Estructura atómica: el núcleo

En este artículo hablaremos sobre la estructura atómica, recomendamos leer ‘partículas elementales’ para complementar el tema.

Los fenómenosrelativos a los rayos catódicos, canales y radiactivos ponían en evidencia quelos átomos estaban constituidos por partículas cargadas eléctricamente. Dada laneutralidad del aromo, cabía preguntarse como se encontraban dispuestas en elmismo.

En 1910, Thomson,con el objeto de obtener más información sobre la distribución de las cargas eléctricasen el interior del átomo, irradió con partículas α una finísima láminade oro (qué, al igual que la plata, el aluminio o el cobre, pueden laminarse enespesores del orden de 10^-6 cm). Al atravesar el metal, sufríanpequeñas desviaciones respecto a su dirección original, puestas de manifiestomediante una placa fotográfica. Interpretó el resultado sugiriendo que estasinsignificantes desviaciones eran debidas a que las partículas positivas hablansufrido un pequeño cambio en su trayecto por la existencia de cargas de signoopuesto, los electrones, los cuales debían de encontrarse uniformemente distribuidosen el interior del átomo. Propuso que el átomo podía considerarse como una pequeñaesfera de electricidad positiva, dada la elevada masa de los protones, en laque se encontraban incrustados los electrones, de masa insignificante y con carganegativa, en número suficiente para neutralizar la carga positiva.

Modelo atómicode Rutherford

 En 1911, Hans Geiger y Ernest Masada,colaboradores de Rutherford, repitieron la experiencia con el objeto dereproducir los resultados experimenta. de Thomson.

Observaron que la mayoría de las partículas atravesaban el metal experimentando pequeñas desviaciones en su trayectoria —como había indicado Thomson—, pero se sorprendieron al ver que mientras algunas sufrían fuertes desviaciones, otras rebotaban en el metal y volvían hacia atrás, lo cual significaba que habían chocado con un obstáculo extraordinariamente denso.

Rutherford, conestos resultados, planteó un nuevo modelo atómico. El átomo cuaba formado porun núcleo diminuto de elevada densidad másica, con carga eléctrica positivadebido a que, en él, se hallaban concentraban los protones. El resto delvolumen atómico estaba vacío, lo cual explicaba que la inmensa mayoría de partículaslo atravesaran sin sufrir apenas desviación. Sólo se desviaban fuertemente laspartículas que pasaban cerca del núcleo, debido a las fuerzas de repulsiónentre cargas del mismo signo. En la superficie del átomo (corteza), loselectrones giran alrededor del núcleo, de forma semejante a como lo hacen losplanetas en torno al Sol.

Rutherford,estudiando la desviación que experimentaban las partículas α,llegó a determinar un diámetro para el átomo de 10^-10m, al que lecorrespondía un diámetro nuclear de 10^-15 m. El diámetro del átomoera unas 100 000 veces mayor que el de su núcleo. Si el núcleo de un átomotuviera las dimensiones de una pelota de tenis, el átomo completo tendría undiámetro de unos 6 km. Al ser tan pequeño el volumen nuclear, su densidadresulta enormemente grande: 10¹⁴ veces la del agua. Si ésta tuvierala misma densidad que el núcleo atómico, a un litro de agua le corresponderíauna masa de cien mil millones de toneladas.

Sin embargo, estemodelo no explicaba, por ejemplo, que el helio, que posee dos protones en elnúcleo y dos electrones en la corteza, tuviera una masa atómica cuatro veces mayorque la del protón. Rutherford supuso que debían existir dos protones y dos electronesadicional. en el núcleo.

Estudiosrelativos a los espectros de rayos X realizados en 1913 por Moseley hicieronpensar que, en el núcleo, además de hallarse los protones, debían de existirunas partículas sin carga y con masa semejante a la del protón. Estas sospechasse confirmaron al descubrir Chadwick, en 1932, el neutrón. Al número deprotones nucleares se le llama número atómico (Z) y coincide con el de electronescorticales en el átomo neutro. La suma del número de protones y neutrones (nucleones)se llama número masico (A).

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