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ES núcleo atómico
Toda la materia esta compuesta de diferentes combinaciones de por lo menos tres particulas
fundamentales: protones, neutrones y electrones. Por ejemplo, un atomo de berilio (figura
39.1) consta de un nucleo que contiene cuatro protones y cinco neutrones. El hecho de que el
berilio sea electricamente neutro pone de manifiesto la necesidad de que el nucleo este rodeado
porcuatro electrones. Los dos electrones interiores se encuentran en un nivel de energia
(n = 1) diferente que los dos electrones externos (n = 2).
Los experimentos acerca de la desviacion que realizo Rutherford demostraron que el
nucleo contiene la mayor parte de la masa de un atomo y que el nucleo corresponde tan solo
a aproximadamente la diezmilesima parte del diametro del atomo. Por tanto, unatomo tipico
con un diametro de 10~10 m (100 pm) tendria un nucleo de unos 10~14 (10 fm) de diametro.
Los prefijos pico (10~12) y femto (10~15) son utiles para expresar dimensiones nucleares. Puesto
que el diametro de un atomo es 10 000 veces mayor que el de su nucleo, el atomo, y por
tanto la materia, esta formada en su mayor parte de espacio que se encuentra casi vacio.
Es necesario queresenemos lo que se conoce como particulas fundamentales. El electron
tiene una masa de 9.1 X 10-31 kg y una carga de e = —1.6 X 10~19 C. El proton es el nucleo de
un atomo de hidrogeno. Tiene una masa de 1.673 X 10~27kg y una carga positiva igual en magnitud
a la carga de un electron (+e). En vista de que la masa de un electron es extremadamente
pequena, la masa de un proton es mas o menos igualque la masa de un atomo de hidrogeno, el
cual consta de un proton y un electron. El proton tiene un diametro de 3 fm aproximadamente.
Figura 39.1 Un modelo del atomo de berilio. El nucleo consta de cuatro protones y cinco neutrones
rodeados por cuatro electrones. La carga positiva de los protones se equilibra exactamente con los electrones
cargados negativamente en el electron neutro.
39.2Los elementos 759
Continuación
Por ejemplo, si una
persona en un escáner
PET fuera a resolver un
problema físico, más
nutrimentos fluirían a
la parte del cerebro
que está usando para
resolver el problema.
La desintegración de los
positrones en esta parte
del cerebro aumentaría,
y ei escáner PET podría
trazar el mapa de esta
área.
Tabla 39.1
Partículas fundamentales
PartículaSímbolo Masa, kg Carga, C
Electron e 9.1 x 1(T31 -1 .6 x 10“19
Proton P 1.673 X 1(T27 + 1.6 X 10“19
Neutron n 1.675 X 1CT27 0
La otra particula nuclear, el neutron, esta presente en el nucleo de todos los elementos, con
excepcion del hidrogeno. Tiene una masa de 1.675 X 10~27 kg, que es ligeramente mayor que
la del proton, pero no tiene carga. Por consiguiente, los neutrones contribuyen a la masade un
nucleo, pero no afectan la carga positiva neta del nucleo, la cual depende unicamente de los
protones. El neutron tambien tiene un diametro de aproximadamente 3 fm. En la tabla 39.1 se
resumen los datos que hemos mencionado, para el caso de las tres particulas fundamentales.
A partir de lo que sabemos sobre las tres particulas fundamentales, es obvio que los
diagramas como el de lafigura 39.1 no deben ser tomados como la realidad. En general, las
distancias no estan representadas a escala en tales representaciones esquematicas. Mas aun,
las leyes clasicas de la fisica a menudo no se aplican al micromundo del nucleo.
Para comprender claramente los eventos atomicos y nucleares, es preciso adoptar una
nueva forma de pensar. Por ejemplo, se puede preguntar por que se mantieneunido el nucleo.
Es evidente que si la repulsion electrostatica de Coulomb se aplica al nucleo, esta tiene que
ser superada en el por una fuerza mucho mayor. Tanto esta fuerza mucho mas grande como
la fuerza electrostatica son inmensas, comparadas con la fuerza gravitacional. Esta tercera
fuerza se llama fuerza nuclear.
La fuerza nuclear es muy intensa y de corto alcance. Si dos nucleones...