Explorando los Fenómenos Nucleares: Descubrimientos, Isótopos y Propiedades del Núcleo

Fenómenos Nucleares: Un Viaje al Interior del Átomo

La física nuclear es un campo fascinante que explora la estructura y el comportamiento del núcleo atómico. Desde los descubrimientos iniciales de la radiactividad hasta la comprensión moderna del spin nuclear, este campo ha revolucionado nuestra comprensión de la materia.

Pioneros de la Física Nuclear

• J.J. Thomson: Científico británico que descubrió la relación carga/masa del electrón (C/m) y los isótopos. Propuso el modelo atómico del "budín de pasas".
• Wilhelm Röntgen: En 1895, al encender tubos catódicos, observó una pantalla con sal fluorescente, a la que denominó rayos X.

Propiedades de los Rayos X

Los rayos X son radiaciones electromagnéticas que se propagan en línea recta a la velocidad de la luz. No pueden desviarse con lentes o prismas, pero sí mediante una red cristalina. Son radiaciones ionizantes, capaces de destruir células vivas y atravesar la materia, con un grado de penetración que depende de la energía y la naturaleza del medio.

El Descubrimiento de la Radiactividad

Radiactividad: Henry Becquerel la descubrió accidentalmente en 1896 al estudiar un mineral de uranio (pechblenda). Observó fluorescencia sin que el mineral estuviera expuesto a la luz y comprobó que emitía radiaciones capaces de velar una placa fotográfica.

• Pierre y Marie Curie: Estudiaron la radiactividad y encontraron otros minerales con propiedades similares a la pechblenda. Determinaron que el fenómeno es una propiedad del núcleo de los átomos y descubrieron dos nuevas sustancias más activas que el uranio: el radio y el polonio.
• Ernest Rutherford: En 1911, interpretó el experimento de Geiger-Marsden.

Conclusiones del Experimento de Rutherford

El átomo contiene un núcleo muy pequeño donde se concentra casi toda la masa y la carga positiva. El resto del átomo está vacío, y ahí circulan los electrones alrededor del núcleo, formando una corteza. Este modelo se conoce como el modelo atómico planetario.

Isótopos y la Estructura del Núcleo

• Descubrimiento del núcleo: 1914, Rutherford (modelo planetario).
• Descubrimiento de los neutrones: 1932, Chadwick descubre los neutrones, partículas con carga neutra compuestas por quarks.

Los isótopos son elementos iguales con distinta masa. Tienen igual número atómico (Z), distinto número de neutrones (n), distinta masa atómica (A) e igual número de protones (p).

Tipos de Isótopos

• Isótopos naturales: Se encuentran en la naturaleza y pueden ser estables (mantienen composición y abundancia) o inestables (radiactivos).
• Isótopos artificiales: Formados en laboratorio mediante el bombardeo de partículas subatómicas.
• Isóbaros: Átomos con igual número másico y distinto número atómico.
• Isótonos: Átomos con distinto número másico y distinto número atómico, pero igual número de neutrones.

Propiedades del Núcleo Atómico

El núcleo se caracteriza por:

• Masa
• Tamaño
• Densidad
• Espín nuclear
• Fuerzas de interacción

Masa Atómica

La masa de un átomo se determina experimentalmente en relación con la de otro. Se asigna un valor a la masa de un átomo para usarlo como referencia. Por acuerdo internacional, la masa atómica es la masa de un átomo en unidades de masa atómica (uma), donde 1 uma es la doceava parte de la masa del carbono-12.

Masa Atómica Promedio

La mayoría de los elementos naturales tienen más de un isótopo. Al medir la masa atómica de un elemento, se debe establecer la masa promedio de la mezcla natural de los isótopos.

Tamaño y Densidad del Núcleo

Rutherford descubrió que la masa del átomo se concentra mayormente en el núcleo. El volumen del núcleo es proporcional al número de nucleones que contiene. El núcleo presenta una elevada densidad, que es independiente del tipo de núcleo y aproximadamente constante.

Spin Nuclear

El spin se relaciona con la forma del núcleo. Si A (número másico) es par, el spin es 0, 1, 2, 3... (spin 0 indica que el núcleo no tiene spin). Si A es impar, toma valores de ½, 3/2, 5/2...

• Spin 0 o 1/2: Núcleo esférico.
• Mayor que 1/2: Núcleo tiene forma de prolato (huevo) u oblato (tableta).