El núcleo atómico
El físico neozelandés E. Rutherford y sus ayudantes Frederick Soddy y Hans Geiger utilizaron la radiactividad para “penetrar” en la estructura del átomo. En 1910, como consecuencia de los resultados de sus experimentos con partículas α, Rutherford propuso un modelo nuclear del átomo con las siguientes características:
• Existe un núcleo muy pequeño con la práctica totalidad de la masa del átomo, que contiene un número Z de partículas, denominadas protones, con carga eléctrica positiva. Este número se denomina número atómico.
• La corteza atómica o parte exterior del átomo contiene a los electrones, con carga negativa, que giran en órbitas planetarias alrededor de los núcleos. Las capas electrónicas constituyen la corteza atómica.
A partir de entonces quedó claro de dónde procedían las emisiones radiactivas.
Sin embargo, el bombardeo de átomos de berilio con partículas α originaba una “radiación” cuya energía no se podía justificar como radiación electromagnética. En 1932 el físico inglés James Chadwick propuso que esta radiación era en realidad un flujo de partículas sin carga eléctrica a las que denominó neutrones, con una masa similar (algo mayor) a la de los protones. Se denomina nucleones tanto a los protones como a los neutrones.
Se define número másico, A, del átomo a la suma del número de sus protones, Z, y de sus neutrones, N:
A = Z + N
Emisiones Radiactivas
Un núcleo cualquiera, X, se escribe mediante la expresión Z A X . Las emisiones radiactivas se explican con ayuda de la teoría cuántica:
• Emisión α. Las partículas α escapan de un núcleo pesado venciendo una “barrera de potencial” de unos 25 MeV producida por las fuerzas nucleares de atracción. Esta barrera es aparentemente insalvable dado que las energías observadas en las partículas α emitidas están entre 4 y 9 MeV.
En 1928, el físico ruso George Gamow dio una explicación a esta aparente contradicción: las partículas atraviesan la barrera de potencial creada por las fuerzas nucleares y escapan por efecto túnel.
• Emisión β. El núcleo emite un electrón; sin embargo, múltiples pruebas demuestran que no hay electrones en el núcleo. En realidad esta desintegración supone la conversión de un neutrón en un protón y un electrón que abandona el núcleo inmediatamente después de crearse. La explicación de la emisión β supuso un importante reto para la física, ya que aparentemente incumplía los principios de conservación (energía, cantidad de movimiento y momento angular). Fue necesario postular la emisión de una partícula desconocida hasta entonces, el antineutrino ( ν ), para resolverlo.
n→p+e− + ν
• Emisión γ. Su explicación presenta menos problemas teóricos. Conforme a la teoría cuántica, igual que en la corteza electrónica, los núcleos también poseen estados discretos de energía. El paso de los núcleos desde estados excitados a su estado fundamental conlleva la emisión de fotones muy energéticos (entre 2 y 3 MeV) denominados rayos gamma.
Actividades del Núcleo Atómico
Solucion: 138
Solucion: 7,4 ⋅ 10–15 m