La mitad del siglo pasado marcó el nacimiento de una nueva era en la historia de la humanidad. La Edad de Piedra fue reemplazada una vez por la Edad de Bronce, luego los períodos del reinado del hierro, el vapor y la electricidad siguieron en sucesión. Estamos ahora en el comienzo mismo de la era del átomo. Incluso el conocimiento más superficial en el campo de la estructura del núcleo atómico abre horizontes sin precedentes para la humanidad.
¿Qué sabemos sobre el núcleo atómico? El hecho de que constituye el 99,99% de la masa de todo el átomo y está formado por partículas que comúnmente se denominan nucleones. Qué son los nucleones, cuántos de ellos, qué son, ahora todo estudiante de secundaria que tiene un cuatro sólido en física lo sabe.
¿Cómo imaginamos la estructura del átomo?
Ay, no será pronto que aparecerá una técnica que te permitirá ver las partículas que forman un átomo, un núcleo atómico. Hay miles de preguntas sobre cómo se organiza la materia y también hay muchas teorías sobre la estructura de las partículas elementales. Hasta la fecha, la teoría de queresponde a la mayoría de las preguntas, es el modelo planetario de la estructura del átomo.
Según esto, los electrones cargados negativamente giran alrededor de un núcleo cargado positivamente, sostenido por atracción eléctrica. ¿Qué son los nucleones? El hecho es que el núcleo no es monolítico, consiste en protones y neutrones cargados positivamente, partículas con carga cero. Estas son las partículas a partir de las cuales se construye el núcleo atómico, y es costumbre llamarlas nucleones.
¿De dónde viene esta teoría, si las partículas son tan pequeñas? Los científicos llegaron a la conclusión sobre la estructura planetaria del átomo dirigiendo haces de varias micropartículas sobre las placas de metal más delgadas.
¿Cuáles son sus dimensiones
El conocimiento sobre la estructura del átomo no será completo si no imaginas sus elementos en una escala. El núcleo es extremadamente pequeño, incluso comparado con el propio átomo. Si imagina un átomo, por ejemplo, oro, en forma de un globo enorme con un diámetro de 200 metros, entonces su núcleo será solo … una avellana. Pero, ¿qué son los nucleones y por qué juegan un papel tan importante? Sí, aunque sólo sea porque es en ellos donde se concentra toda la masa del átomo.
En los nidos de la red cristalina, los átomos de oro se encuentran muy densamente, por lo que la distancia entre las "nueces" vecinas en la escala adoptada por nosotros será de unos 250-300 metros.
Protón
Los científicos han sospechado durante mucho tiempo que el núcleo de un átomo no es una especie de sustancia monolítica. Las magnitudes de masa y carga, que crecían en "pasos" de un elemento químico a otro, eran dolorosamente impactantes. Era lógico suponerque existen ciertas partículas con carga positiva fija, de las cuales se “recogen” los núcleos de todos los átomos. Cuantos nucleones cargados positivamente hay en el nucleo, esta sera su carga.
Las suposiciones sobre la estructura compleja del núcleo atómico se hicieron en el período de construcción de Mendeleev de su tabla periódica de elementos. Sin embargo, las posibilidades técnicas para confirmar experimentalmente las conjeturas no existían en ese momento. Recién a principios del siglo XX, Ernest Rutherford realizó un experimento que confirmó la existencia del protón.
Como resultado de la exposición a la sustancia por la radiación de metales radiactivos, de vez en cuando aparecía una partícula, una copia del núcleo de un átomo de hidrógeno. Tenía el mismo peso (1.67 ∙ 10-27 kg) y carga atómica +1.
neutrón
La conclusión sobre la necesidad de buscar otra partícula, en ausencia llamada neutrón, llegó rápidamente. Dado que la cuestión de cuántos nucleones hay en el núcleo y cuáles son, radica en el crecimiento desigual de la masa y la carga con un cambio en el número ordinal del elemento. Rutherford hizo una suposición sobre la existencia de un protón gemelo con carga cero, pero no pudo confirmar su conjetura.
En general, los científicos nucleares ya tenían una buena idea de qué son los nucleones y la composición cuantitativa de los núcleos atómicos. Y la escurridiza partícula, aún descubierta experimentalmente por nadie, estaba esperando en las alas. James Chadwick es considerado su descubridor, quien logró aislar lo "invisible" de la sustancia,sometiéndolo a un bombardeo con núcleos de helio acelerados a velocidades ultra altas (partículas α). La masa de la partícula, como era de esperar, resultó ser igual a la masa del protón descubierto previamente. Según investigaciones modernas, el neutrón es un poco más pesado.
Un poco más sobre los "ladrillos" del núcleo atómico
Calcular cuantos nucleones hay en el núcleo de un elemento químico o su isótopo es fácil. Esto requiere dos cosas: una tabla periódica y una calculadora, aunque puedes calcular en tu mente. Un ejemplo son los dos isótopos comunes del uranio: 235 y 238. Estos números representan la masa atómica. El número de serie del uranio es 92, siempre denota la carga del núcleo.
Como sabes, los nucleones en el núcleo de un átomo pueden ser protones cargados positivamente o neutrones de la misma masa, pero sin carga. El número de serie 92 denota el número en el núcleo de protones. El número de neutrones se calcula por simple resta:
- - uranio 235, número de neutrones=235 – 92=143;
- - uranio 238, número de neutrones=238 – 92=146.
¿Y cuántos nucleones se pueden juntar a la vez? Se cree que en una determinada etapa de la vida de las estrellas con suficiente masa, cuando la reacción termonuclear ya no es capaz de frenar la fuerza de la gravedad, la presión en las entrañas de la estrella aumenta tanto que "pega" los electrones a protones Como resultado, la carga se vuelve cero y el par protón-electrón se convierte en un neutrón. La materia resultante, compuesta por neutrones "comprimidos", es extremadamente densa.
Una estrella que pesa en nuestro Sol se convierte en una bolavarias decenas de kilómetros de diámetro. Una cucharadita de esa "gacha de neutrones" podría pesar varios cientos de toneladas en la Tierra.
