Núcleo atómico  



 La materia está compuesta por moléculas, que son agrupaciones de átomos. Dichos átomos constan de un núcleo (con protones y neutrones) y una corteza electrónica. Las características básicas del núcleo son:

  • El núcleo atómico contiene en principio dos tipos de partículas: los nucleones (protones y  neutrones), de aproximadamente la misma masa. El protón presenta carga \(+e\), igual la carga  del electrón con signo contrario, y el neutrón que no tiene carga.
  • El número atómico (\(Z\)) de un elemento es el número de protones que tiene cualquier atómo de ese elemento.
  • El número total de nucleones o número másico de un elemento (\(A=N+Z\)), es igual al número de protones más el de neutrones.


Partículas subatómicas del átomo

Partícula Símbolo Carga Eléctrica (C) Masa (kg) uma
Electrón
\(e^-\) \(1.6\times10^{-19}\) \(9.11\times10^{-31}\) \(5.49\times10^{-4}\)
Protón
\(p^+\) \(1.6\times10^{-19}\) \(1.673\times10^{-27}\) 1.0073
Neutron
\(n\) 0 \(1.675\times10^{-27}\) 1.0086

*La unidad de masa atómica se define como la doceava parte  (1/12) de la masa del carbono-12.


Isótopos

El número de neutrones que acompañan a los protones en un núcleo puede variar dentro de un pequeño rango. Ésta variabilidad da lugar a los isótopos, átomos con el mismo número atómico (igual número de protones) pero de distinto número másico (distinto número de neutrones).
Todos  los  isótopos  de  un  elemento  presentan  las  mismas  propiedades  químicas,  ya  que  éstas dependen  del  número  de  electrones.  Por  el  contrario,  tienen diferencias  en  algunas  propiedades  físicas, como por ejemplo, la masa, o la capacidad de desintegrarse radiactivamente.

Observación:

En la  tabla periódica cada  elemento  aparece  con un valor  de masa (conocido como peso atómico), pero esta masa atómica tiene, generalmente, valores con decimales. Lo que sucede es que la masa atómica de  un elemento es, en realidad, el promedio de las masas de todos sus isótopos naturales en las proporciones en las que existen en la naturaleza.
\(A=\dfrac{\sum_i A_i(ab\%)}{100}\)

Ejemplo:

El cobre presenta en la naturaleza dos isótopos estables:  El 6329Cu, con abundancia isotópica del 69.2%, y  el  6529Cu, con abundancia isotópica del 30.8%.

¿Cuál es la masa atómica del cobre?

Observa que:
El 6329Cu  tiene 29 protones, 29 electrones y 34 neutrones.
El 6529Cu  tiene 29 protones, 29 electrones y 36 neutrones.

La masa atómica es: \(A_{Cu}=\dfrac{63(69.2)+65(30.8)}{100}=63.62 u\)


Radioactividad

En 1896 el físico francés Henry Becquerel descubrió la radioactividad natural, que consiste en el proceso mediante el cual los nucleidos emiten espontáneamente diferentes formas de radiación. También Marie y Pierre Curie, en 1898, descubrieron nuevas sustancias que producían este efecto: el Polonio y el Radio. Posteriormente se han ido descubriendo más, hasta  aproximadamente. 1300  nucleidos radiactivos conocidos actualmente.

El decaimiento radiactivo de un núcleo atómico es un proceso espontáneo de desintegración de dicho núcleo. El resultado es la emisión de radiación ya sea electromagnética o corpuscular y la aparición de un nuevo núcleo, así como la liberación de la correspondiente energía de decaimiento. Se conocen basicamente tres tipos de radioactividad natural, representadas por Núcleos de Helio( \(\alpha \)), electrones ( \(\beta\)) y Ondas electromagnéticas (\(\gamma\)).





En 1913 los científicos Soddy y Fajans propusieron una regla que gobierna la transmutación de los elementos durante la desintegración radiactiva:

  • Cuando un átomo radiactivo emite una partícula \(\alpha\), se crea un elemento cuyo número atómico disminuye en 2 unidades y cuyo número másico disminuye en 4 unidades respecto a las del radioisótopo padre.


  • Cuando un núcleo emite una partícula beta \(\beta^-\), el número másico se mantiene sin cambios, mientras que el número atómico aumenta en 1 unidad.

  • La desintegración \(\beta^+\) (por emisión de positrones) y la captura de electrones, se obsevó que el número atómico disminuye en 1 unidad respecto a la del radioisótopo padre. (fue descubierta más adelante)

  • Cuando un núcleo emite radiación \(\gamma\), continúa siendo del mismo elemento químico