Fisica General Burbano

CAPÍTULO XXX
EL NÚCLEO ATÓMICO
XXX – 1. Constitución del núcleo
A) CARACTERÍSTICAS DEL NÚCLEO
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A raíz de sus experiencias de dispersión de partículas a por láminas delgadas de oro, de espesor
del orden de 10 –7 m, Ernest Rutherford llegó a la conclusión de que el átomo está constituido
por una corteza electrónica y un núcleo, de dimensiones muy pequeñas comparadas con las del
átomo, con una gran densidad, y conteniendo la carga positiva y casi toda la masa atómica.
El núcleo atómico está constituido por protones y neutrones; a ambos se les da el nombre
genérico de nucleones.
El número de protones de un núcleo se representa por Z, que se denomina número atómico,
caracteriza a cada elemento químico y determina el orden que ocupa el elemento en el sistema periódico.
Al número de nucleones se le llama número másico y se le representa por A. El número de
neutrones, N, verifica evidentemente: N = A – Z.
Se llama núclido al conjunto de los núcleos caracterizados por los mismos números atómico y
másico, y se le designa por A ZX donde X es el símbolo del elemento químico correspondiente. En
los núclidos conocidos, salvo algunos como el 1 H o 3 1 2
He, se verifica que N ≥ Z. La razón N/Z varía
desde 1 para los ligeros hasta 1,6 para los más pesados.
XXX – 2. Características de los nucleones
TAMAÑO: Es del orden de magnitud de 10 –15 m.
CARGA: El protón tiene una carga positiva igual en magnitud a la del electrón, es decir, 1,602189
× 10 –19 C. El neutrón carece de carga neta.
MASA: Es muy parecida la de ambos, m p
= 1,672 648 × 10 –27 kg = 1,007 825 u (unidades de
masa atómica), m n
= 1,674 954 × 10 –27 kg = 1,008 665 u; o bien, expresadas en unidades de
energía en virtud de la relación de Einstein: m n
= 938,79 MeV y m n
= 939,57 MeV. La diferencia
entre ambas, a pesar de ser pequeña, es mayor que la masa del electrón, que es m e
= 9,10953 ×
10 –31 kg = 0,000 549 u = 0,511 MeV.
SPIN: protones y neutrones tienen spin 1/2, estén libres o ligados a otros nucleones en un núcleo.
Según el principio de Pauli, el spin de magnitud h/2 solamente se puede orientar paralela o
antiparalelamente respecto de otra dirección, en particular, respecto de la dirección del spin de
otro nucleón, con lo que el spin de un núcleo de A par es, como se comprueba experimentalmente,
un múltiplo entero de h o nulo, mientras que si A es impar el múltiplo es semientero.
MOMENTO MAGNÉTICO: El valor experimental del correspondiente al protón es casi tres veces mayor
que el que cabría esperar si se considera al protón como una partícula esférica cargada y girando,
lo que indica que el protón es una estructura constituida por partes acopladas. Otro tanto
puede decirse del neutrón, el hecho de que tenga momento magnético no nulo a pesar de no tener
carga neta, hace pensar en cargas positivas y negativas de la misma magnitud pero desigualmente
distribuidas. El momento magnético del neutrón es de sentido contrario al del protón, es
decir, que el efecto magnético debido a cargas negativas es más acusado que el de positivas; podemos
imaginar estas últimas próximas al centro, mientras que las negativas ocuparían la zona exterior
del neutrón.
XXX – 3. Radio y densidad de los núcleos
Si suponemos los núcleos esféricos, el radio de la esfera en que se manifiestan las fuerzas nucleares
es lo que se denomina RADIO NUCLEAR, y su magnitud es del orden de 10 –15 m.
Experimentalmente se comprueba que el volumen del núcleo es proporcional al número másico:
V = KA, además V = 4p R 3 /3, con lo que el radio nuclear resulta:
R
3 KA
4 p
13 /
= F H G I K J =
R A
0
13 /
donde R 0
es una constante que tiene el mismo valor para todos los núcleos y que es igual al radio
del núcleo de 1 1H , por tener éste A = 1.