¿Por qué los diferentes átomos actúan de manera diferente? Solo difieren en la cantidad de protones, neutrones y electrones. ¿Por qué actúan como lo hacen?

Esto es como preguntar “¿Por qué diferentes personas actúan de manera diferente? Solo difieren en el momento del nacimiento, el lugar de nacimiento y la composición genética “.

Bueno, porque esas características son determinantes bastante importantes del comportamiento, ¡por eso! Aunque, en realidad, se reduce principalmente a la cantidad de protones, porque eso determina exactamente la cantidad de electrones, con una pequeña variación adicional proveniente de los neutrones.

Y los átomos con diferentes números de electrones (y, en consecuencia, diferentes números de protones para mantener los electrones en su lugar) tendrán diferentes tamaños, diferentes formas, diferentes afinidades para capturar electrones adicionales o permitir que algunos sean eliminados, y así sucesivamente. Mientras tanto, la variación en el número de neutrones afecta la masa total, que afecta la inercia y, por lo tanto, la rapidez con la que se pueden mover átomos determinados y, por lo tanto, qué tan rápido reacciona (aunque el efecto de diferentes números de neutrones aparte de la masa promedio de cualquier el elemento dado es bastante pequeño para los átomos más pesados), además de cambiar la energía de unión total del núcleo, lo que afecta si el átomo es estable y, de no ser así, exactamente cómo se desintegrará.

Los detalles precisos de cómo interactúan todas esas partículas para producir las propiedades exactas de cada elemento no se conocen realmente. Tenemos las ecuaciones para describirlas, pero son tan complicadas que no se conocen soluciones exactas para nada más complicado que el hidrógeno. ¡Lo que también hace que los átomos se parezcan mucho a las personas, que también son ridículamente complicadas y difíciles de predecir!

El comportamiento físico de los átomos en su estado elemental (es decir, cuando los átomos no son parte de moléculas o están ionizados, y cada átomo tiene un número o electrones igual al número de protones) se rige principalmente por su masa. La masa de un átomo en el estado elemental está determinada por la cantidad de protones y neutrones que tiene. Cambia el número de protones y tienes un elemento diferente. Cambia el número de neutrones y tienes un isótopo del elemento. Por ejemplo: el hidrógeno tiene un solo protón, el deuterio tiene un protón y un neutrón, el tritio tiene un protón y dos neutrones. Las propiedades físicas de los isótopos del mismo elemento (puntos de ebullición, puntos de fusión, densidad, etc.) son diferentes.

Desde un punto de vista químico, la forma en que los átomos “actúan” está determinada principalmente por el número, la forma y el tamaño de sus orbitales de electrones (o, para ser más precisos, las distribuciones de probabilidad). Como los isótopos del mismo elemento tienen el mismo número de protones, también tienen el mismo número de electrones, y sus orbitales de electrones son esencialmente los mismos, por lo tanto, su comportamiento químico es esencialmente el mismo.

Los diferentes átomos tienen diferentes números de protones cargados positivamente y, dado que la carga positiva de cualquier protón debe estar equilibrada por un electrón, los átomos en su estado elemental tienen diferentes números de electrones y, dependiendo del número de electrones que tenga un átomo, tendrá un número mayor o menor de orbitales, y algunos orbitales tienen diferentes formas que pueden contener más o menos electrones.

Algunos átomos se unen con otros átomos, creando enlaces iónicos que pueden resultar en la creación de moléculas (compuestos químicos) con diferentes propiedades químicas y físicas. Algunos átomos, dependiendo de sus orbitales externos de electrones, pueden ser más o menos fácilmente despojados o uno o más electrones. Cuando esto sucede, dicho átomo se convierte en un ion positivo (cargado). Del mismo modo, otros átomos pueden alojar más o menos fácilmente uno o más electrones adicionales, en cuyo caso el átomo se convierte en un ion negativo. Los iones positivos y negativos se atraen eléctricamente entre sí y se unen.

Algunos átomos son capaces de compartir orbitales de electrones con otros átomos. Esto se llama unión covalente. El ejemplo más simple es la molécula de hidrógeno (H2), donde dos átomos de hidrógeno comparten dos electrones, de hecho, el hidrógeno es casi incapaz de existir en forma de un solo átomo a menos que se ionice al perder un electrón y en solución. La capacidad de estos átomos para interactuar y unirse se llama unión covalente. El carbono tiene la capacidad de crear una variedad de enlaces covalentes, tanto entre los átomos de carbono como con otros átomos diferentes. Esa es la base de la química orgánica y es la base de la vida misma.

Si desea comprender el asunto (juego de palabras) en cualquier nivel más profundo, tendrá que tomar una clase de química o, si es capaz de autoaprendizaje, leer algunos libros básicos de química y avanzar hasta Un texto de química orgánica.