La formidable cantidad de energía encerrada en el átomo sostiene las estructuras del mundo material. A medida q los científicos han ido descubriendo la forma de explorar sus estructuras, se han ido revelando los misterios del universo infinitesimal. Aquí adelantamos algunos de estos descubrimientos, q describen las propiedades básicas necesarias para iniciarse en el conocimiento nuclear.

Aun cuando todos los átomos de un mismo elemento tienen la misma cantidad de protones, la cantidad de neutrones sí se puede variar, lo que quiere decir, que los átomos de un mismo elemento pueden tener diferentes masas.

Los protones y neutrones reciben el nombre genérico de nucleones. El número de protones se denomina número atómico (Z) y la suma de los protones más neutrones se conoce como número másico (A), o sea,

 

En el átomo, el número másico es una cantidad muy cercana a la masa atómica. El número másico sólo es un número, en cambio la masa atómica se expresa en unidades de masa atómica u o uma.

A los átomos de un determinado elemento con diferentes masas se les denomina isótopos. Se sabe que, de manera natural, existen isótopos artificiales, producto de la investigación nuclear.

¿Cómo se puede representar un determinado isótopo?  Se utiliza la notación núclido:

donde X es el símbolo de elemento.

Por ejemplo, el oxígeno esta constituido por tres isótopos naturales:

Otra característica notable de los Isótopos estables de un elemento es que mantienen una composición constante

Los núcleos se pueden caracterizar a través de algunas propiedades fundamentales como la masa, tamaño, densidad, spín nuclear (I) y fuerzas de interacción. Los núcleos atómicos tienen siempre carga eléctrica positiva y su valor depende de Z, la cantidad de protones en el núcleo.

Una de la propiedades fundamentales de los átomos y de los núcleos es la masa. Las primeras evidencias mostraron que las masas de todos los átomos eran cercana a un múltiplo entero de la masa del átomo de hidrógeno. Con el perfeccionamiento de los métodos de medición de masas de átomos y moléculas (espectrometría de masas), no sólo se han podido expresar las masas con mayor exactitud; sino que, además, se pudo establecer la cantidad de isótopos para diferentes elementos, con su composición correspondiente. Este hecho llevó más tarde a expresar la masa atómica de un elemento como un promedio de las masas de sus isótopos estables, ponderados por sus respectivas composiciones. Esto último lo aprendiste cuando estudiaste el concepto de masa atómica.

Si bien es cierto que la masa de los átomos se puede expresar en cualquier unidad de masa, es preferible el concepto de unidad de masa atómica (u o uma) definida como 1/12 de la masa de un átomo .

Una inspección cuidadosa de la tabla permite establecer q la suma de las masas de las partículas constituyentes de un átomo no corresponde exactamente a la masa del átomo.

Aproximadamente el 99,97% de la masa del átomo está en el núcleo.

La tabla siguiente recopila algunas masas atómicas y de partículas importantes.

Bombardeando una delgada lámina de oro con una fuente de partículas alfa (núcleos de He), Ernest Rutherford descubrió que la masa se concentra en una zona diminutiva central, el núcleo, de carga positiva en torno al cual orbita un número de electrones igual en cantidad a la carga central. La dispersión de partículas α y otros métodos, establecieron que el volumen del núcleo es proporcional al número de nucleones (A) que contiene.

 

En principio, la masa de cualquier núcleo, expresada en gramos, es:

Si se asume que los núcleos son esféricos, entonces:

De esta forma la densidad del núcleo debe ser:

Se puede apreciar que esta densidad no depende de numero másico y su exactitud esta ligada a la presión de R0. Sin embargo, el hecho importante es la elevada densidad del núcleo. Toda la materia que conocemos esta constituida por átomos, en los que existen enormes espacios vacíos. Si los átomos colapsan hasta un estado de condensación nuclear , la materia se reducirá considerablemente de tamaño. Por ejemplo, de producirse tal condensación, nuestro planeta se convertirá en una esfera con un radio inferior a 200 m y una persona no pasaría de los 0.03 mm de altura

Tal vez lo mas significativo de lo anterior sea que la densidad nuclear es independiente del tipo de núcleo. En otras palabras, la densidad de todos los núcleos, si importar la cantidad de nucleones es, aproximadamente, una constante.

Tú sabes que una de las propiedades de los electrones es el espín. Mediante estudios mecanocuánticos se ha descubierto que muchos núcleos también manifiestan esta propiedad, aunque es algo diferente a la de los electrones.Algunas de las características del espín nuclear son:

El numero cuántico de espín l depende del numero másico A del núcleo. Si A es par, l puede tomar los valores de 1/2, 3/2, 5/2, sucesivamente. Cuando l = 0,el núcleo no tiene espín. Si A es impar, l pude tomar los valores 1/2, 3/2, 5/2, sucesivamente. Los valores del espín para diferentes núcleos, son consistentes con la

suma vectorial de los espines del protón (1/2) y del neutrón (1/2). Algo que puede ser curioso, según la teoría, el espín nuclear está

íntimamente relacionado con la forma de los núcleos. Así por ejemplo, si l = 0 o 1/2 , el núcleo es esférico. En cambio, si l > 1/2 , el núcleo puede tener la forma de esferoides prolato u oblato.