Función del núcleo
Los átomos están formados por un núcleo con carga positiva rodeado por una nube de electrones con carga negativa. Los núcleos son muy densos y extremadamente pequeños. Contienen más del 99,9% de la masa de un átomo y son diez mil veces más pequeños que un átomo.
El núcleo es un conjunto de partículas llamadas protones, que tienen carga positiva, y neutrones, que son eléctricamente neutros. Los protones y los neutrones están formados a su vez por partículas llamadas quarks.
El elemento químico de un átomo viene determinado por el número de protones, también conocido como «número atómico (Z)» del núcleo. El elemento oxígeno tiene un número atómico Z=8, mientras que el carbono tiene Z=6. La «masa atómica» del núcleo viene dada por A=Z+N, donde N es el número de neutrones del núcleo.
Los distintos tipos de radiación pueden identificarse por su capacidad de atravesar la materia. En 1899, Ernest Rutherford denominó radiación alfa (α), beta (β) y gamma (γ) a las tres primeras letras del alfabeto griego.
El número atómico de una partícula α es Z=2, por lo que el número atómico del núcleo en desintegración disminuye en dos durante una desintegración α y se crea un elemento diferente. La radiación α puede detenerse con una hoja de papel.
Características del núcleo en física
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Desintegración radiactivaAlfa α – Beta β (2β (0v), β+) – Captura K/L – Isomérica (Gamma γ – Conversión interna) – Fisión espontánea – Desintegración en racimo – Emisión de neutrones – Emisión de protonesEnergía de desintegración – Cadena de desintegración – Producto de desintegración – Nucleido radiogénico
Un modelo del núcleo atómico que lo muestra como un haz compacto de los dos tipos de nucleones: protones (rojo) y neutrones (azul). En este diagrama, protones y neutrones parecen bolitas pegadas, pero un núcleo real (tal y como lo entiende la física nuclear moderna) no puede explicarse así, sino sólo utilizando la mecánica cuántica. En un núcleo que ocupa un determinado nivel de energía (por ejemplo, el estado fundamental), puede decirse que cada nucleón ocupa una serie de lugares.
Características del número atómico
¿Qué es un átomo? ¿Qué es un átomo? Un átomo es la unidad más pequeña de materia que mantiene las propiedades de esa materia. Por ejemplo, un átomo de oro es la unidad más pequeña de ese elemento que seguirá teniendo todas las características y comportamientos del oro. Si un átomo se descompone en sus constituyentes, las partículas subatómicas de su interior tienen propiedades propias y únicas que no coinciden en absoluto con las del elemento que representa el átomo. Los tres tipos de partículas subatómicas son los protones, los neutrones y los electrones. Un átomo está formado principalmente por espacio vacío que contiene electrones en sus orbitales. En el centro del átomo se encuentra el núcleo, una esfera dura de neutrones y protones que tiene una carga global positiva y ocupa una pequeña parte del espacio tridimensional del átomo. La carga total de un átomo es neutra.
¿Qué es el núcleo de un átomo? ¿Qué es el núcleo de un átomo? El núcleo del átomo, también llamado núcleo atómico, es el centro pequeño, denso y esférico de un átomo. El núcleo contiene dos partículas subatómicas: los protones y los neutrones. Los protones son partículas cargadas positivamente con una masa aproximada de 1 amu (unidad de masa atómica). El número de protones de un átomo se conoce como número atómico. El número atómico, o número de protones, determina la identidad del átomo. Cada tipo de elemento de la tabla periódica tiene un número diferente de protones. El hidrógeno tiene un número atómico de 1 porque sólo tiene un protón. El nitrógeno tiene siete protones. Si se le añade un protón, el nitrógeno se convierte en oxígeno. Si el nitrógeno pierde un protón, se convierte en carbono. Como los protones tienen carga positiva, la carga total del núcleo siempre será positiva, independientemente del número de protones presentes. El núcleo también contiene otra partícula subatómica llamada neutrón. Los neutrones no tienen carga (es decir, son neutros) y tienen una masa casi igual a la de los protones. Los neutrones tienen dos funciones principales. Los neutrones dan masa al átomo. Son las partículas subatómicas que se romperán durante cualquier tipo de desintegración nuclear, liberando energía. Cambiar el número de neutrones no cambia la identidad del átomo; sin embargo, puede cambiar su masa atómica. Los átomos de un mismo elemento con distinto número de neutrones se denominan isótopos.
Composición atómica
El desarrollo histórico de los distintos modelos de la estructura del átomo se resume en la Figura \(\PageIndex{1}\). J.J. Thomson y Robert Millikan realizaron experimentos para estudiar las propiedades de los electrones. Rutherford estableció que el núcleo del átomo de hidrógeno era una partícula con carga positiva, para la que acuñó el nombre de protón en 1920. También sugirió que los núcleos de los elementos distintos del hidrógeno debían contener partículas eléctricamente neutras con aproximadamente la misma masa que el protón. El neutrón, sin embargo, no se descubrió hasta 1932, cuando James Chadwick (1891-1974, alumno de Rutherford; Premio Nobel de Física, 1935) lo descubrió. Como resultado del trabajo de Rutherford, quedó claro que una partícula α contiene dos protones y neutrones y, por tanto, es el núcleo de un átomo de helio.
Figura \(\PageIndex{1}\}) Resumen del desarrollo histórico de los modelos de los componentes y la estructura del átomo. Las fechas entre paréntesis son los años en los que se realizaron los experimentos clave. (CC BY-SA-NC).