planetario
Para Rutherford, el átomo estaba constituido por:
❚
Un
núcleo central,
con carga positiva, en el que está concentrada prácticamente
toda su masa que aportan los
protones
y los
neutrones.
❚
Una
corteza electrónica
donde los
electrones,
con carga negativa, giran a mucha
velocidad en torno al núcleo y están separados de este por una gran distancia en
relación a su tamaño.
3.3.
La formación de iones
En un átomo eléctricamente neutro, el núcleo contiene tantos protones como electro-
nes existen en la corteza.
¿Qué sucede entonces, cuando un átomo eléctricamente neutro pierde un
electrón? ¿Y qué sucede si lo gana?
Átomo neutro
Ion positivo o catión
Ion negativo o anión
+
+++
–
–
–
–
+
+++
–
–
–
–
+
+++
–
Átomo
eléctricamente
neutro
con cuatro
cargas positivas y cuatro
negativas.
Cuando el átomo
pierde
un electrón
se convierte en
un
ion positivo
o
catión.
En el ejemplo, con cuatro
cargas positivas y solo tres
negativas.
Cuando el átomo
gana un
electrón
se convierte en un
ion negativo
o
anión.
En
el ejemplo, con cinco cargas
negativas y solo cuatro
positivas.
Responde verdadero o falso a los siguientes enunciados y justifica tus res-
puestas.
a)
La masa del protón es menor que la del electrón.
b)
La masa del protón es mayor que la del neutrón.
¿Cuántas veces es mayor la masa del neutrón que la del electrón?
Si el diámetro del núcleo del átomo de oro mide 10
−
12
cm y el del átomo en-
tero10
−
8
cm.
a)
¿Cuántas vecesesmayorel tamañodelátomoqueeldelnúcleo?
b)
De acuerdo con este resultado, ¿estuvo acertado Rutherford al afirmar
queelátomo constituyeunespacio fundamentalmente vacío?
Compara el modelo de Thomson con el modelo de Rutherford y establece
las analogías y las diferencias entre ambos.
19
20
21
22
Representa mediante el esquema de la ilustración los átomos de los tres
isótopos del hidrógeno:
❚
Protio:
símbolo: H; número de protones: 1; número de neutrones: 0.
❚
Deuterio:
símbolo: H; número de protones: 1; número de neutrones: 1.
❚
Tritio:
símbolo: H; número de protones: 1; número de neutrones: 2.
24
Modelo planetario del átomo
Rutherford pensaba que exis-
tía cierto parecido entre la
estructura del sistema solar y
la del átomo, donde los elec-
trones serían los planetas y
el núcleo, el Sol. Supuso que,
igual que los planetas giran
alrededor del Sol, los electro-
nes deberían hacerlo alrede-
dor del núcleo.
¿
Cuántos protones hay
en el núcleo de este átomo si
es eléctricamente neutro?
El dibujo del modelo
atómico de Rutherford ha
sido utilizado como logo por
diferentes instituciones rela-
cionadas con la energía ató-
mica.Localizaalgunadeellas.
17
18
número
másico
A
X
número
atómico
símbolo
delelemento
Z
¿Podemos decir que
Z
indica siempre el número de
electrones?
23
❚
En un átomo eléctricamente
neutro, el número de protones
coincide con el número de
electrones.
1.
Indica el número de protones, neutrones y electrones que tiene un
átomo de sodio
23
11
Na:
a)
Si es eléctricamente neutro.
El número atómico del sodio es 11, esto es, tiene 11 protones en su
núcleo y, al ser eléctricamente neutro, tiene 11 electrones. Su nú-
meromásicoes23, luego tiene23
−
11
=
12neutronesen sunúcleo.
b)
Si tiene una carga positiva (catión sodio).
Si tiene una carga positiva es que ha perdido un electrón y, por
tanto, le quedan solo 10. El número de protones y neutrones no
se ha modificado.
2.
Indica el número de protones, neutrones y electrones que tiene un
átomo de cloro
35
17
Cl:
a)
Si es eléctricamente neutro.
El número atómico del cloro es 17, es decir, tiene 17 protones en su
núcleo y, al ser eléctricamente neutro, tiene 17 electrones. Su nú-
meromásicoes35, luego tiene35
−
17
=
18neutronesen sunúcleo.
b)
Si tiene una carga negativa (anión cloro).
Si tiene una carga negativa es porque ha ganado un electrón y,
por tanto, ahora tiene 18. El número de neutrones y protones no
se ha modificado.
EJERCICIOS RESUELTOS
❚
El
númeroatómico,
Z,
corres-
ponde al número de protones
del átomo de un elemento.
❚
El
número másico,
A,
es la
suma de los protones más los
neutrones.
❚
Los
isótopos
son átomos
de un mismo elemento que
tienen igual número atómico
pero distinto número másico.
