Que es el átomo químico

[Propiedades de las disoluciones] Sección 1. Conceptos clave [La materia] [Mezclas heterogéneas] Otros conceptos [Que es el átomo químico] [Suspensiones contaminantes]

En química, hablar del "átomo químico" no es simplemente referirse a la entidad física que la física nuclear estudia en profundidad. Se trata de una construcción conceptual particular, creada y afinada para resolver problemas y explicar fenómenos propios del campo químico: la estructura de la materia, las reacciones químicas, y, como veremos en este capítulo, las propiedades coligativas de las disoluciones. A lo largo de la historia, diversos modelos atómicos han sido propuestos para explicar qué es la materia, pero en la práctica química usamos principalmente dos tipos de representaciones atómicas funcionales: el átomo daltoniano y el átomo de Thomson (modificado).

Ambos modelos no se contradicen, sino que cumplen roles didácticos y conceptuales complementarios. El modelo de Dalton, por ejemplo, es esencialmente un modelo particulado, útil para razonar con las sustancias como conjuntos de partículas discretas, ya sean átomos o moléculas. En este sentido, el átomo de Dalton se representa como esferas indivisibles que componen la materia. Cuando hablamos del gas oxígeno, lo representamos como O₂, dos esferas unidas; cuando tratamos con agua, representamos H₂O como un conjunto de tres esferas: dos pequeñas (hidrógenos) y una más grande (oxígeno), vinculadas entre sí. Este tipo de representación no intenta explicar los detalles internos del átomo, sino permitirnos visualizar qué partículas hay, en qué proporciones, y cómo interactúan.

Figura 1. El modelo de Dalton sigue siendo útil para representar fenómenos moleculares como las vibraciones, la organización de la materia y los estados de agregación. Su enfoque particulado permite visualizar átomos como esferas que se combinan, se mueven y se reorganizan, facilitando la comprensión de reacciones, mezclas y proporciones sin recurrir a modelos cuánticos, manteniéndose vigente como herramienta didáctica esencial.

En las mezclas homogéneas, por ejemplo, este modelo nos permite imaginar cómo se distribuyen las partículas del soluto entre las del disolvente. En las propiedades coligativas, como el descenso en la presión de vapor o el aumento ebulloscópico, nos basta con contar cuántas partículas hay disueltas, sin importar de qué tipo sean, lo cual encaja perfectamente con la visión daltoniana de contar esferas.

Sin embargo, hay procesos químicos —en especial las reacciones de disolución de electrolitos y las transferencias de carga— que no pueden explicarse bien sin hablar de electrones. Y aquí es donde entra el segundo modelo que usamos: el modelo de Thomson. A pesar de que suele enseñarse como un modelo superado, el átomo de Thomson conserva una vigencia didáctica particular en química, porque introduce por primera vez al electrón dentro de un marco químico funcional.

Figura 2. John Dalton (1766–1844) fue un científico inglés autodidacta que revolucionó la química al proponer en 1803 la teoría atómica moderna: toda materia está formada por átomos indivisibles, los de un mismo elemento son iguales, y los compuestos se forman en proporciones fijas. También estudió el daltonismo, que él mismo padecía. Su legado perdura en la ciencia, y su nombre se honra en la unidad de masa atómica "dalton" (u), clave para medir masas atómicas y moleculares.

En el modelo original de Thomson (1897), el átomo se visualiza como una esfera cargada positivamente dentro de la cual se incrustan electrones negativos, como pasas dentro de un pudín. Aunque no se trata de una imagen física realista, sí nos permite introducir la idea de la carga eléctrica dentro del átomo, algo crucial para entender los iones y las reacciones ácido-base o de precipitación.

Cuando en química usamos los símbolos de los elementos (Na, Cl, Ca, etc.), lo que en realidad estamos haciendo es una versión modificada del modelo de Thomson. La esfera desaparece, y es reemplazada por el símbolo del elemento, pero los electrones se siguen "escondiendo" en su interior, al igual que en el modelo original. Así, cuando un átomo de sodio pierde un electrón, lo representamos como Na⁺; si un átomo de cloro gana un electrón, se convierte en Cl⁻. Esta notación nos permite rastrear los movimientos de carga en las reacciones, sin necesidad de recurrir aún a orbitales ni configuraciones electrónicas.

Esta dualidad representacional —el modelo particulado de Dalton y el modelo cargado de Thomson— es suficiente para explicar una enorme cantidad de fenómenos en química general. Desde la disolución de una sal en agua hasta la formación de un precipitado, pasando por la conducción eléctrica de soluciones o la presión osmótica, estas dos nociones de átomo nos bastan para interpretar la materia desde un punto de vista químico operativo.

Tomemos como ejemplo el fenómeno del descenso crioscópico, una propiedad coligativa por la cual el punto de congelación de un disolvente disminuye al agregarle un soluto. Si consideramos una solución de NaCl en agua, el modelo de Dalton nos permite ver cómo se incrementa el número de partículas al disolverse (ya que NaCl produce dos iones), y el modelo de Thomson nos permite visualizar las cargas de estos iones, esenciales para entender por qué afectan la estructura del hielo o la conducción eléctrica.

Este uso combinado de modelos también es útil en el análisis de procesos contaminantes o de control de calidad industrial. Por ejemplo, en el caso del alcohol adulterado, es crucial identificar los iones presentes, sus cargas, y sus proporciones. Esto puede realizarse sin tener que explicar aún los enlaces químicos a nivel orbital, simplemente aplicando los principios del modelo de Thomson (carga y transferencia electrónica) sobre el esquema de Dalton (conteo de partículas).

Por todo esto, el "átomo químico" que manejamos en los primeros niveles de enseñanza no es un objeto físico completo, sino un instrumento de representación. Nos permite modelar, explicar, predecir y comunicar procesos sin entrar todavía en la física cuántica o en modelos espectroscópicos complejos. Con estos dos modelos, podemos resolver problemas cuantitativos y cualitativos con un lenguaje accesible y coherente.

Más adelante, cuando abordemos el átomo moderno en el capítulo correspondiente, incorporaremos los conceptos de orbitales, niveles de energía y enlaces covalentes. Pero por ahora, para estudiar la materia, sus reacciones básicas y las propiedades de las disoluciones, el átomo químico dual de Dalton y Thomson —en su versión representacional adaptada— constituye una herramienta poderosa, suficiente y operativa.

En resumen, el átomo químico que usamos en este curso no es una entidad única, sino una herramienta conceptual flexible. El modelo de Dalton nos da partículas que podemos contar, visualizar y combinar. El de Thomson nos da electrones que se esconden, se pierden o se ganan, y con eso, construimos una química que explica tanto lo visible como lo invisible, lo cotidiano como lo abstracto. Así, la química se convierte en un lenguaje que describe la transformación del mundo desde sus componentes más pequeños

Referencias

Banchetti-Robino, M. P. (2013). 19th Century Atomism and the Empirical Nature of the Chemical Atom: Dalton Against Lavoisier.

Fisher, N. W. (1973). Essay Review: The Nature of the Chemical Atom: The History of Valency.

Hudson, J., & Hudson, J. (1992). The Chemical Atom. The History of Chemistry, 77-91.

Izquierdo-Aymerich, M. (2013). School chemistry: An historical and philosophical approach. Science & Education, 22(7), 1633-1653.

Izquierdo-Aymerich, M., & Adúriz-Bravo, A. (2009). Physical construction of the chemical atom: Is it convenient to go all the way back?. Science & Education, 18, 443-455.

Sinclair, S. B. (1987). JJ Thomson and the chemical atom: from ether vortex to atomic decay. Ambix, 34(2), 89-116.

Taber, K. S. (2003). The atom in the chemistry curriculum: Fundamental concept, teaching model or epistemological obstacle?. Foundations of Chemistry, 5, 43-84.