La teoría atómica plantea que toda la materia está compuesta por unidades fundamentales llamadas átomos, partículas discretas que constituyen los bloques básicos del universo. Estos átomos pueden unirse entre sí para formar elementos o compuestos, dependiendo de su naturaleza.
Figura
1. Las
imágenes de átomos son esquemas conceptuales, no fotos reales, ya que
los átomos son demasiado pequeños para observarse con luz visible. Sus
electrones se describen mediante probabilidades cuánticas, no
trayectorias fijas. Estos modelos, como un mapa del territorio, son
herramientas visuales útiles para entender su estructura, aunque no representan
el aspecto real del mundo submicroscópico.
Los elementos pueden estar constituidos
por átomos individuales, como ocurre en los gases nobles (por
ejemplo, el helio o el neón), o por moléculas elementales, que son
agrupaciones de átomos del mismo tipo químico unidos entre sí. Ejemplos de esto
son el dioxígeno (O₂), el ozono (O₃) y el octazufre
(S₈).
En cambio, los compuestos están formados
por átomos de diferentes elementos químicos. Estos átomos se
combinan en proporciones definidas para formar nuevas sustancias, como el agua
(H₂O) o el ácido sulfúrico (H₂SO₄), cuyas propiedades son
distintas a las de los elementos que los componen.
Las primeras formas de teoría atómica se
remontan a la antigüedad. Filósofos de culturas como la india y
la griega ya especulaban con la idea de que toda materia
estaba compuesta por unidades indivisibles. En el pensamiento griego, Leucipo y
su discípulo Demócrito propusieron que todo lo que existe está
formado por pequeñas partículas indivisibles llamadas átomos, que
se mueven en el vacío. Esta visión contrastaba con la de Aristóteles,
quien creía que la materia era continua, sin una estructura
granular, algo más parecido a un fluido o a una onda que se puede dividir
indefinidamente sin llegar a una unidad fundamental.
Durante siglos, la visión aristotélica predominó, pero más
adelante, con el surgimiento de la ciencia moderna, algunos pensadores —entre
ellos Newton— comenzaron a recuperar ideas atomistas desde una
nueva perspectiva. Sin embargo, la obsesión de muchos físicos por entender
la estructura interna del átomo o por especular sobre la naturaleza
de su superficie dificultó el desarrollo de modelos útiles. Estas
preocupaciones, aunque relevantes a largo plazo, no permitieron en ese momento
hacer predicciones prácticas sobre el comportamiento de la
materia.
Figura
2. John
Dalton fue un científico inglés que formuló la teoría atómica moderna,
proponiendo que toda materia está compuesta por átomos indivisibles. Su
modelo explicó la formación de compuestos en proporciones fijas,
sentando las bases de la estequiometría. También estudió el daltonismo,
que padecía. En su honor, la unidad de masa atómica se llama
"dalton" (u).
El gran avance llegó con John Dalton a
comienzos del siglo XIX. Dalton retomó la idea atómica con un enfoque empírico
y dejó de lado el problema de la estructura interna o la superficie del átomo.
Para él, el átomo era una esfera sólida y perfecta, indivisible,
que se combinaba con otros átomos según proporciones definidas para
formar compuestos. Aunque no conocía los mecanismos específicos de unión entre
átomos —lo que hoy llamamos enlace químico—, su modelo permitió
establecer las primeras relaciones cuantitativas entre
elementos y compuestos. Así nacieron los primeros cálculos de masa y
la idea de que era posible medir y predecir las
proporciones en las que los elementos se combinan, marcando un antes y un
después en la historia de la química.
Los fundamentos de la teoría atómica de Dalton sentaron
las bases de la química moderna. Entre sus postulados principales, Dalton
propuso que toda materia está compuesta por átomos indivisibles, que los átomos
de un mismo elemento son idénticos entre sí en masa y propiedades, y que los
compuestos se forman por la combinación de átomos de diferentes elementos en
proporciones fijas.
Aunque revolucionaria para su tiempo, con el paso de los
años se descubrió que algunos de estos principios no eran del todo
correctos. Por ejemplo, se encontró que existen átomos de un mismo
elemento que tienen el mismo comportamiento químico pero masas
ligeramente diferentes. A estas variantes se las conoce como isótopos.
Aunque su masa cambia debido a un número distinto de neutrones, su
comportamiento químico se mantiene porque conservan el mismo número de protones
y, por tanto, la misma configuración electrónica. Por esta razón, se siguen
considerando parte del mismo elemento.
Otro descubrimiento importante fue que, contrario a
lo que afirmaba Dalton, los átomos sí pueden dividirse en
partículas aún más pequeñas: protones, neutrones y electrones.
Estas partículas subatómicas forman la estructura interna del átomo y son
esenciales para comprender fenómenos más complejos como los enlaces, la
radiactividad o los espectros atómicos.
Así, la evolución de la teoría atómica pasó de un modelo
centrado en masas y proporciones químicas a uno cada vez más
influido por la física, con una creciente atención a la estructura
interna del átomo y la dinámica de sus partículas. Esta
transición marcó el surgimiento de la física atómica y más
adelante de la mecánica cuántica.
Sin embargo, en el contexto de este curso, dejaremos de lado
—por el momento— esa discusión más profunda sobre la estructura interna del
átomo. Nuestro enfoque se mantendrá en los aspectos químicos y cuantitativos de
la teoría atómica, aquellos que permiten explicar y predecir cómo se combinan
los elementos y cómo se relacionan sus masas.
Figura
3. La tabla
muestra modelos moleculares tridimensionales de metano, agua, monóxido
de carbono y peróxido de hidrógeno. Usa esferas de colores para
representar átomos (carbono, oxígeno, hidrógeno) y relaciona la fórmula
molecular con la estructura atómica. Aunque simbólicas, estas
imágenes permiten comprender enlaces, proporciones atómicas y la geometría
molecular de forma visual (Seager, 2022).
La fórmula molecular es una representación
visual y simbólica que nace directamente de los principios de la teoría
atómica de Dalton. Existen dos formas principales de indicarla:
mediante símbolos químicos o mediante modelos con
esferas de colores.
Los símbolos de los elementos son
abreviaturas, generalmente de una o dos letras, que provienen de sus nombres
en latín, en griego o de nombres históricos
asignados por tradición. Estos símbolos están organizados en la tabla
periódica, una herramienta fundamental de la química moderna. Algunos
ejemplos curiosos reflejan esta herencia histórica: el sodio, por
ejemplo, tiene como símbolo Na, derivado de natrum, su
nombre en latín; y el potasio se representa como K,
por su nombre latino kalium.
Por otro lado, en ciertos contextos —especialmente en
modelos didácticos y visualizaciones tridimensionales— se utilizan esferas
de colores para representar los distintos átomos. Cada color
corresponde convencionalmente a un elemento específico: el carbono suele
representarse en gris o negro, el oxígeno en rojo,
el nitrógeno en azul, el hidrógeno en blanco,
el azufre en amarillo, entre otros. Estas
representaciones ayudan a visualizar cómo los átomos se agrupan en el espacio,
dando forma a las moléculas.
Irónicamente, John Dalton, el mismo que propuso
esta teoría revolucionaria, era daltónico. Esto significa que, si
pudiera ver los modelos modernos con esferas de colores, no distinguiría
claramente entre varios de ellos. En un giro casi poético, Dalton habría tenido
dificultades para comprender visualmente una de las representaciones más populares
de su propia teoría.
Al enfocarnos en la fórmula molecular, podemos
decir que está compuesta por dos partes fundamentales: el símbolo
del elemento y su correspondiente subíndice. El símbolo se
toma directamente de la tabla periódica y representa el tipo
de átomo involucrado. A su lado, colocado como subíndice a la derecha
del símbolo, aparece un número que indica la cantidad de átomos de
ese elemento presentes en la molécula. Si no hay subíndice visible, se
sobreentiende que hay un solo átomo.
Las fórmulas moleculares estándar siguen un orden que no es arbitrario: se escriben en función de una tendencia de carga aproximada, que está relacionada con la posición de los elementos en la tabla periódica. En general, los elementos con carácter más positivo (o electropositivos) se colocan a la izquierda de la fórmula, mientras que los más negativos (o electronegativos) van a la derecha.
Figura
4. La
fórmula H₂SO₄ indica que el ácido sulfúrico contiene dos átomos de hidrógeno,
uno de azufre y cuatro de oxígeno. Aunque el “1” del azufre no se escribe, debe
considerarse según la regla del 1 algebraico. Esta notación es clave
para interpretar con precisión reacciones químicas, propiedades
moleculares y modelos estructurales complejos.
Esta tendencia se puede visualizar claramente en la tabla
periódica: los elementos más electropositivos se encuentran en
la esquina inferior izquierda, como el francio (Fr),
que teóricamente siempre aparecería al principio de una fórmula molecular. Por
el contrario, los elementos más electronegativos, como el flúor
(F), ubicados en la esquina superior derecha (excluyendo a
los gases nobles del grupo 18), se colocan siempre al final en fórmulas
simples.
Este orden facilita la lectura y comprensión de las fórmulas
químicas, ya que refleja en parte el comportamiento químico de
los elementos y su tendencia a ceder o aceptar electrones al
formar compuestos.
Referencias.
Brown, T.
L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., & Lancaster, M. (2022). Chemistry:
The central science (15th ed.). Pearson.
Chang, R.
(2021). Chemistry: The central science (14th ed.). Pearson.
Seager, S. (2022). Chemistry for today: General, organic, and biochemistry (10th ed.). Cengage Learning.
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