Sistema binario

MATERIA
Lo que llamamos átomo en la actualidad no es, estrictamente hablando, el átomo de Demócrito. Ernest Rutherford demostró, en 1911, que el llamado átomo consta de un núcleo, alrededor del cual giran pequeñas partículas llamadas electrones.
Los electrones son partículas con una carga eléctrica negativa, mientras que el núcleo atómico posee una carga eléctrica positiva. Debido a que cargaseléctricas de signo contrario se atraen, el núcleo ejerce una fuerza de atracción en los electrones que se encuentran a su alrededor.
Para visualizar un átomo, podemos pensar en un sistema solar microscópico en el que el núcleo sería el Sol y los electrones los planetas. La diferencia es que el Sol mantiene unidos a los planetas por la fuerza gravitacional que ejerce sobre ellos, mientras queel núcleo atrae a los electrones por medio de la fuerza eléctrica.
Pero el núcleo atómico no es una partícula, sino que está formado, a su vez, de dos tipos de partículas: los protones y los neutrones (Figura 1). La existencia de los primeros fue establecida por el mismo Rutherford en 1919, mientras que los segundos fueron descubiertos, años más tarde, por J. Chadwick. En resumen, parecía quetres tipos de partículas eran los constituyentes fundamentales de la materia.
 

 
Figura 1. Esquema de un átomo de helio. Dos electrones "giran" alrededor de un núcleo compuesto de dos protones y dos neutrones.
Los protones y los electrones son partículas con cargas eléctricas exactamente de la misma magnitud pero de signos contrarios. Esta carga fundamental es de 1 .602 x 10-19 coulombs.Los neutrones por otra parte, no poseen carga eléctrica. La carga de un núcleo atómico está determinada de manera exclusiva por el número de protones que lo constituyen y es, por lo tanto de signo positivo. Evidentemente, la carga de un núcleo es un múltiplo entero de la carga de un protón.
Para tener una idea de lo diminutas que son estas partículas, señalemos que la masa de un electrón es deunos 9. 109 X 10-28 gramos, mientras que un protón es 1 836 veces más masivo que un electrón —pesa cerca de 1. 673 X 10-24 gramos— y el neutrón es ligeramente más pesado que el protón — 1.675 X 10-24 gramos. El cuerpo humano, por ejemplo, está hecho de 20 000 billones de billones (2 X 1028) de protones, otros tantos electrones y un número un poco mayor de neutrones.
En la naturaleza existen, enestado natural, 92 tipos de elementos químicos. Un elemento químico está determinado enteramente por el número de protones en el átomo que lo constituye. El núcleo del átomo de hidrógeno consta de un único protón, el del helio posee dos protones y dos neutrones, el del litio tres protones y cuatro neutrones, ...el carbón seis protones y seis neutrones... el hierro 26 protones y 30 neutrones... yasí hasta el uranio, cuyo núcleo está formado por 92 protones y 146 neutrones. Además, los átomos de diversos elementos químicos suelen unirse entre sí para formar moléculas; por ejemplo, la molécula del agua consta de dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno. Los átomos se mantienen unidos en las moléculas gracias a las atracciones eléctricas y magnéticas.
Como veremos con más detalle en elpróximo capítulo, los protones y neutrones se encuentran amarrados en el núcleo por las fuerzas nucleares. Para transmutar un elemento químico en otro es necesario cambiar el número de protones en el núcleo, lo cual es posible en principio, pero requiere de una enorme cantidad de energía, muchísimo mayor de la que soñaron los alquimistas. La razón es que las fuerzas nucleares son tan intensas, que no sepuede despegar fácilmente un protón del núcleo.
En cambio, las fuerzas eléctricas son menos intensas, por lo que es factible despegar uno o varios electrones de un átomo. En condiciones normales en la Tierra, los átomos constan generalmente de un igual número de electrones que de protones y, por lo tanto, la carga neta de un átomo es cero. Pero puede suceder que algunos electrones se escapen...