Esructura atómica

Científicamente se acepta la premisa según la cual todos los materiales están compuestos por unidades fundamentales denominadas átomos. Cada átomo contiene un núcleo de protones y neutrones, en torno al cual giran los electrones en órbitas fijas. Los protones del núcleo tienen carga eléctrica positiva, los neutrones no están cargados y los electrones tienen carga negativa. Los electro­nes y los protones coinciden en número, por lo que el átomo presenta un equilibrio de cargas positivas y negativas. Los neutrones del núcleo se encuen­tran en número igual o ligeramente superior al de los protones. Cada átomo puede identificarse de dos formas: por su número atómico, es decir, por el número de electrones en órbita alrededor del núcleo, o por su peso atómico, es decir, por el peso de los electrones más el de los protones y neutrones que constituyen el núcleo.
Se conocen 104 estructuras atómicas diferentes que van desde el hidrógeno con 1 electrón hasta el kurchatovio (el elemento de descubrimiento más recien­te) con 104 electrones que constituyen los 104 elementos conocidos, algunos de los cuales se designan por nombres latinos y son identificados en química mediante la letra mayúscula de su nombre: por ejemplo, hidrógeno H, oxígeno O. Los elementos se clasifican en tablas periódicas.
Los electrones giran en órbitas fijas, no superando el número de dos en la primera, 8 en la segunda y tercera, 18 en la cuarta y quinta y 36 en la sexta v séptima. Según la estructura del átomo, las órbitas pueden no estar completas.
Los átomos con 8 electrones, como los de oxígeno, tienen 2 electrones en la primera órbita y 6 en la segunda, presentando un déficit de 2 electrones. Los átomos con órbita externa incompleta son inestables y tienden a asociarse con átomos de distinta estructura a fin de adquirir los electrones suficientes para completar su órbita externa. Este proceso se denomina intercambio iónico. Cuando los átomos han modificado su estructura para conseguir la estabilidad ya no se consideran elementos, sino iones de dicho elemento. Su carga eléctrica será distinta según hayan adquirido o cedido electrones. En el caso de adquirir electrones se convertirán en aniones de carga negativa y en el caso de cederlos en cationes de carga positiva. Dado que las cargas eléctricas opuestas se atraen, se establece un enlace entre los átomos que participan en un intercambio iónico.
Si los átomos comparten un electrón, en vez de cederlo o adquirirlo, el enlace se denomina enlace covalente y es todavía más fuerte que el iónico.
Los enlaces iónicos producen estructuras frágiles y los covalentes estructuras duras; ambas tienen puntos de fusión que van de medios a altos.
En una tabla periódica en la que los elementos aparecen clasificados por su número atómico, entre los veinte primeros se encuentran los más utilizados en cerámica. Se puede observar que todos los elementos de cada columna vertical tienen propiedades similares. La columna de la derecha está constituida por los gases inertes o nobles, cuyos átomos tienen su órbita externa totalmente cubier­ta. Cada elemento de la misma columna vertical contiene el mismo número de electrones en su órbita externa y puede combinarse con otros elementos según sistemas característicos.
La valencia de un elemento es el número de posibles enlaces que un átomo puede llevar a cabo con otro. El hidrógeno con 1 electrón y 1 plaza vacante es monovalente y el oxígeno que necesita 2 electrones para completar su órbita externa es bivalente.
La estructura atómica de cada elemento determina las características físicas y químicas de los compuestos a que puede dar lugar.
Dado que los electrones giran en órbita alrededor del núcleo, el átomo puede considerarse una esfera. La estructura formada por varios átomos de uno o más elementos se denomina molécula y su configuración varía según la forma de disposición de los átomos esféricos y también según su número. Cuando se forma más de una molécula, el resultado es un compuesto molecular y puede estar constituido por átomos de un solo elemento o átomos enlazados de varios elementos. Una molécula es el menor número de átomos requerido para que se mantenga la identidad química de los átomos enlazados.
Al igual que cada átomo tiene un peso atómico, cada molécula tiene un peso molecular. El tipo de enlace entre los átomos determina la naturaleza física y 30 química de los materiales terrestres. Los gases, los líquidos y los sólidos están constituidos todos ellos por estructuras atómicas. Si un sólido se calienta a la temperatura adecuada se transforma en líquido, evaporándose al alcanzar el punto de ebullición. Del mismo modo, un gas puede licuarse si se enfría y el líquido resultante solidificarse o congelarse enfilándolo todavía más.