Detector Geiger-Muller

El Núcleo
El
Atómico
Electrones con carga negativa rodean al núcleo atómico.
¿Porqué generalmente el átomo no tiene carga?
• El núcleo atómico tiene cargas positivas (protones).
1

Ley de Coulomb: F = 4π ε

q1 q2
r2

¿Porqué el núcleo atómico no es inestable?
• Existen fuerzas nucleares que mantienen estable al núcleo.

Propiedades Atómicas
Propiedades
Mediciones de ErnestRutherford (1910-1911)
• Tamaño aproximado del átomo: 10-10 m
• Tamaño aproximado del núcleo: 10-14 m

Propiedades del núcleo
• Número atómico Z: cantidad de protones de un núcleo
• Número Neutrónico N: cantidad de neutrones de un núcleo
• Número de masa A: cantidad de nucleones de un núcleo, A = N + Z
• Unidad de Masa Atómica (uma) u ~ 1,66053873 x 10-27 kg
• Tamaño aproximado de un protón:R0 ~ 1,2 x 10-15 m = 1,2 fm
• Tamaño aproximado de un núcleo atómico: R ~ R0 A1/3
de donde, la densidad casi constante de un núcleo es: ρ = m/V ~ 3 / 4 π R03

Masas Atómicas
Masas
• Protón: 1,007276 u ~ 1,672622 x 10-27 kg
• Neutrón: 1,008665 u ~ 1,674927 x 10-27 kg

Z

A

Símbolo

• Electrón: 0,0005486 u ~ 9,10938 x 10-31 kg
• Hidrógeno (11H): 1,007825 u
• Deuterio (12H):2,014102 u
• Tritio (13H): 3,016049 u
• Helio (23He): 3,016029 u
• Helio (24He): 4,002603 u

ISÓTOPOS: núcleos con la misma Z pero diferente A
ISÓTONOS: núcleos con la misma N pero diferente Z
ISÓBAROS: núcleos con la misma A pero diferente Z

Spin de los nucleones
Spin
Al igual que los electrones, también los protones y neutrones
tienen spin de ½, generando un momento angular S biendefinido:

⏐S⏐ = ( s(s+1))1/2 h
⏐Sz⏐ = ms h

s= ½

S

ms = s, s-1

El momento angular total J de un núcleo es la suma de los
momentos angulares orbitales y por spin:

⏐J⏐ = ( j( j+1 ))1/2 h
⏐Jz⏐ = mj h

mj = -j, -j+1, ….., j-1, j

donde j es entero cuando A es par y semientero cuan A es impar.

Interacción Fuerte
Interacci
• La fuerza que une a protones y neutrones en un núcleoatómico es un ejemplo de la Interacción Fuerte, y se la
conoce como Fuerza Nuclear.
• No dependen de la carga de las partículas.
• Tienen un alcance muy corto, del orden de 1 fm = 10-15 m, por
lo que los nucleones solo interactúan con sus vecinos, no con
todos los nucleones del núcleo atómico.
• No existe un conocimiento acabado de la Fuerza Nuclear, por
lo que se la modela de diversasformas:
1. Modelo de la Gota Líquida (inspirado en moléculas de un líquido)
2. Modelo de Capas (inspirado en problema del pozo cuadrado)

Radioactividad
Radioactividad
• De los 2500 núcleos atómicos conocidos, menos de 300 son
estables.
• Los núcleos no estables (> 90%) o Radiactivos, se van
desintegrando, generalmente emitiendo partículas α y β.
• La partícula α es un núcleo 24He (2protones + 2 neutrones)
muy estable, con spin total nulo.
238U

→ 234Th + α

• Se conocen 3 tipos de decaimiento β
1.

β- que consiste en un neutrón que decae a un protón, un antineutrino y un
electrón expulsado del núcleo.

2.

β+ que consiste en un protón que decae a un neutrón, un neutrino y un
positrón expulsado del núcleo.

3.

Captura de un electrón por parte de un protón,formando un neutrón y
expulsando un neutrino.

Radioactividad (cont.)
Radioactividad
• También puede ocurrir un decaimiento γ que emita fotones,
generalmente de rayos γ, con energías de 10 keV a 5 MeV.
• La radioactividad es un fenómeno muy natural, inclusive en
los seres humanos, por su contenido de 14C y 40K.
• Cuando un núcleo radiactivo padre genera entre otros, un
núcleo radiactivohijo, ocurre una serie de decaimientos
radiactivos. Ejemplo: 238U genera una serie de 14 desintegraciones.
• Es un proceso estadístico, donde el número N de núcleos
radiactivos está dado por:
N(t) = N0 e-λt donde λ se llama constante de decaimiento
• La vida media T1/2 es el tiempo necesario para que decaiga el
50% de los núcleos: T1/2 = ln 2 / λ.
• El tiempo de vida o vida promedio está dada...