Monografía Fisica Nuclear

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL Y ARQUITECTURA ESCUELA DE CIENCIAS FISICO MATEMATICAS MONOGRAFÍA EL ATOMO Y SU NUCLEO -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

AUTOR 

MARTIN GILARE QUISPE ASESOR: LIC CARLOS CARCAUSTO

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PUNO  – PERÚ 2017

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INDICE CARATULA ............................................................................................................ 1 INDICE ................................................................................................................... 2 I. INTRODUCCIÓN ............................................................................................. 3 II. MARCO TEÓRICO ............................................................................................. 4 EL ATOMO Y SU NUCLEO ................................................................................ 4 2.1. ATOMO .................................................................................................. 4 2.2. DEFINICIÓN DE ATOMO ......................................................................... 5 LA COMPOSICIÓN DE LOS ÁTOMOS: .......................................................... 6 Núcleo .............................................................................................................. 6 Protones ........................................................................................................... 7 Electrones ........................................................................................................ 7 Neutrones ........................................................................................................ 7 Isótopos ........................................................................................................... 7 2.3. NUCLEO DEL ATOMO ............................................................................. 7 III.CONCLUSIONES ............................................................................................... 9 IV. Bibliografía ...................................................................................................... 11

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I.

INTRODUCCIÓN

Un átomo es la partícula básica de que están hechos todos los elementos. Los diferentes elementos tienen diferentes propiedades debido a que sus átomos son diferentes. A través de los tiempos ha habido diversas teorías acerca de la forma y composición del átomo. Hace aproximadamente 100 años, los científicos pensaban que el átomo era la partícula más pequeña de la materia. Hoy en día sabemos que dentro del átomo existen partículas subatómicas llamadas: protones, neutrones y electrones. Entendiendo la estructura del átomo, podemos comprender mejor las propiedades de la materia. (SANCHEZ, 2015) Un átomo consiste de un núcleo, alrededor del cual hay electrones. El núcleo es el centro del átomo y dentro de él se encuentran los protones y los neutrones. Los protones son partículas subatómicas que tienen carga eléctrica positiva (+) Los neutrones son partículas subatómicas que no tienen carga. Los electrones son partículas subatómicas. alrededor del núcleo y tienen carga eléctrica negativa (-). Generalmente se denota con el símbolo e- En un átomo el número de electrones y protones debe ser igual y como resultado tenemos un átomo con carga neutra. (SANCHEZ, 2015)

es la parte más pequeña en la que se puede obtener materia de forma estable y a que las partículas subatómicas que lo componen no pueden existir aisladamente salvo en condiciones muy especiales.(SANCHEZ, 2015)

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II. MARCO TEÓRICO EL ATOMO Y SU NUCLEO 2.1. ATOMO HISTORIA. La historia de la teoría atómica de la materia se presta, más que ninguna otra aventura intelectual, a ser formulada como un vasto enfoque panorámico de la historia de las ideas científicas. Pullman sigue la idea del átomo a lo largo de 2.500 años, desde que los filósofos presocráticos formularon por primera vez la noción de un constituyente fundamental indivisible de la materia. Es esta una obra amena y entretenida plagada de perspicaces intuiciones sobre uno de los problemas científicos más persistentes. La hipótesis, surgida en la Grecia antigua, según la cual un número ilimitado de mundos se forman en un vacío ilimitado a partir de un número igualmente ilimitado de átomos increados e indestructibles, sometidos a las leyes rigurosamente mecanicistas del azar y la necesidad, sin intervención divina ni finalidad alguna, está en el origen de una de las más fantásticas aventuras intelectuales de la humanidad, una aventura que ha apasionado durante veinticinco siglos a los filósofos, científicos y teólogos más eminentes. Surgida como una concepción esencialmente filosófica, fue hasta el siglo XIX objeto de un duelo abstracto, a favor o en contra de los átomos, de una amplitud y en ocasiones de una violencia excepcionales. Los descubrimientos científicos del siglo XIX, que aportaron las pruebas irrefutables de la composición atómica del universo, no sólo no pusieron fin al debate filosófico, sino que le imprimieron un nuevo impulso. Efectivamente, el (atomismo científico) suscita, en particular desde la óptica de la mecánica cuántica, tantas o más cuestiones fundamentales sobre la naturaleza y la perceptibilidad de la (realidad) que las que suscitó el (atomismo filosófico) en la Antigüedad. En este libro de historia de la ciencia, el autor traza brillantemente y con una gran fuerza pedagógica, los principales episodios de un empeño intelectual más que bimilenario, que cuenta entre sus principales protagonistas a Leucipo, Demócrito, Epicuro, Lucrecio, Aristóteles, Platón, Zenón, Plotino, Agustín de Hipona, Tomás de  Aquino, Maimónides, Averroes, Giordano Bruno, Galileo, Gassendi, Descartes,

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Boyle, Locke, Newton, Leibniz, Berkeley, Diderot, Kant, Hegel, Schopenhauer, Comte, Mach, Nietzsche, Planck, Bohr, Einstein, Schrödinger, de Broglie, Pauli, Heisenberg y muchos otros. Bernard Pullman fue uno de los pioneros más eminentes, de fama mundial, de las aplicaciones de la mecánica cuántica a la exploración de la estructura electrónica de las moléculas. Primer titular de la cátedra de química cuántica en la Sorbona, fue miembro de la Academia de las Ciencias de París, de la Academia Pontificia de las Ciencias, presidente de honor de la Academia Internacional de las Ciencias Moleculares Cuánticas y presidente de la Unión Internacional de Biofísica Pura y Aplicada, así como Doctor Honoris Causa de las universidades de Lieja, Uppsala, Madrid, Jerusalén, Turín y del Instituto Weizmann de las Ciencias. (BERNAD, 2008)

2.2. DEFINICIÓN DE ATOMO átomo como la menor partícula de un elemento que posee sus propiedades químicas. Está formado por un núcleo, rodeado por una o más partículas con carga eléctrica negativa llamadas "electrones". La mayor parte de la masa del átomo está en el núcleo, y en él reside también la carga eléctrica positiva, los "protones", portadores de dicha carga. Completan la estructura nuclear los "neutrones", partículas de masa similar a los protones, pero eléctricamente neutros. La dimensión del núcleo del átomo es del orden de 10 -12 cm y el átomo en total 10-8 cm, lo que da una idea del espacio vacío que hay entre electrones y núcleo, por lo que la mayor porción del átomo es precisamente espacio vacío. (stiener, 2010) Los átomos son la unidad básica de toda la materia, la estructura que define a todos los elementos y tiene propiedades químicas bien definidas. Todos los elementos químicos de la tabla periódica están compuestos por átomos con exactamente la misma estructura y a su vez, éstos se componen de tres tipos de partículas, como los protones, los neutrones y los electrones. (pino, 20052017) El concepto moderno (Teoría atómica moderna) que hoy todos tenemos sobre lo que es un átomo proviene de distintos sectores de los campos de la física y la química. Las primeras ideas al respecto surgieron en la Antigua Grecia, desde las ciencias y la filosofía, que luego se desarrollaron por completo en la 5

química de los siglos XVIII y XIX. Desde la época de los antiguos griegos hasta nuestros días, hemos reflexionado profundamente acerca de qué cosa está hecha la materia. (pino, 2005-2017)

Hoy sabemos que los átomos son la unidad mínima de una sustancia, lo que compone toda la materia común y ordinaria. Si los átomos de una sustancia se dividen, la identidad de esa tal puede destruirse y cada sustancia tiene diferentes cantidades de átomos que la componen. A su vez, un átomo está compuesto de un determinado número de 3 tipos de partículas: los protones, los neutrones y los electrones. (pino, 2005-2017)

Ubicándose en la parte central de los átomos (en el núcleo del átomo) se encuentran los protones y los neutrones, que tienen un peso mayor que el de los electrones, los cuales se ubican en una especie de órbita alrededor del núcleo. Los protones y los neutrones tienen casi que la misma masa y dentro de cada átomo, existe siempre la misma cantidad de protones y electrones. (pino, 2005-2017)

LA COMPOSICIÓN DE LOS ÁTOMOS: NÚCLEO Es el centro del átomo, es la parte más pequeña del átomo y allí se conservan todas sus propiedades químicas. Casi que toda la masa del átomo reside en el núcleo. (pino, 2005-2017)

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PROTONES Son uno de los tipos de partículas que se encuentran en el núcleo de un átomo y tienen carga positiva (masa = 1.673 x 10-24 gramos). Fueron descubiertos por Ernest Rutherford entre 1911 y 1919. (pino, 2005-2017)

ELECTRONES Éstas son las partículas que orbitan alrededor del núcleo de un átomo, tienen carga negativa y son atraídos eléctricamente a los protones de carga positiva (masa = 9.10 x 10-28 gramos). (pino, 2005-2017)

NEUTRONES Los neutrones son partículas ubicadas en el núcleo y tienen una carga neutra (masa = 1.675 x 10-24 gramos). La masa de un neutrón es ligeramente más grande que la de un protón y al igual que éstos, los neutrones también se componen de quarks. (pino, 2005-2017)

ISÓTOPOS La cantidad de neutrones en un núcleo determina el isótopo de cada elemento.  Así por ejemplo el hidrógeno tiene tres isótopos conocidos: protio, deuterio y tritio. (pino, 2005-2017)

2.3. NUCLEO DEL ATOMO El núcleo de los átomos fue descubierto en 1911 por Rutherford a partir del análisis de partículas a emitidas por los átomos. Es a partir de 1932, con el descubrimiento del neutrón por Chadwick y con las reacciones llevadas a cabo por los esposos

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Joliot-Curie, cuando el núcleo empieza a tener verdadera importancia. (MORIER, 2010)

El núcleo tiene dimensiones muy reducidas. Ocupa la parte central del átomo; en él reside toda la carga positiva y casi la totalidad de la masa atómica. Está formado fundamentalmente por protones y neutrones. Los protones tienen una carga positiva cuantitativamente igual a la del electrón (1,602 x 10-19 culombios). Los neutrones son eléctricamente neutros. (MORIER, 2010)  A las partículas del núcleo se les llama nucleones. Las fuerzas que mantienen unidas las partículas del núcleo entre sí, venciendo, incluso, las de repulsión electrostática entre los protones, son unas fuerzas de naturaleza desconocida y corto alcance que sólo aparecen en el interior de los núcleos y que se llaman fuerzas nucleares. (MORIER, 2010)  A la energía acumulada por estas fuerzas nucleares se la llama energía de enlace o de ligadura y se calcula mediante la relación de Einstein E = mc2. (MORIER, 2010)  Al determinar la masa del núcleo observamos que es inferior a la suma de la masa de los componentes. La diferencia entre ambas se llama defecto másico (m) y la energía de enlace será E = m · c2. (MORIER, 2010) Una parte de la masa del núcleo se ha transformado en energía de enlace para mantener unidas las partículas del núcleo. Esta energía es l a que se libera en una reacción nuclear. Dividiendo la energía de enlace o de ligadura por el número de componentes del núcleo, se obtiene la energía media por nucleón, valor que nos indica la estabilidad del núcleo. Si la energía media de enlace tiene un valor alto, será un núcleo estable. Si su valor es pequeño, será inestable y tenderá a emitir alguno de sus componentes para convertirse en otra forma más estable. En este caso el núcleo es radiactivo. (MORIER, 2010)

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El núcleo atómico es la parte central de un átomo, tiene carga positiva, y concentra más del 99,9% de la masa total del átomo. Está formado por protones y neutrones (denominados nucleones) que se mantienen unidos por medio de la interacción nuclear fuerte, la cual permite que el núcleo sea estable, a pesar de que los protones se repelen entre sí (como los polos iguales de dos imanes). La cantidad de protones en el núcleo (número atómico), determina el elemento químico al que pertenece. Los núcleos atómicos no necesariamente tienen el mismo número de neutrones, ya que átomos de un mismo elemento pueden tener masas diferentes, es decir son isótopos del elemento. La existencia del núcleo atómico fue deducida del experimento de Rutherford, donde se bombardeó una lámina fina de oro con partículas alfa, que son núcleos atómicos de helio emitidos por rocas radiactivas. La mayoría de esas partículas traspasaban la lámina, pero algunas rebotaban, lo cual demostró la existencia de un minúsculo núcleo atómico. (isma, 2015) Forma y Tamaño del núcleo Los núcleos atómicos son mucho más pequeños que el tamaño típico de un átomo (entre 10 mil y 100 mil veces más pequeños).  Además contienen más del 99%de la masa con lo cual la densidad másica del núcleo es muy elevada. Los núcleos atómicos tienen algún tipo de estructura interna, por ejemplo los neutrones y protones parecen estar orbitando unos alrededor de los otros, hecho que se manifiesta en la existencia del momento magnético nuclear. Sin embargo, los experimentos revelan que el núcleo se parece mucho a una esfera o elipsoide compacto de 10 -15 m (= 1 fm), en el que la densidad parece prácticamente constante. Naturalmente el radio varía según el número de protones y neutrones, siendo los núcleos más pesados y con más partículas algo más grandes. La siguiente fórmula da el radio del núcleo en función del número de nucleones (isma, 2015)  A=Rn =r 0 A 1/ 3 Donde r0 ≈1.2 ± 0.2 fm, 1fm = 10 −15m

III.CONCLUSIONES  Al término de esta monografía debo haber comprendido que toda la materia está formada por átomos. Las partículas que forman los elementos son átomos

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del mismo número atómico, y las de los compuestos están formadas por átomos de elementos diferentes. 

Que los átomos están constituidos por protones y neutrones en el núcleo y por electrones girando alrededor en la corteza.

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Que a lo largo de la historia se han propuesto diversos modelos atómicos para explicar la constitución y estructura de los átomos, entre ellos los de Dalton, Thomson y Rutherford.

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No debemos olvidar que los científicos siguen trabajando.

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IV. Bibliografía BERNAD, P. (2008). EL ÁTOMO EN LA HISTORIA DE LA HUMANIDAD. En P. BERNAD, EL ÁTOMO EN LA HISTORIA DE LA HUMANIDAD (pág. 480). ESPAÑA: EDICIONES DE INTERVENCIÓN CULTURAL. isma, l. (09 de agosto de 2015). Obtenido de https://es.scribd.com/document/274001166/Nucleo-atomico MORIER, B. Y. (22 de JUNIO de 2010). FISICA NUCLEAR . Obtenido de ENERGIA Y FUENTES DE ENERGIA: http://www.foronuclear.org/es/energianuclear/faqas-sobre-energia/capitulo-1/115477-16-icomo-esta-constituido-elnucleo-de-los-atomos pino, f. (30 de enero de 2005-2017). explora. Obtenido de que es un atomo: https://www.vix.com/es/btg/curiosidades/4442/que-es-un-atomo SANCHEZ, J. (22 de SETIEMBRE de 2015). SCRIBD. Obtenido de TRIPTICO  ATOMO: https://es.scribd.com/document/282335839/Triptico-Atomo stiener, e. y. (4 de abril de 2010). breves fudamentos de fisica y quimica. Obtenido de estructura del atomo: https://www.dte.us.es/docencia/eps/itieei/ica/Breves%20fundamentos%20de% 20Fisica%20y%20Quimica.pdf

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