Estructura Atómica y Radiactividad: Un Vistazo a la Física Nuclear

Estructura del Átomo y Modelos Atómicos

La descripción básica de la estructura atómica reconoce la existencia de partículas con carga eléctrica negativa, llamadas electrones, que giran en diversas órbitas (niveles de energía) alrededor de un núcleo central con carga eléctrica positiva. El átomo, sin perturbaciones externas, es eléctricamente neutro.

El núcleo está compuesto por protones, con carga eléctrica positiva, y neutrones, sin carga eléctrica.

El tamaño de los núcleos atómicos, para los diversos elementos, está comprendido entre una cienmilésima y una diezmilésima del tamaño del átomo.

La cantidad de protones y electrones en cada átomo es la misma. Esta cantidad se denomina número atómico y se representa con la letra "Z". La suma de protones y neutrones en un núcleo atómico se llama número másico y se representa con la letra "A".

Si "X" representa un elemento químico cualquiera, su número atómico y másico se representan así:

_ZX^A

Por ejemplo, para el Hidrógeno tenemos: ₁H¹.

Aunque hoy estas características de la estructura atómica son conocidas y aceptadas, a lo largo de la historia surgieron diversos modelos que intentaron explicar la estructura del átomo.

Algunos Modelos Atómicos:

a) Modelo de Thomson:

Thomson propuso un modelo atómico estático, considerando el electrón, que él descubrió en 1897. Suponía que los electrones estaban en reposo dentro del átomo y que el conjunto era eléctricamente neutro. Este modelo explicaba muchos fenómenos atómicos conocidos entonces. El descubrimiento de nuevas partículas y los experimentos de Rutherford demostraron su inexactitud.

b) Modelo de Rutherford:

Basado en su trabajo, que demostró la existencia del núcleo atómico, Rutherford postuló que casi toda la masa del átomo se concentra en un núcleo central diminuto con carga eléctrica positiva. Los electrones, con masa ínfima y carga negativa, giran alrededor del núcleo en órbitas circulares. Las cargas del núcleo y los electrones se neutralizan, haciendo que el átomo sea eléctricamente neutro.

Este modelo se abandonó porque el movimiento de los electrones implicaba una pérdida continua de energía, lo que haría que el electrón describiera órbitas en espiral, cayendo al núcleo. Sin embargo, sirvió de base para el modelo de Bohr e inició el estudio del núcleo atómico, por lo que a Rutherford se le considera el padre de la era nuclear.

c) Modelo de Bohr:

Niels Bohr (Premio Nobel de Física 1922) postuló que los electrones giran a gran velocidad alrededor del núcleo en órbitas circulares que determinan diferentes niveles de energía. El electrón puede subir a un nivel superior absorbiendo energía y, para volver a su nivel original, debe emitir la energía absorbida (por ejemplo, como radiación). Este modelo, aunque perfeccionado, ha sido fundamental para la física nuclear moderna.

d) Modelo Mecano-Cuántico:

Iniciado con los estudios de Louis De Broglie (Premio Nobel de Física 1929), este modelo plantea que una partícula con cierta cantidad de movimiento se comporta como una onda. El electrón tiene un comportamiento dual de onda y partícula, con masa y alta velocidad. Al comportarse como onda, es difícil conocer simultáneamente su posición y velocidad. Solo existe la probabilidad de encontrar un electrón en un momento dado en una región del átomo (nivel de energía). Esta idea se conoce como el Principio de Incertidumbre de Heisenberg.

Radiactividad

a) Radiactividad Natural:

En febrero de 1896, Henri Becquerel, investigando con cuerpos fluorescentes (Sulfato de Uranio y Potasio), descubrió una nueva propiedad de la materia, que Marie Curie llamó "Radiactividad". Ciertos elementos emitían radiaciones penetrantes, semejantes a los rayos X, espontáneamente, provenientes del cristal de Uranio.

Marie y Pierre Curie encontraron fuentes de radiación natural más potentes que el Uranio, como el Polonio y el Radio.

La radiactividad no dependía de la naturaleza física o química de los átomos, sino que era una propiedad interna del átomo.

Hoy se conocen más de 40 elementos radiactivos naturales, los más pesados. Por encima del número atómico 83, todos los núcleos naturales son radiactivos.