¿Alguna vez te has preguntado por qué la materia sólida como el granito de las Torres del Paine o el cobre de Chuquicamata no se desmorona como un castillo de naipes? La respuesta está en los átomos: esas partículas diminutas que componen todo lo que ves... ¡y que son 99,9% espacio vacío! Imagina que el núcleo de un átomo de sodio en un grano de sal de la playa de Viña del Mar fuera del tamaño de una pelota de tenis. El átomo completo sería del tamaño de un estadio como el Nacional de Santiago. ¿Dónde está el truco? El resto es vacío. Este glosario te revela los secretos de la estructura atómica, desde los protones hasta los electrones, pasando por el misterio del espacio vacío que mantiene unido al universo. ¡Prepárate para ver el mundo con otros ojos!
Física atómica
- átomo (noun) /ˈa.to.mo/
- Unidad básica de la materia compuesta por un núcleo central (protones y neutrones) rodeado por electrones en movimiento. Su tamaño típico es de 100 picómetros ( m).
Sinónimos : partícula fundamental, unidad constitutiva
Todo lo que existe en Chile —desde el cobre de la minería hasta el oxígeno que respiras en el desierto de Atacama— está hecho de átomos.
Un átomo de carbono en el grafeno del lápiz que usas en clases tiene 6 protones y generalmente 6 neutrones en su núcleo.
- carga eléctrica (noun) /ˈkaɾ.ɣa eˈlek.tɾi.ka/
- Propiedad física de las partículas subatómicas que determina las fuerzas electromagnéticas. Los protones tienen carga positiva ( C) y los electrones negativa ( C).
Sinónimos : carga electrostática
La atracción entre cargas opuestas (protón-electrón) mantiene unido al átomo. ¡Sin carga eléctrica, la materia no existiría!
La carga eléctrica de los electrones en los átomos de cobre permite que los cables en tu casa conduzcan electricidad desde las centrales hidroeléctricas de Chile.
- electrón (noun) /eˈlek.tron/
- Partícula subatómica con carga eléctrica negativa ( C) que orbita alrededor del núcleo atómico. Su masa es 1836 veces menor que la del protón.
Sinónimos : partícula negativa
Los electrones determinan las propiedades químicas de los átomos y permiten los enlaces que forman las moléculas de tu cuerpo y de los alimentos que comes.
Los electrones en los átomos de cobre de los cables de la luz en tu casa permiten que fluya la corriente eléctrica desde las centrales hidroeléctricas de Chile.
- espacio vacío en el átomo (noun) /esˈpa.sjo ˈβa.ki.o en el ˈa.to.mo/
- El 99,9% del volumen de un átomo está compuesto por espacio vacío entre el núcleo y los electrones. Los electrones ocupan regiones de probabilidad (orbitales) extremadamente pequeñas comparadas con el tamaño total del átomo.
Sinónimos : vacío atómico, espacio interatómico
Si comprimiéramos todo el espacio vacío de los átomos de tu cuerpo, cabrías en un cubo de menos de 1 cm³. ¡Eres casi puro vacío!
En un átomo de hidrógeno, si el núcleo fuera del tamaño de una canica, el átomo completo sería del tamaño de un estadio de fútbol.
- espectro atómico (noun) /esˈpek.tɾo a.toˈmi.ko/
- Conjunto de longitudes de onda (colores) de luz que un átomo emite o absorbe cuando sus electrones cambian de nivel de energía. Cada elemento tiene un espectro único, como una huella dactilar.
Sinónimos : espectro de emisión
El espectro del hidrógeno fue clave para desarrollar el modelo de Bohr y entender la estructura atómica.
Los colores azules y rojos de los letreros de neón en Santiago provienen del espectro del gas neón en su interior.
- isótopo (noun) /iˈso.to.po/
- Átomos de un mismo elemento químico que tienen el mismo número de protones () pero diferente número de neutrones (). Tienen propiedades químicas similares pero masas diferentes.
Sinónimos : variante atómica
Algunos isótopos son radiactivos y se usan en medicina (como el yodo-131 en tratamientos en el Hospital Clínico de la Universidad de Chile) o en datación arqueológica (carbono-14 en Rapa Nui).
El carbono-12 y el carbono-14 son isótopos del carbono: ambos tienen 6 protones pero el carbono-14 tiene 8 neutrones.
- modelo de Bohr (noun) /moˈde.lo de ˈboɾ/
- Modelo atómico propuesto en 1913 por Niels Bohr que introduce la idea de niveles de energía cuantizados para los electrones. Los electrones solo pueden ocupar órbitas específicas alrededor del núcleo.
Sinónimos : modelo de niveles de energía
Este modelo explica por qué los átomos emiten luz de colores específicos (como los fuegos artificiales en Año Nuevo en Valparaíso) y por qué los electrones no caen al núcleo.
Cuando un electrón en un átomo de sodio (como el de la sal de la playa de Viña del Mar) salta de un nivel a otro, emite luz amarilla característica.
- modelo de Rutherford (noun) /moˈde.lo de ˈreð.foɾð/
- Modelo atómico propuesto en 1911 por Ernest Rutherford que demostró que el átomo tiene un núcleo denso y pequeño con carga positiva, mientras que los electrones orbitan alrededor como planetas alrededor del Sol.
Sinónimos : modelo planetario
Este modelo reemplazó al modelo de Thomson (budín de pasas) y explicó por qué la mayoría del átomo es espacio vacío.
El experimento de Rutherford con láminas de oro (como las que se estudian en el Laboratorio de Física de la Universidad de Concepción) demostró que los átomos son mayormente vacío.
- neutrón (noun) /neuˈtron/
- Partícula subatómica sin carga eléctrica ubicada en el núcleo atómico. Su masa es similar a la del protón pero sin carga.
Sinónimos : partícula neutra
Los neutrones actúan como 'pegamento' en el núcleo, evitando que los protones (todos positivos) se repelan y desestabilicen el átomo.
Un átomo de carbono-14 (usado en datación arqueológica en Rapa Nui) tiene 6 protones y 8 neutrones en su núcleo.
- nivel de energía (noun) /niˈβel de eˈneɾ.xi.a/
- Estados cuantizados en los que pueden encontrarse los electrones alrededor del núcleo atómico. Cada nivel tiene una energía específica y puede contener un número limitado de electrones.
Sinónimos : capa electrónica, orbita cuantizada
Los electrones ganan o pierden energía al saltar entre niveles, emitiendo o absorbiendo fotones de luz (como en los letreros de neón en Santiago).
En un átomo de hidrógeno, el electrón puede estar en el nivel 1 (estado fundamental) o en niveles superiores como el 2 o 3.
- núcleo atómico (noun) /ˈnu.kle.o a.toˈmi.ko/
- Parte central del átomo donde se concentran los protones (carga positiva) y neutrones (sin carga). Contiene más del 99,9% de la masa del átomo pero ocupa menos del 0,01% de su volumen.
Sinónimos : núcleo del átomo
Si el átomo fuera un estadio, el núcleo sería del tamaño de una pelota de tenis en el centro de la cancha.
El núcleo de un átomo de hierro en el mineral extraído de la mina El Tofo (Región de Coquimbo) contiene 26 protones y 30 neutrones.
- número atómico (noun) /ˈnu.me.ɾo a.toˈmi.ko/
- Número de protones en el núcleo de un átomo, representado por . Determina la identidad química del elemento y su posición en la tabla periódica.
Sinónimos : Z
Si cambias el número atómico, cambias el elemento: 1 = hidrógeno, 6 = carbono, 29 = cobre, 92 = uranio.
El número atómico del litio (usado en baterías de celulares) es 3, por lo que tiene 3 protones en su núcleo.
- número másico (noun) /ˈnu.me.ɾo ˈma.si.ko/
- Suma del número de protones () y neutrones () en el núcleo atómico, representado por . Indica la masa aproximada del átomo en unidades de masa atómica (uma).
Sinónimos : A, masa atómica aproximada
El número másico se redondea para obtener la masa atómica de un elemento en la tabla periódica.
El número másico del carbono-12 (usado como referencia en química) es 12, con 6 protones y 6 neutrones.
- protón (noun) /ˈpɾo.ton/
- Partícula subatómica con carga eléctrica positiva ( C) ubicada en el núcleo atómico. Su número define el elemento químico.
Sinónimos : partícula positiva
Un átomo con 11 protones es sodio; con 29, es cobre. ¡Cambia el número de protones y cambia el elemento!
Los protones en los núcleos de los átomos de cobre de los cables eléctricos en Santiago permiten que funcione tu computador.
Física cuántica
- fotón (noun) /foˈton/
- Partícula elemental que representa un cuanto de luz o radiación electromagnética. Transporta energía proporcional a su frecuencia ().
Sinónimos : cuanto de luz
Cuando un electrón salta a un nivel inferior, emite un fotón con energía igual a la diferencia entre los niveles.
Los fotones de la luz solar permiten la fotosíntesis en las plantas de los valles centrales de Chile, produciendo el oxígeno que respiras.
- orbital atómico (noun) /oɾˈbi.tal a.toˈmi.ko/
- Región del espacio alrededor del núcleo atómico donde existe una alta probabilidad de encontrar un electrón. Los orbitales tienen formas específicas (s, p, d, f) y pueden contener hasta 2 electrones.
Sinónimos : función de onda
A diferencia de las órbitas del modelo de Bohr, los orbitales describen regiones de probabilidad, no trayectorias fijas.
El orbital 1s del hidrógeno (el átomo más simple) tiene forma esférica y contiene el único electrón del átomo.
- principio de incertidumbre de Heisenberg (noun) /pɾinˈθi.pjo ðe in.θer.ti.ˈðum.bɾe ðe ˈai̯sen.βeɾɡ/
- Principio fundamental de la mecánica cuántica que establece que es imposible conocer simultáneamente con precisión la posición y el momento (velocidad) de una partícula como un electrón.
Sinónimos : incertidumbre cuántica
Este principio explica por qué los electrones no caen al núcleo y por qué los átomos tienen un tamaño definido.
No puedes saber exactamente dónde está un electrón en un átomo de hidrógeno ni a qué velocidad se mueve al mismo tiempo.
Física histórica
- experimento de la lámina de oro (noun) /eks.peˈɾi.men.to ðe la ˈla.mi.na ðe ˈoɾo/
- Experimento realizado por Ernest Rutherford en 1911 que consistió en bombardear una lámina de oro con partículas alfa. Los resultados demostraron la existencia del núcleo atómico y que el átomo es mayormente espacio vacío.
Sinónimos : experimento de Rutherford
Este experimento es un clásico en la enseñanza de la física y se replica en laboratorios universitarios en Chile, como en la Universidad Técnica Federico Santa María.
En el Laboratorio de Física de la Universidad de Concepción, los estudiantes repiten este experimento con láminas de cobre para entender la estructura atómica.
Física nuclear
- decaimiento radiactivo (noun) /de.ka.iˈmjen.to ra.ðja.ti.βo/
- Proceso por el cual un núcleo atómico inestable se transforma en otro núcleo más estable emitiendo partículas (alfa, beta) o radiación gamma. Sigue una ley exponencial con vida media característica.
Sinónimos : desintegración radiactiva
La vida media del carbono-14 (5730 años) se usa para datar objetos arqueológicos en Rapa Nui y en el continente.
El uranio-238, presente en minerales de la Región de Antofagasta, decae a plomo-206 con una vida media de 4500 millones de años.
- radiación (noun) /ra.ðjaˈsjon/
- Energía que se propaga en forma de ondas o partículas desde una fuente. Puede ser ionizante (como los rayos X o gamma) o no ionizante (como la luz visible o las microondas).
Sinónimos : ondas electromagnéticas
La radiación del sol (luz visible, ultravioleta) es esencial para la vida, pero la radiación ionizante puede ser peligrosa en altas dosis.
Los rayos X usados en hospitales de Santiago para diagnosticar fracturas emiten radiación ionizante que penetra el cuerpo pero no deja residuos.
- radiactividad (noun) /ra.ðja.ti.βiˈðað/
- Fenómeno por el cual los núcleos atómicos inestables emiten partículas o radiación electromagnética para alcanzar un estado más estable. Fue descubierta por Henri Becquerel en 1896 usando sales de uranio de Chile.
Sinónimos : desintegración radiactiva
La radiactividad natural está presente en rocas como el granito de la cordillera de los Andes o en el agua termal de Chillán.
El yodo-131, usado en tratamientos médicos en el Hospital Barros Luco de Santiago, es un isótopo radiactivo que emite radiación beta.
- vida media (noun) /ˈbi.ða ˈme.dja/
- Tiempo que tarda en desintegrarse la mitad de los núcleos radiactivos de una muestra. Es una constante característica de cada isótopo radiactivo.
Sinónimos : período de semidesintegración
La vida media del potasio-40 (1250 millones de años) se usa para determinar la edad de rocas en la cordillera de los Andes.
La vida media del cesio-137, un contaminante de accidentes nucleares, es de 30 años. Por eso se usa en estudios de contaminación en Chile.
Química
- configuración electrónica (noun) /kon.fi.ɣu.ɾaˈsjon eˈlek.tɾoˈni.ka/
- Distribución de los electrones de un átomo en los diferentes niveles y subniveles de energía. Se representa usando el diagrama de Aufbau o la notación espectroscópica.
Sinónimos : distribución electrónica
La configuración electrónica determina las propiedades químicas de un elemento y su capacidad para formar enlaces.
La configuración electrónica del sodio (Na) es 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹, lo que explica por qué forma enlaces iónicos fácilmente.
- enlace químico (noun) /enˈla.se keˈmi.ko/
- Fuerza que mantiene unidos a los átomos en una molécula o en un compuesto. Puede ser iónico, covalente o metálico, dependiendo de la transferencia o compartición de electrones.
Sinónimos : unión química
El cobre forma enlaces metálicos que permiten su alta conductividad eléctrica, clave para la minería en Chile.
El enlace iónico entre el sodio (Na) y el cloro (Cl) forma la sal de mesa (NaCl) que usas en tu comida.
- ión (noun) /iˈon/
- Átomo o molécula que ha ganado o perdido electrones, adquiriendo una carga eléctrica neta. Los cationes tienen carga positiva y los aniones negativa.
Sinónimos : partícula cargada
Los iones son clave en procesos biológicos (como los impulsos nerviosos) y en la conducción eléctrica (como en las baterías de litio de los celulares).
En el agua termal de Chillán, los iones de calcio (Ca²⁺) y magnesio (Mg²⁺) son responsables de sus propiedades terapéuticas.
- masa atómica (noun) /ˈma.sa a.toˈmi.ka/
- Masa promedio de los átomos de un elemento químico, considerando la abundancia natural de sus isótopos. Se mide en unidades de masa atómica (uma).
Sinónimos : peso atómico
La masa atómica del carbono es aproximadamente 12,01 uma, no exactamente 12, porque incluye el carbono-12 y el carbono-13.
La masa atómica del cobre es 63,55 uma, lo que refleja la mezcla de sus isótopos cobre-63 y cobre-65 en la naturaleza.
- metal (noun) /ˈme.tal/
- Elemento químico que tiende a perder electrones para formar cationes. Tiene brillo, es maleable, dúctil y buen conductor de calor y electricidad. En Chile, el cobre es el metal más importante.
Sinónimos : elemento metálico
Los metales como el cobre de Chuquicamata o el litio del Salar de Atacama son esenciales para la economía chilena.
El cable de cobre que enciende tu computador en Santiago está hecho de átomos de cobre que comparten electrones en un enlace metálico.
- tabla periódica (noun) /ˈta.βla peˈɾjo.di.ka/
- Organización de los elementos químicos en filas (períodos) y columnas (grupos) según su número atómico y propiedades químicas. Fue desarrollada por Dmitri Mendeléyev en 1869.
Sinónimos : sistema periódico
La tabla periódica es como el 'DNI' de los elementos: te dice todo sobre sus propiedades con solo mirarla.
El litio (Li), sodio (Na) y potasio (K) están en el grupo 1 de la tabla periódica y son metales alcalinos muy reactivos.
- unidad de masa atómica (noun) /uˈni.ðað ðe ˈma.sa a.toˈmi.ka/
- Unidad de medida de la masa de partículas subatómicas y átomos. Se define como la doceava parte de la masa de un átomo de carbono-12, equivalente a kg.
Sinónimos : uma
1 uma ≈ masa de un protón o neutrón. Por eso el número másico de un átomo es aproximadamente igual a su masa en uma.
Un átomo de oxígeno tiene una masa de aproximadamente 16 uma, lo que equivale a 16 veces la masa de 1 uma.
Química aplicada
- cobre (noun) /ˈko.βɾe/
- Metal de transición con número atómico 29 (Z=29) y símbolo Cu. Es un excelente conductor de electricidad y calor, clave para la industria chilena, especialmente en la minería de Chuquicamata y El Teniente.
Sinónimos : Cu
Chile es el mayor productor de cobre del mundo. Un solo átomo de cobre en un cable puede conducir electricidad gracias a sus electrones libres.
CuLos cables de cobre en las líneas de transmisión eléctrica de Chile transportan la energía desde las centrales hidroeléctricas de la Región del Maule hasta Santiago.