Átomos y elementos: de qué está hecha la materia

Un cable de cobre, una gota de agua y el aire parecen muy distintos. Para explicar de qué están hechos, la química utiliza palabras como átomo, elemento, compuesto y mezcla. Puedes empezar por los ejemplos y abrir las ampliaciones cuando te apetezca.

Una primera mirada: sustancias y mezclas

Una sustancia pura tiene una composición química definida. El cobre puro y el agua pura son ejemplos, aunque pertenecen a dos tipos distintos de sustancias: el cobre es un elemento y el agua, un compuesto.

Una mezcla reúne varias sustancias. El aire es una mezcla que contiene, sobre todo, nitrógeno y oxígeno, además de otros gases. El agua que bebemos también suele contener sustancias disueltas: que sea transparente no significa que sea químicamente pura.

La diferencia no depende de si el material es sólido, líquido o gas. Un gas puede ser una sustancia pura o formar parte de una mezcla.

Modelos de partículas del oxígeno, del agua y de una mezcla de gases: muestran que las sustancias se distinguen por los átomos y las uniones que las forman.
Representación esquemática, sin escala. Los colores identifican tipos de átomos; no son sus colores reales. La mezcla de gases simplifica el aire y no reproduce sus proporciones ni todos sus componentes.
Crédito: Producción para KARTA3 con asistencia de IA. Revisión editorial interna. Ampliar imagen

Elementos: una identidad para cada tipo de átomo

Un elemento químico es una clase de átomos con el mismo número de protones en su núcleo. Un material formado solo por átomos de ese elemento es una sustancia elemental. Así, una muestra de cobre puro contiene átomos de cobre.

Los elementos tienen un nombre y un símbolo. C representa el carbono; O, el oxígeno; Cu, el cobre. El símbolo identifica al elemento: el cobre de un cable y el de otra muestra sigue siendo cobre.

La tabla periódica organiza esos elementos. Para entender qué distingue a uno de otro, vamos a acercarnos al átomo.

Qué es un átomo: protones, neutrones y electrones

Un átomo es una unidad muy pequeña de un elemento. Tiene una región central, el núcleo, y electrones en el espacio que lo rodea.

  • Los protones tienen carga eléctrica positiva y están en el núcleo.
  • Los neutrones también están en el núcleo y no tienen carga eléctrica.
  • Los electrones tienen carga negativa y se encuentran alrededor del núcleo.

En un átomo neutro, el número de electrones es igual al de protones: sus cargas se compensan.

Los dibujos de átomos son modelos. Nos permiten representar partes que no podemos ver a simple vista, pero sus colores y tamaños no son reales. Tampoco debemos interpretar los electrones como pequeños planetas recorriendo caminos dibujados alrededor del núcleo.

Modelo de un átomo neutro de carbono-12, con seis protones, seis neutrones y seis electrones.
Modelo esquemático de un átomo neutro de carbono-12. Muestra un caso concreto: no todos los átomos de carbono tienen seis neutrones. Los tamaños, las posiciones y las separaciones de las partículas no están a escala; no se representan trayectorias reales de electrones.
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El número atómico responde: ¿qué elemento es?

El número atómico, representado por Z, cuenta los protones del núcleo. El carbono tiene Z = 6: todos los átomos de carbono tienen seis protones. El oxígeno tiene Z = 8: sus átomos tienen ocho.

Ese número define la identidad del elemento. Si cambia el número de protones, cambia el elemento. Por eso Z sirve para ordenar las casillas de la tabla periódica.

Si un átomo neutro gana o pierde electrones, conserva su número de protones y sigue siendo del mismo elemento. Lo que cambia es su carga: pasa a ser un ion. Al perder electrones queda con carga positiva; al ganarlos, con carga negativa.

Puedes explorar la energía necesaria para quitar un electrón en Qué nos cuentan las propiedades de los elementos.

Para saber más: protones, neutrones y masa. Los átomos de un mismo elemento pueden tener distinto número de neutrones: son sus isótopos. Carbono-12 tiene seis protones y seis neutrones; carbono-13 tiene seis y siete. Ambos siguen siendo carbono. El número másico A suma protones y neutrones de un átomo concreto. No es Z ni equivale a la masa atómica relativa que suele aparecer con decimales en una tabla: esta tiene en cuenta las masas y abundancias de los isótopos. Por eso no puedes usar ese decimal como si contara protones o neutrones.

Átomos que se unen: moléculas y compuestos

Una molécula es un conjunto definido de átomos unidos. Una molécula de agua contiene dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno: su fórmula es H₂O. El agua es un compuesto, porque combina átomos de elementos diferentes en una proporción definida.

El oxígeno del aire aparece principalmente en moléculas O₂, formadas por dos átomos de oxígeno. Hay moléculas, pero un solo elemento: O₂ es una sustancia elemental. Por tanto, «molécula» y «compuesto» no significan lo mismo.

Al formar compuestos, los elementos pueden dar lugar a sustancias con propiedades muy diferentes de las sustancias elementales. La manera en que se unen los átomos importa tanto como saber cuáles están presentes.

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