El núcleo atómico
En el átomo, los protones y neutrones forman
un núcleo atómico central extremadamente pequeño (de radio aproximado 10-15 m,
unas 100 000 veces más pequeño que el radio del átomo) y muy pesado (más del
99% de la masa del átomo).
En el núcleo se concentra prácticamente toda
la masa atómica, pero, en cambio, el volumen del núcleo es una parte muy
pequeña del volumen atómico. En el átomo tenemos tres partículas fundamentales:
electrón, protón y neutrón y, desde el punto de vista eléctrico, el núcleo que
es positivo y la corteza negativa. Ambas cargas en total son iguales, por lo
que el átomo es neutro. Y desde el punto de vista másico en el núcleo reside
prácticamente la totalidad de la masa del átomo.
El numero atómico
Un
átomo se distingue del de otro elemento en el número de partículas subatómicas
elementales. En este sentido, se comprobó que en diferentes elementos al pasar
de uno al otro el número de protones (y, por tanto, el de electrones) aumentaba
de una en una unidad.
Las
propiedades químicas de los elementos dependen solamente del número de
electrones de sus átomos (de su distribución exterior, que estudiaremos a
continuación), que, como acabamos de ver, en los átomos neutros es igual al
número de protones contenidos en el núcleo, esto es, igual al número atómico
que, por tanto, es la característica única de cada elemento. (Vazquez, 2013)
El
numero Másico
Se
representa por la letra A, que se sitúa como superíndice a la izquierda del
símbolo del elemento. Por tanto, el núcleo de los átomos de un elemento químico
está compuesto por un número fijo de protones y un número variable de
neutrones, partículas que denominamos conjuntamente nucleones. Con excepción de
la forma más común del hidrogeno, 1H, que tiene 1 protón y no tiene neutrones,
todos los demás núcleos atómicos contienen protones y neutrones. (Vazquez, 2013)
·
Número
másico, A, es el número de protones y neutrones presentes en el núcleo de un
átomo de un elemento.
·
Número
másico = número de protones + número de neutrones = número atómico (Z) + número
de neutrones (N)
Los Elementos
Los elementos son sustancias que no se pueden
dividir en sustancias más simples por medio de reacciones químicas ordinarias.
Cada elemento tiene un símbolo químico: en general la primera letra o las
primera y segunda letras del nombre del elemento en inglés o en latín.
Los átomos
En la actualidad se considera al átomo como la
parte material más pequeña de un elemento que contiene en su interior
partículas subatómicas denominadas electrones, protones y neutrones. Adicionalmente,
existen más partículas subatómicas como los quarks y los gluones, pero nos dedicaremos
a las partículas más conocidas. Un átomo es eléctricamente neutro lo que
significa que el número de cargas negativas y positivas son iguales. Existen
diferentes tipos de átomos con igual número de masa y se llaman isóbaros, como
también diferentes tipos de átomos que tienen igual número de neutrones y se
denominan isótonos y los isótopos que son átomos de un mismo elemento con
diferente número de neutrones y por lo tanto diferente número de masa. (Gonzalez, 2012)
Las moléculas
Las
partículas formadas por dos o más átomos se conocen como moléculas que se
mantienen juntas por medio de enlaces químicos. Dos tipos comunes son los
enlaces iónicos y los enlaces covalentes. (Gonzalez, 2012)
La teoría cuántica del átomo
La teoría cuántica
Se originó en 1900 y la mecánica cuántica 25 años
después. Dicha teoría constituye un cambio de paradigma en la ciencia del siglo
XIX que dio paso a una nueva visión del mundo en el siglo XX. Es una disciplina
de la física que aplica los principios de la mecánica cuántica a los sistemas
clásicos de campos continuos, por ejemplo, el campo electromagnético.
El modelo
estándar
El modelo estándar de
física de partículas
El modelo estándar es una teoría cuántica de campos
desarrollada entre 1970 y 1973 que es consistente con la mecánica cuántica y la
relatividad especial. Este modelo de física de partículas viene a representar
lo que son los “átomos actuales”. El modelo estándar pretende integrar las
cuatro interacciones fundamentales existentes, pero solo ha podido hacerlo con
tres, quedando fuera de dicho modelo la interacción gravitacional, por lo cual
aún se le considera incompleta. Hasta la fecha, casi todas las pruebas
experimentales de las tres fuerzas descritas por el modelo estándar están de
acuerdo con sus predicciones. Dichas fuerzas son la electromagnética, la
nuclear débil y el nuclear fuerte.
El modelo estándar
agrupa dos teorías importantes
El modelo electro débil y el cromo dinámico cuántico, lo
cual proporciona una teoría internamente consistente que describe las
interacciones entre todas las partículas observadas experimentalmente.
Técnicamente, la teoría cuántica de campos proporciona el marco matemático para
el modelo estándar, el cual describe cada tipo de partícula en términos de un
campo matemático. (Chumacero A. R., 2014)
El modelo estándar se
puede dividir en tres partes
Partículas de materia, partículas mediadoras de las
fuerzas y el bosón de Higgs.
- Partículas de materia Toda la materia conocida está constituida de partículas que tienen una propiedad intrínseca llamada espín. En los términos del modelo estándar todas las partículas son fermiones, por esta razón siguen el principio de exclusión de Pauli, de acuerdo con la estadística del espín, y es lo que causa su calidad de materia.
- Partículas mediadoras de fuerza Las fuerzas son la forma en la que las partículas interactúan recíprocamente y se incluyen mutuamente. El modelo estándar explica tales fuerzas como el resultado del intercambio de otras partículas conocidas como las partículas mediadoras de fuerza.
- Bosón
de Higgs La partícula de Higgs es una partícula
elemental escalar masiva predicha por el modelo estándar, y que al parecer
acaba de ser descubierta en el CERN Europeo en 2012. Tiene espín 0 por lo que
es un bosón. Dicha partícula explica los orígenes de la masa de otras
partículas elementales, particularmente la diferencia entre el fotón sin masa y
los bosones pesados W y Z.
El neutrón
En 1920, el
científico E. Rutherford se observó que la suma de las masas de los electrones
y protones, que forman un átomo, era muy inferior a la masa total del átomo
llamada masa atómica. Así, comprobó que la mayoría de los átomos exhibían,
aproximadamente, una masa atómica doble a la esperada. Por tanto, hasta
confirmarlo experimentalmente, Rutherford postuló la existencia de otra
partícula subatómica, denominada neutrón, que carecía de carga eléctrica,
poseía una masa, aproximadamente, igual a la del protón y estaba situada en el
núcleo.
El protón
La existencia de una partícula
subatómica de carga negativa llevó a los científicos a plantear la búsqueda de
una partícula subatómica de carga positiva, necesaria porque conocían que la
materia era neutra. Por este motivo se consideró la existencia de otra
partícula fundamental del átomo a la que se denominó protón, cuya carga, en
valor absoluto, era igual a la del electrón, aunque sus masas fuesen diferentes. (Pico, 2013)
El electrón
El electrón
fue la primera partícula subatómica descubierta y durante algún tiempo fue la
única conocida. En 1897, el físico inglés J. J. Thomson, al estudiar el
comportamiento y los efectos de los rayos catódicos comprobó que estaban
constituidos por partículas negativas cuya naturaleza era independiente del gas
que se encerrara en el tubo. Este hecho le llevó a pensar que estas partículas
debían ser constituyentes fundamentales de toda la materia y las llamo
electrones, suponiéndolas como partículas elementales (o átomos) de la
electricidad o como cargas eléctricas elementales. (Pico, 2013)
El positrón
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