Alrededor de 1803 ganó aceptación la teoría de un científico inglés llamado Jhon Dalton (17766-1844). La
naturaleza de la materia y la forma en que los elementos se combinaban, sugería
la existencia de un límite a lo que un elemento podía subdividirse, este sería
el átomo. Un átomo es
la partícula más pequeña que puede existir de un elemento conservando las
propiedades de dicho elemento.
Para esta unidad se
tienen dos objetivos, primero se examinará
la naturaleza de átomo en la forma que se encuentra en los elementos y
compuestos. Luego se verá más de cerca el átomo, con el objeto de comprender
su estructura interna; las
partes de que se compone.
Lo primero de que nos
debemos percatar es que los átomos son extremadamente pequeño, ya que el
diámetro de un átomo es del orden de 10-8 cm, se necesitarían 100 millones de
átomos en una línea recta para alcanzar una longitud de 1 cm.
Las partículas fundamentales de un átomo son los bloques constituyentes básicos de cualquier átomo. El átomo, y por tanto toda la materia está formado principalmente por tres partículas fundamentales: electrones, neutrones y protones. El conocimiento de la naturaleza y la forma en que funcionan es fundamental para comprender las interacciones químicas.
Las
partículas fundamentales de un átomo son los bloques constituyentes básicos de
cualquier átomo. El átomo, y por tanto toda la materia está formado
principalmente por tres partículas fundamentales: electrones, neutrones y
protones. El conocimiento de la naturaleza y la forma
en que funcionan es fundamental para comprender las interacciones químicas.
El electrón fue
descubierto por Thomson en 1897 en el Laboratorio Cavendish de
la Universidad de Cambridge,
mientras estudiaba el comportamiento de los rayos
catódicos. Influenciado por el trabajo de Maxwell y el
descubrimiento de los rayos X, dedujo que en el tubo de rayos catódicos
existían unas partículas con carga negativa que denominó corpúsculos.
Aunque Stoney había
propuesto la existencia del electrón fue Thomson quién descubrió su carácter de
partícula fundamental. Para confirmar la existencia del electrón era necesario
medir sus propiedades, en particular su carga eléctrica. Este objetivo fue alcanzado por
Millikan en el célebre experimento de la gota de aceite realizado en 1909.
George Paget Thomson,
hijo de J.J. Thomson, demostró la naturaleza ondulatoria del electrón probando
la dualidad onda-corpúsculo postulada por la mecánica cuántica. Este descubrimiento le
valió el Premio Nobel de Física de 1937.
El spin del electrón se
observó por vez primera en el experimento de Stern-Gerlach. Su carga eléctrica
puede medirse directamente con un electrómetro, y la corriente generada por su
movimiento con un galvanómetro.
El Protón
es la Partícula nuclear con carga positiva
igual en magnitud a la carga negativa
del electrón;
junto con el neutrón, está
presente en todos los núcleos atómicos. Al
protón y al neutrón se
les denomina también nucleones. El núcleo del átomo de
hidrógeno está formado por un único protón. La masa de un protón es de 1,6726 ×
10-27 kg, aproximadamente 1.836 veces la del electrón. Por
tanto, la masa de un átomo está
concentrada casi exclusivamente en su núcleo. El
protón tiene un momento angular intrínseco, o espín, y
por tanto un momento magnético. Por otra parte, el protón cumple el principio de
exclusión.
El número atómico de un
elemento indica el número de protones de su núcleo, y determina de qué
elemento se trata. En física nuclear, el protón se emplea como proyectil en
grandes aceleradores para bombardear
núcleos con el fin de producir partículas fundamentales. Como ion del
hidrógeno, el protón desempeña un papel importante en la química.
El antiprotón, la antipartícula del protón, se
conoce también como protón negativo. Se diferencia del protón en que su carga es negativa y en
que no forma parte de los núcleos atómicos. El antiprotón es
estable en el vacío y no se desintegra espontáneamente. Sin embargo, cuando un
antiprotón colisiona con un protón, ambas partículas se transforman en mesones, cuya vida media es
extremadamente breve. Si bien la existencia de esta partícula elemental se
postuló por primera vez en la década de 1930, el antiprotón no se identificó
hasta 1955, en el Laboratorio de Radiación de la Universidad
de California.
Los protones son parte
esencial de la materia ordinaria, y son estables a lo largo de periodos de
miles de millones, incluso billones, de años. No obstante, interesa saber si
los protones acaban desintegrándose, en una escala temporal de 1033 años o más.
Este interés se deriva de los
actuales intentos de lograr teorías de unificación que
combinen las cuatro interacciones fundamentales de la materia en un único
esquema.
Muchas de las teorías
propuestas implican que el protón es, en último término, inestable, por lo que
los grupos de investigación de numerosos
aceleradores de partículas están llevando a cabo experimentos para detectar la
desintegración de un protón. Hasta ahora no se han encontrado pruebas claras; los
indicios observados pueden interpretarse de otras formas.
El Neutrón es una
partícula eléctricamente neutra, de masa 1.838,4 veces mayor que la del
electrón y 1,00014 veces la del protón; juntamente con los protones, los
neutrones son los constitutivos fundamentales del núcleo atómico y se les
considera como dos formas de una misma partícula: el nucleón.
La existencia de los
neutrones fue descubierta en 1932 por Chadwick; estudiando la radiación emitida
por el berilio bombardeado con partículas, demostró que estaba formada por
partículas neutras de gran poder de penetración,
las cuales tenían una masa algo superior a la del protón.
El número de neutrones
en un núcleo estable es constante, pero un neutrón libre, en decir, fuera del
núcleo, se desintegra con una vida media de unos 1000 segundos, dando lugar a
un protón, un electrón y un neutrino.
En un núcleo estable,
por el contrario, el electrón emitido no tiene la energía suficiente para
vencer la atracción coulombiana del núcleo y los neutrones no se desintegran.
La fuente de neutrones de mayor intensidad disponible hoy día es el reactor
nuclear. El proceso fundamental que
conduce a la producción de energía nuclear es la fisión de un
núcleo de uranio originado por un neutrón: en la fisión el núcleo se escinde en
dos partes y alrededor de tres neutrones por término medio (neutrones rápidos);
los fragmentos resultantes de la escisión emiten, además otros neutrones.
Los neutrones como todas
las radiaciones, producen daños directos, provocando reacciones nucleares y
químicas en los materiales alcanzados. Una
particularidad de los neutrones es la de producir en los materiales irradiados
sustancias radioactivas de vida media muy larga. De ahí que los daños más
graves producidos por las explosiones nucleares sean los provocados por
neutrones en cuanto que las sustancias transformadas en radiactivas por
su acción pueden ser
asimiladas por organismos vivientes; pasado cierto tiempo, estas sustancias se
desintegran y provocan en el organismo trastornos directos y mutaciones
genéticas
El positrón o antielectrón es una partícula
elemental, antipartícula del electrón. Posee la misma
cantidad de masa y carga eléctrica; sin embargo, esta es positiva.2 No forma parte de
la materia ordinaria, sino de la antimateria, aunque se producen en
numerosos procesos radioquímicos como parte de transformaciones nucleares.
Esta partícula fue predicha por Paul Dirac en el año de 1928, para luego ser descubierta en el año 1932 por el físico norteamericano Anderson al fotografiar las huellas de los rayos cósmicos en una cámara de niebla.
En la actualidad, los positrones son rutinariamente
producidos en la Tomografía por emisión de
positrones usados en las
instalaciones hospitalarias.
En
noviembre de 2008 la doctora Hui Chen del Lawrence Livermore National Laboratory de Estados Unidos anunció que ella y su equipo habrían creado positrones
al hacer incidir un breve aunque intenso pulso láser a través de una lámina de
oro blanco de pocos milímetros de espesor, esto habría ionizado al material y acelerado sus electrones. Los electrones acelerados emitieron cuantos de energía que al decaer dieron lugar
a partículas materiales y dando también por resultado positrones.
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