Introducción Física Nuclear

ESTRUCTURA ATÓMICA.

EL ÁTOMO.

La materia está compuesta de entidades individuales llamadas elementos. Cada elemento se distingue de los demás por las propiedades físicas y químicas de su componente básico, el átomo.

El átomo es la partícula más pequeña de un elemento que conserva las propiedades físicas y químicas del elemento dado.

Cada átomo consiste de un núcleo central donde seencuentra localizada casi toda la masa de éste. Alrededor de este núcleo se encuentran unas partículas mucho más pequeñas que las del núcleo denominadas electrones, girando alrededor de éste. El radio del átomo mide alrededor de 10-10 m, mientras que el radio del núcleo es del orden de 10-14 m.

EL NÚCLEO.

Las propiedades de un átomo se derivan de la constitución de su núcleo y del número y elarreglo de sus electrones orbitales.

El núcleo contiene dos tipos fundamentales de partículas, protones y neutrones. Los protones tienen carga positiva y los neutrones son eléctricamente neutros.

Ya que el electrón tiene una unidad de carga negativa (-1.6x10-19 Coulombs) y el protón tiene una unidad de carga positiva (1.6x10-19 Coulombs), y sabiendo que un átomo es su estado base tiene elmismo número de protones que de electrones, entonces el átomo es eléctricamente neutro.

Un átomo queda completamente especificado por cualquiera de las siguientes formas:
Donde:

X: Símbolo químico del elemento.
A: Número de masa atómica, también definido como número de nucleones (neutrones y protones en el núcleo)
Z: Número atómico, que denota el número de protones en elnúcleo.







































Si denotamos con N al número de neutrones del núcleo, se tiene:



A = Z + N


Ejemplos:

Representa a un núcleo de hidrógeno donde:

A = 1
N = 0
Z = 1
Representa a un núcleo de helio, donde:

A = 4
Z = 2
N = 2

Un elemento químico queda definido por su número atómico (Z),por ejemplo, si tenemos los elementos 20M12 y 21N12 entonces M y N son el mismo elemento químico, y los elementos 18K10 y 18L12 son elementos químicos diferentes, ya que tienen diferente número Z.

Con base en las diferentes proporciones de neutrones y protones en el núcleo, los átomos se clasifican en las siguientes categorías:


Isótopos: Átomos con el mismo número de protones perodiferente número de Neutrones.

Ejemplos:
Son isótopos de hidrógeno


Son isótopos de fósforo.

Isótonos.- Átomos que tienen el mismo número de neutrones pero diferente número de protones.

Ejemplos:


Son isótonos, con N = 30 neutrones.

Isóbaros.- Átomos con el mismo número de nucleones pero diferente número de protones; es decir Z + N = A = constante

Ejemplos:

Sonisóbaros, con A = 49.

Isodiáferos.- Átomos con N – Z = constante

Ejemplos:

Son isodiáferos, con N – Z = 9.

Isómeros.- Átomos con el mismo número de protones así como de neutrones, En esta categoría se trata de átomos idénticos, excepto por su diferente estado de energía nuclear.

Ejemplo:

El 131mXe54 es un isómero del 131Xe54 donde la m significa estado metaestable o excitado.

Seha observado que ciertas combinaciones de protones y neutrones resultan más en núcleos estables (no radiactivos) que otras. Por ejemplo: los elementos estables con bajo número atómico tienen prácticamente el mismo número de protones, Z, que de neutrones, N. Sin embargo, para valores de Z arriba de 20, la relación neutrón – protón para núcleos estables es mayor que 1 y se incrementa con elincremento de Z.

Esto se muestra en la figura 3, donde se ha graficado la razón de neutrones a protones para núcleos estables.


N








20






Z
20
Figura 3.- neutrones Vs protones en núcleos estables.



MASA ATÓMICA.

Las masas de los átomos y de las partículas subatómicas están dadas en términos de unidades de masa atómica (uma)....