De qué se compone el núcleo atómico
En el centro de cada átomo se encuentra el núcleo. Este incluye dos tipos de partículas:
- Protones: poseen carga positiva.
- Neutrones: no tienen carga.
La única excepción a esta regla es el átomo del elemento más ligero: el hidrógeno. En su núcleo hay exactamente un protón y no hay neutrones. Todos los demás núcleos multichargados contienen obligatoriamente ambos tipos de partículas. Al mismo tiempo, la estabilidad del núcleo depende de una determinada proporción entre el número de protones y neutrones.
Carga del núcleo y elemento químico
El número de protones determina la carga del núcleo ($Z$). Precisamente esta magnitud es el principal indicador mediante el cual se clasifican los átomos. Un elemento químico es un conjunto de átomos con la misma carga nuclear.
Dado que el átomo en su conjunto es una partícula electroneutra, alrededor del núcleo debe girar exactamente el mismo número de electrones con carga negativa que los protones que hay en su interior.
En la tabla periódica de D. I. Mendeléyev, el número atómico del elemento corresponde estrictamente a la carga de su núcleo. La formulación moderna de la ley periódica establece que las propiedades de los elementos y de las sustancias que forman dependen periódicamente precisamente de las cargas de sus núcleos atómicos. La masa de los átomos aumenta junto con la carga, pero no es el factor principal que determina las propiedades.
Número másico
Las masas de un protón y un neutrón individuales son casi iguales y equivalen aproximadamente a $1$ unidad de masa atómica (u.m.a.). Los electrones son tan ligeros que su contribución a la masa total del átomo no se tiene en cuenta. Por lo tanto, la masa de todo el átomo siempre es cercana a un valor entero.
El número másico ($A$) es la cantidad total de protones ($Z$) y neutrones ($N$) en el núcleo. Se calcula mediante la fórmula: $A = Z + N$.
Núclidos e isótopos
Los átomos de un mismo elemento (con el mismo $Z$) pueden contener un número diferente de neutrones y, por lo tanto, tener una masa distinta.
- Un núclido es un tipo específico de átomos con un valor claramente definido de carga nuclear y número másico.
- Los isótopos son núclidos de un mismo elemento químico. Tienen la misma carga, pero diferente masa.
Para denotar los núclidos se utiliza el símbolo del elemento químico. Abajo a izquierda se escribe la carga del núcleo ($Z$) y arriba a izquierda el número másico ($A$). Por ejemplo, los isótopos del silicio se denotan como ${}^{28}_{14}\text{Si}$, ${}^{29}_{14}\text{Si}$ y ${}^{30}_{14}\text{Si}$.
Características de las masas atómicas en la tabla periódica
En la naturaleza, la mayoría de los elementos químicos existen en forma de una mezcla de varios isótopos. Solo 19 elementos están representados por un único núclido; precisamente sus masas atómicas en las obras de referencia son las más cercanas a los números enteros.
Para el resto de los elementos, la masa atómica indicada en la tabla periódica es fraccionaria. Es una media aritmética que tiene en cuenta la masa de cada isótopo natural y su porcentaje de abundancia. Por ejemplo, para el cloro en los cálculos se toma el valor de $35,5$, ya que el cloro natural consiste en una mezcla de isótopos pesado y ligero (${}^{35}_{17}\text{Cl}$ y ${}^{37}_{17}\text{Cl}$).
En las reacciones químicas, los diferentes isótopos de un mismo elemento se comportan de manera prácticamente idéntica. La excepción son los isótopos de hidrógeno: debido a la colosal diferencia de masa (de 2 y 3 veces), han recibido sus propios símbolos y nombres.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué isótopos de hidrógeno tienen nombres propios y símbolos químicos?
Debido a la significativa diferencia en la masa, se han asignado nombres y símbolos propios a los isótopos del hidrógeno. Existen tres isótopos principales de hidrógeno, que se diferencian por el número de neutrones en el núcleo:
- Protio (${}^1_1 ext{H}$) — hidrógeno común, el núcleo consta de 1 protón sin neutrones;
- Deuterio (${}^2_1 ext{H}$ o $ ext{D}$) — hidrógeno pesado, el núcleo contiene 1 protón y 1 neutrón;
- Tritio (${}^3_1 ext{H}$ o $ ext{T}$) — hidrógeno radiactivo, el núcleo consta de 1 protón y 2 neutrones.
¿Qué partículas elementales se agrupan bajo el término general «nucleones»?
Bajo el término general «nucleones» se agrupan las partes constituyentes del núcleo atómico: protones y neutrones. Investigaciones posteriores condujeron al descubrimiento de estas partículas que forman el núcleo del átomo.
¿Qué fuerzas aseguran la estabilidad del núcleo y evitan que los protones se repelan electrostáticamente entre sí?
La estabilidad de los núcleos atómicos está garantizada por una atracción especial entre protones y neutrones a distancias muy pequeñas, conocida como fuerza nuclear fuerte. Las fuerzas nucleares resultantes superan la fuerza de repulsión eléctrica entre protones cargados con la misma señal en 200 veces.
Para recordar la relación del número másico: A = Z + N (A es la Ley y el Principio, donde A es la masa, Z es la carga/protones, N es neutrones).
Preguntas de clases y exámenes
¿Qué signo tiene la carga del núcleo atómico?
La carga del núcleo siempre es positiva, ya que en su interior se encuentran protones cargados positivamente y neutrones neutros.
¿Cómo saber el número de electrones en un átomo?
Es necesario observar el número atómico del elemento en la tabla periódica. Este es igual a la carga del núcleo, y la carga del núcleo, a su vez, es igual a la cantidad de electrones en el átomo neutro.
¿Por qué la masa atómica en la tabla periódica es un número fraccionario?
Porque la mayoría de los elementos en la naturaleza son una mezcla de isótopos con diferente masa. En la tabla se indica el valor medio que tiene en cuenta la abundancia de cada isótopo.
Qué más repasar sobre el tema
- Dependencia de las propiedades de los elementos con respecto a la carga nuclear (Ley periódica)
- Razones por las cuales Mendeléyev dispuso inicialmente los elementos según su masa
- Condiciones de estabilidad de los núcleos multichargados
- Nombres y características de los isótopos del hidrógeno
- Algoritmo para calcular el número de neutrones en el núcleo de un isótopo específico
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