Estructura De Los Atomos

Estructura atómica

Partículas subatómicas

A pesar de que átomo significa ‘indivisible’, en realidad está formado por varias partículas subatómicas. El átomo contiene protones, neutrones y electrones, con la excepción del hidrógeno-1, que no contiene neutrones, y del catión hidrógeno, que no contiene electrones. Los protones y neutrones del átomo se denominan nucleones, por formar parte del núcleo atómico.

El electrón es la partícula más ligera de cuantas componen el átomo, con una masa de 9,11 • 10−31 kg. Tiene una carga eléctrica negativa, cuya magnitud se define como la carga eléctrica elemental, y se ignora si posee subestructura, por lo que se lo considera una partícula elemental. Los protones tienen una masa de 1,67 • 10−27 kg, 1836 veces la del electrón, y una carga positiva opuesta a la de este. Los neutrones tienen un masa de 1,69 • 10−27 kg, 1839 veces la del electrón, y no poseen carga eléctrica. Las masas de ambos nucleones son ligeramente inferiores dentro del núcleo, debido a la energía potencial del mismo; y sus tamaños son similares, con un radio del orden de 8 • 10-16 m o 0,8 femtómetros (fm).

El núcleo atómico

Los protones y neutrones de un átomo se encuentran ligados en el núcleo atómico, la parte central del mismo. El volumen del núcleo es aproximadamente proporcional al número total de nucleones, el número másico A,5 lo cual es mucho menor que el tamaño del átomo, cuyo radio es del orden de 105 fm o 1 ångström (Å). Los nucleones se mantienen unidos mediante la fuerza nuclear, que es mucho más intensa que la fuerza electromagnética a distancias cortas, lo cual permite vencer la repulsión eléctrica entre los protones.6

Los átomos de un mismo elemento tienen el mismo número de protones, que se denomina número atómico y se representa por Z. Los átomos de un elemento dado pueden tener distinto número de neutrones: se dice entonces que son isótopos.

Partículas Fundamentales

El Electrón

A finales del siglo XIX, Thomson había estado estudiando los rayos catódicos, continuando las investigaciones de Crookes y Goldstein iniciadas dos décadas atrás. Al introducir gases a muy baja presión en un tubo de vidrio y someterlos a potenciales eléctricos de 20.000 a 100.000 voltios se producía la descarga, pero no se observaba luminosidad alguna en el interior del tubo. Sin embargo, en la

zona situada frente al cátodo (polo negativo) aparecía una especie de fluorescencia verdosa, atribuida a ciertas radiaciones procedentes del cátodo: los rayos catódicos

.

Thomson estudió las propiedades y efectos de estos rayos y llegó a la

conclusión de que estaban constituidos por partículas, con carga eléctrica negativa, dotadas de gran velocidad, casi dos mil veces más pequeñas que el átomo de hidrógeno. Además, las partículas eran idénticas aunque cambiase el gas del tubo. A propuesta de Stoney les dio el nombre de electrones.

Los electrones tienen una masa

en reposo de 9,109•10–31 kg y una carga eléctrica negativa de 1,602•10-19 culombios, que es la unidad básica de electricidad.

El espín es la propiedad cuántica de las partículas subatómicas que indica su momento angular intrínseco. Puesto que los electrones tienen espín semientero E(½), se clasifican en el grupo de los fermiones, como veremos posteriormente. La partícula de antimateria correspondiente al electrón es el positrón.

El Protón

En un tubo de vacío, semejante al anterior, pero con el cátodo perforado, Goldstein efectuó la descarga correspondiente y observó otra luminiscencia situada detrás del cátodo. Pensó que eran unas radiaciones susceptibles de atravesar los canales o agujeros del cátodo y que se movían en sentido contrario a los rayos catódicos. Se denominaron rayos canales

. La carga eléctrica era positiva y su masa dependía del gas empleado, siendo los más pequeños los producidos al utilizar hidrógeno, con una masa mucho mayor que la del electrón, su carga igual y de signo contrario, y a los que se denominó protones. Era evidente que los protones formaban parte del átomo, generados al destruirse por causa de la descarga eléctrica dichos átomos de gas.

La masa de un protón es de 1,6726•10-27kg, aproximadamente 1.836 veces la del electrón. Por tanto, la masa de un átomo está concentrada casi exclusivamente en su núcleo. Su carga positiva es igual en magnitud a la carga negativa del electrón

y está presente en todos los núcleos atómicos junto al neutrón. Al protón y al neutrón se les denomina también nucleones. El número atómico de un elemento es característico e indica su número de protones.

El neutrón

El neutrón fue identificado en 1932 por el británico James Chadwick, que

interpretó correctamente los resultados de los experimentos realizados en aquella

época Irene y Frédéric Joliot-Curie, entre otros. Ellos habían producido un tipo de

radiación anteriormente desconocida mediante la interacción de partículas alfa con

núcleos de berilio. Cuando se hacía pasar a través de una capa de parafina, las colisiones entre la radiación y los átomos de hidrógeno producían protones. Chadwick se dio cuenta de que la radiación estaba formada

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