El Núcleo Atómico y las Fuerzas Nucleares
En el átomo, se distinguen dos regiones principales: el núcleo y la corteza.
El Núcleo Atómico
En el núcleo residen los nucleones, que son:
- Protones: Con carga positiva.
- Neutrones: Sin carga eléctrica.
Tanto protones como neutrones poseen una masa similar. En la corteza del átomo, girando alrededor del núcleo, se encuentran los electrones, con carga negativa igual en valor absoluto a la del protón (1.67 x 10-19 C).
El número de protones, conocido como número atómico (Z), define la identidad de un elemento. Aunque los elementos radiactivos pueden emitir neutrones, su número de protones (y por ende, su identidad) no cambia. Sin embargo, al modificar el número de protones, se altera la naturaleza del elemento, transformándolo en otro diferente.
Un nucleido se refiere a cada tipo de núcleo, ya sea natural o artificial, y se caracteriza por su número atómico (Z) y número másico (A). Se representa como AZX.
El número másico (A) representa la suma de protones y neutrones en un átomo. El núcleo de un elemento X se simboliza como AZX.
Isótopos, Isótonos e Isóbaros
- Isótopos: Átomos del mismo elemento con igual número atómico (Z) pero diferente número másico (A).
- Isótonos: Átomos con igual número de neutrones pero diferente número de protones.
- Isóbaros: Átomos con el mismo número másico (A) pero diferente número atómico (Z).
Los isótopos de un elemento comparten propiedades químicas idénticas, pero difieren en sus propiedades físicas. Esta diferencia permite su separación en mezclas.
Para medir la masa de átomos y partículas subatómicas, se utiliza la unidad de masa atómica (u), donde 1 u = 1.66 x 10-27 kg.
Fuerzas Nucleares
Se consideran dos regiones en el átomo: el núcleo y la corteza. En el núcleo se encuentran los protones, que tienen carga positiva, y los neutrones, que no tienen carga. El protón y el neutrón tienen aprox. la misma masa y se les llama nucleones.
En corteza del átomo se encuentran los electrones, girando alrededor del núcleo. El electrón tiene carga negativa, igual en valor absoluto a la del protón (1’67·10-19C).
Son los protones del núcleo los que distinguen un elemento de otro. También los elementos radiactivos pueden emitir neutrones, pero en ambos casos siguen perteneciendo al mismo elemento. Sin embargo, no ocurre lo mismo al cambiar el número de protones del átomo, pues entonces cambian las propiedades físicas del elemento correspondiente, es decir, se convierte en otro elemento distinto.
Se entiende por nucleido (o núclido) cada uno de los tipos de núcleo que pode encontrarnos (tanto natural como artificial). Cada nucleido viene caracterizado por Z y A, y su representación es X.
El número de protones del núcleo caracteriza al elemento correspondiente, se llama número atómico y se representa por Z.
El número de nucleones de un átomo, es decir, la suma de los protones y neutrones se llama número másico y se representa por A.
El núcleo de un elemento cuyo símbolo es X (átomo) se representa por X (núcleo).
Isótopos igual número atómico, distinto número másico.
Isótonos igual número de neutrones, distinto número de protones.
Isóbaros mismo número másico, distinto número atómico.
Los isótopos de un elemento tienen las mismas propiedades químicas (son el mismo elemento), pero sus propiedades físicas son distintas. Esa diferencia en las propiedades físicas puede aprovecharse para separarlos cuando están en una mezcla.
Como la masa de un átomo y de las partículas que lo forman es muy pequeña, el kg ó g son unidades demasiado grandes, por ello, para medir su masa se usa otra unidad llamada unidad de masa atómica que se representa con la letra u (uma). 1 u = 1’66·10-27 kg
El núcleo del átomo se mantiene unido a causa de una fuerza entre nucleones (interacción fuerte). 3 características:
-Es una fuerza independiente de la carga, no distingue entre protones y neutrones.
-Es una fuerza de corto alcance.
-Es una fuerza atractiva muy intensa.
ESTABILIDAD NUCLEAR: ENERGÍA DE ENLACE
1.EQUIVALENCIA MASA-ENERGÍA
En un sistema cerrado, la masa no varía, independientemente de los procesos químicos que se realicen en él. Según este principio, en un sistema cerrado la materia se puede transformar de un compuesto en otro (reacción química), pero la cantidad total de materia permanece constante: a masa ni se crea ni se destruye. La energía ni se crea ni se destruye.
La equivalencia entre estas dos magnitudes nos la da la ecuación de Einstein: E = m·c2
La disminución de masa va acompañada de un desprendimiento de energía y el incremento de masa produce una absorción de energía. E =Δm·c2
E =1·10-3 kg · (3·102 m/s)2 = 9·1013 J = 2’5·107 kWh
En un sistema aislado no se conservan la masa ni la energía por separado, sino que se conserva el conjunto masa-energía.
2.DEFECTO MÁSICO: ENERGÍA DE ENLACE
Cuando se forma un núcleo, se observa que la masa nucleares menor que la suma de las masas de las partículas por separado. A esa masa perdida se le denomina defecto másico (Δm).
Δm = [Z · mp + (A – Z) · mn] – m
¿Qué ha ocurrido con esta masa? Pues se ha transformado en energía, la cual es desprendida en forma de radiación. La cantidad de energía desprendida al formarse el núcleo a partir de sus partículas se denomina energía de enlace (Ee), y se calcula mediante: Ee = |Δm·c2|
También puede entenderse la energía de enlace como la energía que hay que suministrar al núcleo para descomponerlo en sus partículas.
3.ENERGÍA DE ENLACE POR NUCLEÓN (En)
Representa el promedio de energía desprendida por cada partícula que compone el núcleo.
Cuanto mayor sea la energía desprendida por cada partícula, mayor estabilidad tendrá el núcleo.
La energía de enlace por nucleón representa la contribución de cada nucleón a la estabilidad nuclear: cuanto mayor es En más fuertemente unidos están los nucleones y por tanto, más estable es el núcleo. El número de nucleones de uno puede ser mayor que el del otro; el núcleo con menos nucleones es más estable, ya que éstos están ligados con más intensidad que los del núcleo que los tiene en mayor número.
4.NÚCLEOS ESTABLES Y RADIACTIVOS
Entre los nucleidos conocidos, unos son estables (no se descomponen en espontáneamente) y otros son inestables (o radiactivos), descomponiéndose, soltando partículas, y transformándose en otros nucleidos al cabo de un tiempo.