Estructura atómica: representación de partículas y propiedades químicas

En un esquema gráfico, represento los protones, neutrones y electrones y explico cómo estas partículas contribuyen a la estructura de un átomo.

flowchart TB
    A["ÁTOMO"] --> B["NÚCLEO (centro)" ]
    A --> C["NUBE ELECTRÓNICA (alrededor)" ]
    B --> D["Protones: carga +1, masa ≈ 1 u, en el núcleo"]
    B --> E["Neutrones: carga 0, masa ≈ 1 u, en el núcleo"]
    C --> F["Electrones: carga −1, masa ≈ 0, giran en orbitales"]
    D --> G["Definen el número atómico Z y la identidad del elemento"]
    E --> H["Suman masa, estabilizan el núcleo y generan isótopos"]
    F --> I["Determinan el radio atómico, el ion y los enlaces químicos"]

Descripción del esquema (ejemplo con un átomo de litio, Z = 3):

1. En el centro se dibuja el núcleo, con esferas de dos colores: rojas (+) para los protones y grises (sin carga) para los neutrones. En ^{7}\text{Li} hay 3 protones y 4 neutrones.
2. Alrededor del núcleo, en niveles u orbitales, se dibujan los electrones (-): 2 en el primer nivel y 1 en el segundo, porque la configuración es 1s^{2}\,2s^{1}.
3. El tamaño del núcleo es unas 10^{-15} m, mientras que el átomo mide unos 10^{-10} m: el átomo es casi todo espacio vacío.

Cómo contribuye cada partícula a la estructura:

1. Protones: su número (Z) define al elemento: Z=1 es hidrógeno, Z=6 es carbono, Z=8 es oxígeno. Su carga positiva mantiene unidos a los electrones por atracción electrostática.
2. Neutrones: no tienen carga; aportan masa y, junto con los protones, generan la fuerza nuclear fuerte que estabiliza el núcleo. Si varía el número de neutrones se obtienen isótopos del mismo elemento (ej.: ^{12}\text{C}, ^{13}\text{C} y ^{14}\text{C}).
3. Electrones: al estar en la periferia, definen el tamaño real del átomo y se organizan en niveles según 2n^{2}: nivel 1 → 2 e^{-}, nivel 2 → 8 e^{-}. La masa de un electrón es despreciable: m_{e} \approx 9{,}1 \times 10^{-31} \, \text{kg}.
4. Equilibrio del átomo neutro: número de protones = número de electrones (Z = N_{e^{-}}); si se pierden o ganan electrones se forman iones.

Explico cómo la estructura de un átomo influye en sus propiedades químicas y su capacidad para formar enlaces con otros átomos.

1. Las propiedades químicas dependen casi exclusivamente de los electrones de valencia (los del nivel más externo), no de los protones o neutrones del núcleo.
2. Los átomos tienden a alcanzar una configuración estable de octeto (8 electrones externos), como la de los gases nobles; para lograrlo, ganan, pierden o comparten electrones.
3. Si el átomo tiene 1, 2 o 3 electrones de valencia, los cede fácilmente y forma enlaces iónicos (transferencia): por ejemplo, el sodio (2s^{1}) cede un electrón y forma ext{Na}^{+}; el cloro (3s^{2}3p^{5}) lo acepta y forma ext{Cl}^{-}.
4. Si tiene 5, 6 o 7 electrones de valencia, tiende a atraer o compartir electrones: el oxígeno (2s^{2}2p^{4}) comparte y forma ext{H}_{2}\text{O}.
5. Si tiene 4 electrones de valencia, como el carbono, comparte electrones y forma enlaces covalentes largos y estables, base de la química orgánica y de la vida.
6. El radio atómico y la electronegatividad (capacidad de atraer electrones) también varían en la tabla periódica: aumentan la electronegatividad al subir y hacia la derecha (el flúor es el más electronegativo, ext{EN} = 4{,}0).
7. El número de niveles de energía determina el tamaño del átomo: a más niveles, mayor radio atómico y menor fuerza de atracción sobre los electrones externos.