Carga de un protón
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Masa del protón
Hasta la fecha se han descubierto unos 115 elementos diferentes; por definición, cada uno es químicamente único. Para entender por qué son únicos, es necesario comprender la estructura del átomo (la partícula individual fundamental de un elemento) y las características de sus componentes.
Los átomos están formados por electronesPartícula subatómica con carga negativa que reside alrededor del núcleo de todos los átomos, protonesPartícula subatómica con carga positiva que reside en el núcleo de todos los átomos, y neutronesPartícula subatómica sin carga que reside en el núcleo de casi todos los átomos. Esta es una simplificación excesiva que ignora las otras partículas subatómicas que se han descubierto, pero es suficiente para nuestra discusión de los principios químicos. Algunas propiedades de estas partículas subatómicas se resumen en la Tabla 1.3 “Propiedades de las partículas subatómicas*”, que ilustra tres puntos importantes.
El descubrimiento del electrón y del protón fue crucial para el desarrollo del modelo moderno del átomo y constituye un excelente ejemplo de aplicación del método científico. De hecho, la elucidación de la estructura del átomo es uno de los mayores relatos detectivescos de la historia de la ciencia.
Masa del electrón
Definición de protónUn protón es una de las tres partículas que componen un átomo. Las otras dos partículas son los neutrones y los electrones. Los protones tienen carga positiva y se encuentran dentro del núcleo junto con los neutrones, que no tienen carga. Los electrones suelen representarse como pequeñas esferas cargadas negativamente que orbitan alrededor del núcleo.
Las principales características del protón son su masa o mp (1 unidad de masa atómica (UMA)) y su carga (+1), que también se suelen denotar con los símbolos e, P y +. Los protones están formados por partículas fundamentales llamadas quarks (dos quarks up y un quark down) que se mantienen unidas por gluones.
El núcleo del átomo más simple, el hidrógeno (H), está formado por un único protón. Los protones son los componentes básicos de los elementos más pesados que se generan de las siguientes formas: Recientes avances teóricos y experimentales han llevado al descubrimiento de algunas propiedades interesantes de los protones que violan el modelo estándar, algunas de las cuales se describen en esta lección.
Definición de protónUn protón es una partícula subatómica con carga eléctrica positiva. Los protones se encuentran en el núcleo de cada átomo. De hecho, el número de protones de cada átomo es su número atómico. Hasta hace poco, el protón se consideraba una partícula fundamental. Sin embargo, las nuevas tecnologías han permitido descubrir que el protón se compone en realidad de partículas más pequeñas llamadas quarks. Un quark es una partícula fundamental de la materia que sólo se ha descubierto recientemente. Se conocen seis tipos de quarks: up, down, strange, charm, top y bottom. Un protón está compuesto por dos quarks up y un quark down. Un protón puede formarse como resultado de un neutrón inestable. Tras alejarse unos 900 segundos de un núcleo, un neutrón se descompone radiactivamente en un protón, un electrón y un antineutrino. A diferencia del neutrón, el protón libre es estable. Cuando los protones libres interactúan entre sí, forman moléculas de hidrógeno. Nuestro Sol, al igual que la mayoría de las estrellas del Universo, está compuesto principalmente de hidrógeno.
Masa neutrón
Figura 1 J. J. Thomson ganó el Premio Nobel en 1906 por descubrir la partícula elemental electrón. Curiosamente, su hijo G. P. Thomson también ganó el Premio Nobel en 1937 por demostrar las propiedades ondulatorias del electrón.1
J. J. Thomson construyó un tubo de vidrio parcialmente vacío, es decir, con gran parte del aire bombeado fuera del tubo. A continuación, aplicó una alta tensión eléctrica entre dos electrodos situados a ambos extremos del tubo. Detectó que una corriente de partículas (rayo) salía del electrodo cargado negativamente (cátodo) hacia el electrodo cargado positivamente (ánodo). Este rayo se llama rayo catódico y toda la construcción se llama tubo de rayos catódicos. El esquema de un tubo de rayos catódicos se muestra en la figura 2.
De la discusión anterior, podemos ver que el experimento de la lámina de oro dio una imagen clara de la estructura de un átomo que consiste en protones (núcleo) y el mismo número de electrones fuera del núcleo.
Figura 7. Ernest Rutherford (izquierda) recibió el Premio Nobel de Química en 1908 por sus trabajos sobre la radiactividad. James Chadwick (a la derecha), alumno de Rutherford, obtuvo el Premio Nobel de Física en 1935 por el descubrimiento del neutrón.3