Protones + Electrones + Neutrones

Las propiedades más interesantes de las 3 partículas constituyentes de la materia existente en el universo son:

Protón
Se encuentra en el núcleo. Su masa es de 1,6×10-27 kg. Tiene carga positiva igual en magnitud a la carga del electrón. El número atómico de un elemento indica el número de protones que tiene en el núcleo. Por ejemplo el núcleo del átomo de hidrógeno contiene un único protón, por lo que su número atómico (Z) es 1.

Electrón
Se encuentra en la corteza. Su masa aproximadamente es de 9,1×10-31 kg. Tiene carga eléctrica negativa (-1.602×10-19 C).

Neutrón
Se encuentra en el núcleo. Su masa es casi igual que la del protón. No posee carga eléctrica.

El concepto de partícula elemental es hoy algo más oscuro debido a la existencia de cuasipartículas que si bien no pueden ser detectadas por un detector constituyen estados cuánticos cuya descripción fenomenológica es muy similar a la de una partícula real.

En 1897 Joseph John Thomson descubre el electrón. Albert Einstein interpreta el efecto fotoeléctrico como una evidencia de la existencia real del fotón. Anteriormente, en 1905, Max Planck había postulado el fotón como un quantum de energía electromagnética mínimo para resolver el problema de termodinámica de la radiación del cuerpo negro.

Por su parte Ernest Rutherford descubrió en 1907 en el famoso experimento de la lámina de oro que casi la totalidad de la masa de un átomo estaba concentrada en una muy pequeña parte de él, que posteriormente se llamaría núcleo atómico, siendo el resto vacío. El desarrollo continuado de estas ideas llevó a la mecánica cuántica, algunos de cuyos primeros éxitos incluyeron la explicación de las propiedades del átomo.

Muy pronto se identificó una nueva partícula, el protón, como constituyente único del núcleo del hidrógeno. Rutherford también postuló la existencia de otra partícula, llamada neutrón, tras su descubrimiento del núcleo. Esta partícula fue descubierta experimentalmente en 1932 por James Chadwick. A estas partículas se sumó una larga lista.

-Wolfgang Pauli postuló en 1931 la existencia del neutrino para explicar la aparente pérdida de la conservación de la cantidad de movimiento que se daba en la desintegración beta. Enrico Fermi fue quien inventó el nombre. La partícula no fue descubierta hasta 1956.

-Hideki Yukawa postuló la existencia de los piones para explicar la fuerza fuerte que unía a los nucleones en el interior del núcleo. El muon se descrubrió en 1936, pensándose inicialmente de forma errónea que era un pion. En la década de los 50 se descubrió el primer kaón entre los rayos cósmicos.

-El desarrollo de nuevos aceleradores de partículas y detectores de partículas en esa década de los 50 llevó al descubrimiento de un gran número de hadrones.

-Junto con los hadrones compuestos aparecieron series de partículas que parecían duplicar las funciones y carácterísticas de partículas más pequeñas. Así se descubrió otro "electrón pesado", además del muon, el tauón, así como diversas series de quarks pesados. Ninguna de las partículas de estas series más pesadas parece formar parte de los átomos de la materia ordinaria.

La clasificación de esos hadrones a través del modelo de quarks en 1961 fue el comienzo de la edad de oro de la física moderna de partículas, que culminó en la completitud de la teoría unificada llamada el modelo estándar en la década de los 70.

Fuente: Wikipedia y otros sitios en Internet
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Constantes atómicas

Relación carga/masa del electrón: -1,759 x 108 culombios/gramo.
Carga del electrón: - 1,6 x 10-19 culombios.
Masa del electrón: 9,11 x 10-28 gramos.

Relación carga/masa del protón (núcleo de hidrógeno): 96.500 culombios/gramo.
Carga del protón: + 1,6 x 10-19 culombios.
Masa del protón: 1,66 x 10-24 gramos.

Masa del neutrón: 1,67 x 10-24 gramos.

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Número másico (A)

Es la suma de la cantidad de protones + neutrones en el núcleo de un átomo.

Para cada elemento, el valor de A puede variar (isótopos) pero el valor de Z es invariable.

La cantidad de neutrones en un núcleo se obtiene restando A - Z.

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Invariabilidad de la composición química

Se encuentre ésta en estado sólido, líquido o gaseoso, los átomos o moléculas que constituyen una sustancia determinada no pierden sus propiedades físicas ni químicas.
Solamente en estado de "plasma" sufre una desintegración que separa sus protones, neutrones y electrones, perdiendo así aquéllas propiedades originales.

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Modelos atómicos a lo largo de la historia

· Anaxágoras (499-442 a.C.): "El universo está quizá formado por partículas diminutas".
· Leucipo de Mileto (450-370 a.C.): (concepto similar al de Anaxágoras).
· Demócrito de Abdera (460-370 a.C.): "La materia está formada por átomos (indivisibles), infinitos en cantidad y calidad, cuyas cualidades aleatorias son la eternidad, el espacio, la impenetrabilidad, el peso, y la indestructibilidad. Los átomos adoptan una figura, orden y posición diferentes para originar la variedad de los seres. El ser es uniforme y no hay diferencias cualitativas entre los seres porque los átomos son idénticos. La consistencia y peso de los átomos se dan a medida que se alejan o acercan de los demás".
· Epicuro de Samos (341-270 a.C.): Consideró posibles las teorías de sus antecesores.
· Lucrecio (99-55 a.C.): Postuló que el fundamento central del universo gira en torno a los átomos.
· Herón (S. III d.C.): "Los gases están formados por partículas".
· John Dalton (alrededor de 1803): a) todos los elementos están compuestos de partículas indivisibles y microscópicas llamadas átomos. b) el universo, aunque formado por una gran cantidad de sustancias, es el resultado de la combinación de los átomos. c) los átomos de un mismo elemento son idénticos entre sí en cuanto a su masa, su forma y su tamaño; los átomos de diferentes elementos son diferentes entre sí.
· William Crookes (1832-1919): Mediante experiencias realizadas con descargas eléctricas en tubos de vacío, descubre los rayos que llamó "catódicos", con evidente carga eléctrica positiva.
· Robert Andrew Millikan (1868-1953): Determina el valor de la carga de los electrones y confirma la existencia de los átomos como constituyentes de la materia. Pero también demuestra así que los átomos no son indivisibles.
· Dimitri Ivanovich Mendeléiev (1834-1907): En 1869 desarrolla una organización de los diferentes elementos químicos conocidos basados en el conocimiento de sus "valencias" (capacidades de combinación). Los fue ubicando en filas horizontales y verticales por sus similitudes de comportamiento y en orden creciente de sus masas atómicas. Fue un trabajo totalmente experimental que sufrió modificaciones posteriores, pero sin cambiar la idea básica del creador. Actualmente, los elementos están ordenados en la tabla en orden creciente de sus números atómicos, esto es, de la cantidad de protones que tienen en sus núcleos, pero Mendeléiev no podía, en su tiempo, conocer la existencia de esos protones.
· Eugen Goldstein (1850-1930): Identifica los rayos anódicos o rayos canales como constituidos por partículas positivas a los que denomina "protones".
· James Chadwick (1891-1985): Demuestra la existencia de neutrones, con masa similar a la de los protones pero sin carga eléctrica.
· Joseph John Thomson (1856-1940): Estudia los rayos catódicos a los que denomina "electrones" y determina su relación carga/masa. Esboza el átomo como una masa de carga positiva dentro de la cual se incrustan las partículas negativas. Y deberían ser iguales en cantidad esas cargas positivas y negativas ya que el átomo resulta neutro.
· Ernest Rutherford (1871- 1937): Desarrolla la idea de un núcleo atómico constituido por protones positivos con electrones negativos que giran alrededor de él. Asimismo sus estudios permiten descubrir los rayos alfa (núcleos de Helio doblemente ionizados), los beta (electrones) y los gama (energía pura).
· Niels Bohr (1885-1962): En los átomos los electrones no giran en cualquier lugar alrededor del núcleo. Lo hacen en niveles específicos de energía ("estados estacionarios") correspondientes a determinados "cuantos" de energía. Estos niveles son K, L, M, N, O, P y Q (antiguamente), o 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7 (actualmente). La energía de cada uno de estos niveles es exacta (está "cuantizada) de manera que siempre será un número exacto de longitudes de onda. Éstos son los niveles de energía permitidos y nunca un electrón podrá ubicarse fuera de alguno de ellos. Mientras que un electrón se encuentre en un "estado estacionario" no irradiará energía. Cuando un átomo absorbe una cantidad de energía suficiente, puede saltar a una capa más externa ("transición forzada"). Cuando regrese a su estado inicial ("estado basal") emitirá una cantidad de energía correspondiente a la diferencia entre esas capas ("transición espontánea").
· Arnold Sommerfeld: Plantea que los niveles están formados por capas más pequeñas o subniveles (s, p, d y f) y considera órbitas no circulares sino elípticas.
· Werner Heisenberg (1901-1976): Enunció su "principio de incertidumbre", que puede expresarse diciendo que no puede conocerse con exactitud, al mismo tiempo, la posición y la velocidad de una partícula subatómica. Para determinar su posición debemos detenerla, con lo que perdemos la medida de su velocidad. Para determinar su velocidad debemos hacerlo en movimiento, con lo que no podemos establecer su posición.
· Erwin Schrödinger (1887-1961): Desarrolla el llamado "modelo cuántico del átomo" o "modelo probabilístico", planteando una ecuación matemática ("ecuación de onda") que permite calcular la probabilidad de encontrar un electrón girando en un momento dado en una región del espacio a la que llama "orbital atómico".

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