Nucleo Atomico

Definición de núcleo atómico

El núcleo atómico és la pequeña parte central del átomo, con carga eléctrica positiva y en la que se concentra la mayor parte de la masa del átomo.

Las principales partículas subatómicas de los núcleos de los átomos són los protones y los neutrones o los nucleones (excepto el del hidrógeno ordinario o protio, que contiene únicamente un protón). Un mismo elemento químico está caracterizado por el el número de protones del núcleo que determina la carga positiva total. Éste número se denomina número atómico. El número másico es el total de protones y neutrones

Características de los núcleos atómicos

Los núcleos atómicos tienen distintas formas geométricas, con tamaños del orden de varios fermis (10-15m). Al ser de tan pequeño tamaño, la materia está muy concentrada en los núcleos, con densidades muy altas (del orden de 1018 kg/m3). Esta densidad no depende del número másico A, los cual nos indica que su volumen es proporcional a A (pues para ser constante la densidad al crecer la masa A también ha de crecer el volumen proporcionalmente), y su radio, asimilando el núcleo a una esfera, a la raíz cúbica de A. De hecho muchos experimentos indican que el radio nuclear vale: R = R₀ * A^1/3

Donde R₀ toma un valor aproximado de 1,2 fermis.

Por tanto, el volumen de un núcleo si se considera su forma esférica, es proporcional al número A de nucleones, y la densidad nuclear es un valor constante, 1015 veces mayor que la densidad de la materia macroscópica, lo que da una idea de la gran compacidad de los nucleones dentro de un núcleo. Así mismo, demuestra que la materia macroscópica está esencialmente vacía, ya que la mayor parte de la masa está concentrada en los núcleos.

Estabilidad nuclear

Un núcleo se considera estable si no se transmuta espontáneamente en 10²¹ años, si bien puede transmutarse en otros núcleos bajo ciertas condiciones. Hay 115 elementos químicos conocidos, de los cuales, 92 existen en la naturaleza y el resto han sido obtenido artificialmente. Se conocen hoy en día unos 2000 núclidos, de los cuales son estables 274. Unos 340 existen en la Naturaleza y el resto se han producido en el laboratorio. Por tanto, la mayoría de los núclidos son radiactivos.

Los núclidos radiactivos son inestables y se transforman espontáneamente con el tiempo formando otros núclidos.

Energía de enlace nuclear

Se define como la energía necesaria para separar los nucleones de un núcleo, o bien como la energía que se libera cuando se unen los nucleones para formar el núcleo.

El origen de la energía de ligadura o de enlace nuclear reside en la desaparición de una parte de la masa de los nucleones que se combinan para formar el núcleo. Esta diferencia de masa recibe el nombre de defecto másico Dm, y se transforma en energía cuyo cálculo se puede realizar por la ecuación de Einstein, E=mc²

Si a la suma de las masas de los nucleones y electrones de un átomo le restamos la masa medida experimentalmente a través del espectrógrafo de masas, obtenemos el defecto másico, y podemos calcular la energía total de enlace. La energía de enlace o de ligadura será equivalente a la energía liberada en la formación de un núcleo.

La u.m.a. se define como la doceava parte de la masa del átomo ₆12C y 1 u.m.a.=1'66.10^-27 Kg, sustituyendo en la ecuación de Einstein, E=mc²,se obtiene E=931 MeV, es decir, 1 u.m.a. libera 931 MeV. Por tanto, la energía liberada (Ee) en la formación de un núcleo será:

E_e = Dm × 931 MeV.

La energía de enlace por nucleón se obtiene dividiendo la energía de enlace del núcleo por sus A nucleones.

Si bien en los núcleos livianos se observa un aumento abrupto de la energía de enlace por nucleón frente al número másico A, a partir de A=10, la energía de enlace por nucleón es prácticamente constante.

El máximo corresponde a núcleos semipesados con A=62 (Fe, Co, Ni), donde las fuerzas de atracción serán máximas. El decrecimiento de la energía para A>60 se debe a la repulsión eléctrica entre los protones cuyo número va aumentando y reduce por tanto la estabilidad de los núcleos. En los núcleos ligeros, cada nucleón es atraído por pocos nucleones, lo que también reduce su estabilidad.

Características de las fuerzas nucleares

• Las fuerzas nucleares son fuerzas atractivas de gran intensidad dado el tamaño de los núcleos y su enorme densidad, que predominan en el núcleo venciendo la repulsión electrostática entre los protones.
• Son de corto alcance, es decir, cada nucleón interacciona con los nucleones más próximos, si bien a distancias muy cortas, las fuerzas nucleares se hacen repulsivas lo que explica que los nucleones permanezcan a distancias medias constantes y que el volumen por nucleón sea constante.
• La fuerza de interacción entre dos nucleones es independiente de la carga, por lo que la fuerza entre dos nucleones, bien sean protón-protón, neutrón-neutrón o protón-neutrón, es aproximadamente la misma.

Fuentes

• Sánchez del Río, C. (2003). Estructura de los núcleos atómicos. En Física cuántica. Ediciones Pirámide. pp. 882-899. ISBN 978-84-368-1656-3.
• El núcleo atómico. Disponible en: http://web.educastur.princast.es/proyectos/jimena/pj_franciscga/rutherford2.htm. Consultado el 30 de mayo de 2011.
• Núcleo. Introducción histórica. Disponible en: http://www.sociedadelainformacion.com/departfqtobarra/nuclear/nucleo.htm. Consultado el 23 de julio de 2013.