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Modelos atómicos  (Dalton, Thomson, Rutherford, Bohr y Chadwick)

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Te explicamos qué son los protones, cómo se descubrieron, sus propiedades y características. Además, qué son los nucleones.

¿Qué es un protón?

El protón es un tipo de partícula subatómica, es decir, una de las partículas mínimas que constituyen al átomo. Pertenece a la familia de los fermiones y está dotado de carga eléctrica positiva.

Toda la materia está hecha de átomos, y estos a su vez, están compuestos esencialmente por tres tipos de partículas dotados de carga eléctrica diferente: los electrones (carga negativa), los neutrones (carga neutra) y los protones (carga positiva).

Durante mucho tiempo se pensó que el protón era un tipo fundamental de partícula, es decir, que no se lo podía dividir. Sin embargo, hoy existe sólida evidencia de que está compuesto de quarks.

En todo caso, el protón es una partícula subatómica estable. A diferencia del electrón, que orbita alrededor del núcleo del átomo, los protones se encuentran contenidos en el núcleo atómico junto a los neutrones, aportando la mayor parte de la masa atómica.

Ver también: Modelos atómicos

Descubrimiento del protón

Los protones fueron descubiertos en 1918 por Ernest Rutherford (1871-1937), químico y físico británico. En medio de experimentos con gas de nitrógeno, Rutherford notó que sus instrumentos detectaban la presencia de núcleos de hidrógeno al disparar partículas alfa contra el gas.

Concluyó que estos núcleos debían ser partículas fundamentales de la materia, sin saber en ese entonces que, justamente, el núcleo del átomo de hidrógeno contiene una única partícula: un protón. Fue así que se decidió dotar al hidrógeno del número atómico 1.

Sin embargo, se sabe de experiencias científicas previas que llevaron a este descubrimiento. Por ejemplo, el físico alemán Eugene Goldstein (1850-1930) en 1886 halló iones positivos dentro del átomo, a través de experimentos con rayos catódicos.

Además, el británico J. J. Thompson (1856-1940) ya había descubierto los electrones y su carga negativa, es decir que era necesario que hubiera en el átomo algún otro tipo de partícula con carga opuesta.

Ver además: Modelo atómico de Rutherford

Propiedades y características del protón

Los protones son partículas compuestas estables, mucho más masivos que un electrón (1836 veces) y dotados de una carga elemental positiva de 1 (1,6 x 10⁻¹⁹ C). Se encuentran compuestos por tres partículas elementales o quarks: dos " up" (arriba) y uno " down" (abajo). Su vida media es superior a 10³⁵ años, momento a partir del cual son susceptibles de descomponerse.

Los protones poseen, como otras partículas subatómicas, un espín propio, o sea, un momento angular intrínseco e invariable, que en este caso es de ½. Esta propiedad resulta particularmente útil para las resonancias magnéticas nucleares y otro tipo de aplicaciones tecnológicas modernas.

Nucleones

Dado que suelen hallarse normalmente en el núcleo atómico, los protones y los neutrones son conocidos como "nucleones". Los electrones, en cambio, orbitan alrededor de ellos de manera más o menos dispersa.

Los nucleones se hallan unidos entre sí por las fuerzas nucleares fuertes, que solo en casos de átomos particularmente grandes (como el Uranio) pueden ceder ante otras fuerzas, como la electromagnética.

Los nucleones constituyen el mayor porcentaje de la masa de un átomo cualquiera y determinan, por lo tanto, la diferencia entre un elemento químico y el otro: por ejemplo, el átomo de hidrógeno posee únicamente un protón en su núcleo, mientras que el de helio posee dos protones y uno o dos neutrones, dependiendo del isótopo específico.

Número atómico

El número atómico (Z) indica cuántos protones posee un tipo de átomo en su núcleo. Cada elemento químico posee un número atómico diferente, aunque su comportamiento químico está más bien determinado por el número de electrones que orbiten en torno a su núcleo (que para un átomo neutro es igual al número de protones).

Así, por ejemplo, el cloro (Cl) posee 17 protones en su núcleo, de modo que su número atómico es 17. Este número no varía nunca, ni siquiera entre los isótopos (versiones) de un mismo átomo, ya que se diferencian entre sí únicamente por el número de neutrones en su núcleo.

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Referencias

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Protón - Concepto, descubrimiento, propiedades y características

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Te explicamos qué son los protones, cómo se descubrieron, sus propiedades y características. Además, qué son los nucleones. El protón es un tipo de partícula subatómica , es decir, una de las partículas mínimas que constituyen al átomo. Pertenece a la familia de los fermiones y está dotado de carga eléctrica positiva.

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Te explicamos qué es un neutrón, cómo fue descubierto, su función y propiedades. Además, qué es y para qué se usa la fisión nuclear.

¿Qué es un neutrón?

Un neutrón es un tipo de partícula subatómica (partículas que componen los átomos de la materia) presente en el núcleo de algunos átomos y dotada de una carga eléctrica neutra. Todos los átomos del universo se componen de neutrones, protones (de carga eléctrica positiva) y electrones (de carga eléctrica negativa).

Los neutrones se hallan en el núcleo de los átomos (excepto en el de hidrógeno), junto a los protones. Se mantienen allí unidos por fuerzas nucleares fuertes, mientras que los electrones, en el módelo atómico clásico, danzan alrededor en distintas órbitas. Por ese motivo se les conoce a protones y neutrones como nucleones.

Puede servirte: Modelos atómicos

Descubrimiento del neutrón

Antes del descubrimiento de los neutrones, existía una incógnita respecto a la masa y carga de los átomos, en especial cuando se evidenció que los electrones no podían estar en el núcleo atómico, pero que la masa nuclear no se correspondía exactamente con la masa total de los protones.

Así, el físico alemán Ernest Rutherford, quien descubrió los protones, propuso en 1920 la necesidad de que existiera un neutrón, o sea, una partícula que aportara masa al átomo sin modificar su carga eléctrica.

Años después, los neutrones fueron descubiertos en 1932, por el físico inglés James Chadwick, ganador en 1935 del Premio Nobel de Física. Gracias a distintas experiencias y estudios de la radiación obtenida al golpear parafina u otros compuestos ricos en hidrógeno, Chadwick demostró que las predicciones físicas no se correspondían con el fenómeno observado.

Es decir que la radiación obtenida provenía de partículas similares al protón, pero que no poseían una carga eléctrica. Esa fue la primera experiencia que condujo al hallazgo formal de los neutrones.

Propiedades de los neutrones

Los neutrones poseen una masa similar a la del protón, pero ligeramente mayor (1,00137 veces) y, por lo tanto, mucho mayor a la del electrón (1838,5 veces). Como los protones, están compuestos por partículas fundamentales llamadas . Los neutrones poseen dos quarks " down" (abajo) y uno " up " (arriba). La suma de las cargas de estos quarks es cero.

Cuando se encuentran en el núcleo atómico, los neutrones son estables, pero cuando se hallan por fuera, en estado libre, poseen una vida media de 879,4 segundos, antes de descomponerse en un protón, un electrón y antineutrino electrónico. Esto es lo que ocurre a menudo en el interior de las plantas nucleares, donde hay una alta concentración de neutrones libres.

Función de los neutrones

Los neutrones cumplen una función estabilizante dentro del núcleo del átomo. Si no estuvieran, los protones se repelerían unos a otros. Con su presencia, los neutrones compensan esa fuerza eléctrica repulsiva mediante la fuerza nuclear fuerte que mantiene único a los protones y los neutrones en el núcleo.

Sin embargo, los neutrones libres pueden emplearse para otro tipo de funciones, convenientes al ser humano. Por ejemplo, se utiliza para la penetración y visualización de materiales, mediante su emisión controlada.

También son empleados en la fisión nuclear, es decir, la ruptura del núcleo atómico al bombardearlo con neutrones libres, provocando así reacciones que liberan enorme cantidad de energía. Esto, desde luego, entraña muchos peligros, ya que la emisión descontrolada de neutrones puede dañar la estructura de las proteínas básicas de los seres vivientes.

Fisión nuclear

La fisión nuclear es una forma de ruptura del átomo, específicamente de átomos de materiales pesados como es el uranio (U) y sus isótopos estables.

Este procedimiento consiste en bombardear el núcleo de, por ejemplo y más comúnmente, el uranio con neutrones rápidos, lo que provoca su escisión y la liberación de energía, y junto a ella de nuevos neutrones libres, en una reacción en cadena capaz de generar altos niveles de energía aprovechable.

Cuando esta reacción ocurre en un entorno controlado, puede aprovecharse para generar electricidad mediante turbinas y destinarla a usos humanos, tal y como ocurre en el interior de las plantas nucleares. La energía nuclear es relativamente segura y bastante rentable, pero entraña ciertos riesgos ya que subproduce elementos tóxicos (radiactivos).

Por el contrario, cuando esta reacción se da de modo descontrolado, estamos en presencia de una bomba atómica, una de las invenciones bélicas más destructivas que el ser humano haya podido concebir, tal y como las que arrojó el gobierno estadounidense sobre las ciudades japonesas de Hiroshima y Nagasaki en la Segunda Guerra Mundial.

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Referencias:

Última edición: 25 de agosto de 2020. Cómo citar: "Neutrón". Autor: María Estela Raffino. De: Argentina. Para: Concepto.de. Disponible en: https://concepto.de/neutron/. Consultado: 19 de enero de 2021.

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Neutrón - Concepto, historia, función, usos y propiedades

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Te explicamos qué es un neutrón, cómo fue descubierto, su función y propiedades. Además, qué es y para qué se usa la fisión nuclear. Un neutrón es un tipo de partícula subatómica (partículas que componen los átomos de la materia) presente en el núcleo de algunos átomos y dotada de una carga eléctrica neutra.

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Te explicamos qué es un electrón, cuáles son sus características y cómo fue el descubrimiento de esta partícula subatómica.

¿Qué es un electrón?

Un electrón es un tipo de partícula subatómica que presenta carga eléctrica negativa y que orbita activamente el núcleo atómico (compuesto por protones y neutrones), que presenta una carga eléctrica positiva.

El tamaño de un electrón es 1836 veces menor que el de los protones (aportan el 0,06 % de la masa total de un átomo) y, al no tener subestructuras ni divisiones, se lo considera una partícula elemental de la materia.

Los electrones juegan un rol esencial en determinas fuerzas y fenómenos físicos de la naturaleza, como la electricidad, el magnetismo o la conductividad térmica, y en gran medida determinan las uniones atómicas, tanto iónicas (de pérdida o ganancia de electrones) o covalentes (de uso conjunto de electrones). Los electrones generan campos eléctricos que afectan a las partículas cargadas a su alrededor.

El origen de los electrones, conforme a la teoría más aceptada respecto del origen del universo, apunta a que se formaron durante los primeros milisegundos del Big Bang, cuyas temperaturas superaban los 1010 K, suficientes para formar pares de positrones (e+) - electrones (e-) que se aniquilaban entre sí por tener carga eléctrica contraria.

Por razones desconocidas, el número de electrones fue muy superior al de los protones, por lo que sobrevivieron y empezaron a ser atraídos por los primeros protones cuando el universo se enfrió lo suficiente, formando así los átomos más elementales de la naturaleza.

La cantidad de electrones en los átomos de la materia determina que ésta tenga una carga neutra (equilibrio entre protones y electrones), positiva (escasez de electrones) o negativa (exceso de electrones).

Al mismo tiempo, existen electrones "libres" que pueden desplazarse de un átomo a otro de la materia, generando flujos eléctricos o campos magnéticos, dependiendo de la temperatura a la que se encuentren. Existen materiales que se conocen como conductores, en los que los electrones pueden moverse libremente de átomo en átomo y así generar flujos de átomos en movimiento, lo que conoce como corriente eléctrica.

Ver además: Modelo atómico de Rutherford

Características de un electrón

Los electrones pertenecen a un tipo de partículas elementales llamadas leptones. Existen también otros dos grupos de partículas elementales denominadas quarks y bosones. Para cada tipo de partícula existen tres familias o generaciones.

Los electrones son los leptones con carga eléctrica de menor masa del conjunto, y pertenecen a la primera generación de partículas fundamentales (la segunda y tercera generación contiene a las partículas muon y tau).

La masa de un electrón es siempre 9,019 x 10-31 kg y su carga eléctrica respectiva es de -1,602 x 10-19 coulomb, lo cual representa una carga idéntica a la del protón, pero de signo opuesto. Esa medida es conocida como la carga elemental de la naturaleza.

¿Quién descubrió el electrón?

El electrón fue descubierto a finales del siglo XIX, gracias a sucesivas investigaciones en el campo de la conductividad eléctrica en gases. Utilizando rayos catódicos se observaron fenómenos que llevaron a la conclusión de que estos rayos eran partículas cargadas negativamente, llamadas inicialmente corpúsculos y que tenían la milésima parte de la masa del ion de hidrógeno, el menos masivo de todos los átomos. Lo curioso es que al variar la naturaleza del gas empleado, estas partículas conservaban todas sus características.

A fines del siglo XIX, el irlandés George Francis Fitzgerald las bautizó "electrones", nombre que desde el principio gozó de aceptación general. La pertenencia de estas partículas a la estructura del átomo se postuló alrededor de 1900, gracias a los experimentos de Rutherford, Moseley, Franck y Hertz, y al modelo atómico propuesto posteriormente por Niels Bohr.

Última edición: 11 de julio de 2020. Cómo citar: "Electrón". Autor: María Estela Raffino. De: Argentina. Para: Concepto.de. Disponible en: https://concepto.de/electron/. Consultado: 20 de enero de 2021.

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Electrón - Concepto, características y descubrimiento

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Te explicamos qué es un electrón, cuáles son sus características y cómo fue el descubrimiento de esta partícula subatómica. Un electrón es un tipo de partícula subatómica que presenta carga eléctrica negativa y que orbita activamente el núcleo atómico (compuesto por protones y neutrones), que presenta una carga eléctrica positiva.