El volumen atómico: ¿qué es y cómo se calcula?

El volumen atómico es el volumen que ocupa un mol del átomo de un elemento a temperatura ambiente. Se expresa normalmente en centímetros cúbicos por mol: cc/mol. El volumen atómico es un valor que se calcula utilizando la masa atómica y la densidad, mediante la siguiente fórmula: volumen atómico = masa atómica / densidad.

Qué es el volumen atómico

Se considera volumen atómico al volumen aproximado de un átomo del elemento, incluyendo los espacios vacíos entre los átomos del mismo. El volumen atómico se puede definir entonces como el cociente entre la masa de un mol de dicho elemento y su densidad. Según lo mencionado anteriormente, el volumen atómico se expresa en centímetros cúbicos por mol (cm³/mol).

Cómo se calcula el volumen atómico

Otra forma de calcular el volumen atómico es utilizar el radio de un átomo o radio atómico. El radio atómico se calcula mediante una aproximación, imaginando al átomo como si fuera una esfera. Para ello, se considera la distancia entre los núcleos de dos átomos y la parte difusa donde se pueden encontrar electrones, que es la que conforma la esfera imaginaria. De esta manera, se utiliza la siguiente fórmula, donde «r» es el radio atómico:

Volumen = ⁴⁄₃ π r ³ 

Un ejemplo sencillo para aplicar esta fórmula es calcular el volumen del átomo de hidrógeno. Para ello se utiliza la unidad de longitud llamada picómetro (pm), que equivale a una billonésima parte de un metro (0,000 000 000 001 o 1×10-¹²).

El átomo del hidrógeno tiene un radio atómico de 53 pm. Por lo tanto, su volumen se calcula así:

Volumen = (⁴⁄₃) (π) 53³

Volumen = 623,000 pm³ aproximadamente.

¿Cómo varía el volumen atómico en la tabla periódica?

Para comprender cómo varía el volumen atómico en la tabla periódica, debemos imaginar a los átomos como esferas que varían en tamaño. El volumen atómico va aumentando con el número atómico en los elementos del mismo grupo. Por ejemplo, el volumen del calcio será mayor que el del magnesio, y así sucesivamente.

Los elementos con mayor volumen atómico son los metales del bloque s. Después les siguen los no metales y los metales de transición. Los elementos del grupo cinco presentan el menor volumen atómico. De esta manera, se puede observar que el volumen atómico disminuye hacia la derecha de la tabla periódica.

El núcleo del átomo atrae protones conforme se desplaza hacia la derecha. Los protones ejercen una fuerza de atracción sobre los electrones externos. Como los electrones de las capas internas tienden a repeler a los de la capa externa, el efecto del núcleo sobre estos disminuye. Este efecto se denomina efecto pantalla. En un mismo período el efecto pantalla no puede neutralizar el aumento de la cantidad de protones. Debido a ello, los electrones de la capa interna no evitan la contracción de los átomos. Esto causa la variación del volumen de los átomos.

Bibliografía

• Casabo i Gisper, J. Estructura atómica y enlace químico. (1996). España. Reverté.
• Challoner, J. El átomo. Componente fundamental de todas las cosas. (2019). Editorial Uno.
• Blanco Ramos, F. Introducción a la Física de Átomos y Moléculas. (2019). Francisco Blanco Ramos.