Estructura Atómica y Energía: De Rutherford a las Reacciones Nucleares

Descubrimientos Fundamentales de la Estructura Atómica

El Experimento de Rutherford y la Naturaleza del Átomo

Con este experimento se observa que la mayoría de partículas alfa atraviesan la lámina sin apenas desviarse. Esto llevó a las siguientes conclusiones:

• El átomo, en su mayor parte, es un espacio vacío.
• Casi toda la masa del átomo está concentrada en una zona central, denominada núcleo.

El Modelo Atómico de Rutherford (1911)

Así, en 1911, Ernest Rutherford propuso su modelo atómico, el cual consta de:

1. Un núcleo central de carga positiva, que concentra casi toda la masa del átomo.
2. Una corteza exterior formada por electrones que orbitan alrededor del núcleo, atraídos por las cargas positivas de este.

En 1919, Rutherford descubrió el protón. Con este descubrimiento, el núcleo, en lugar de ser una esfera maciza, pasó a estar formado por un número de protones igual al de electrones de la corteza.

Conceptos Clave en Química Nuclear

Isótopos

Los isótopos son aquellos átomos que poseen el mismo número de protones (por lo tanto, pertenecen al mismo elemento químico) pero tienen distinto número másico (diferente número de neutrones).

Ejemplos:

• Carbono: $^{12}_{6} ext{C}$ y $^{14}_{6} ext{C}$
• Cloro: $^{37}_{17} ext{Cl}$ y $^{35}_{17} ext{Cl}$

Reacciones Nucleares

Las reacciones nucleares son choques o transformaciones que les suceden a los núcleos de los átomos, resultando en la formación de núcleos de otros átomos. Hay dos tipos principales:

1. Fusión Nuclear: Ocurre cuando núcleos de átomos ligeros impactan y se unen para formar un núcleo más grande, liberando energía (y a veces partículas residuales).

• $^{2}_{1} ext{H} + ^{3}_{1} ext{H} ightarrow ^{4}_{2} ext{He} + ext{n}$ (Neutrón)
• $^{1}_{1} ext{H} + ^{2}_{2} ext{He} ightarrow ^{3}_{2} ext{Li}$

Fisión Nuclear: Un núcleo de un átomo grande se parte en fragmentos, formando núcleos de átomos más ligeros.

Fenómenos Físicos y Energéticos

El Espectro Electromagnético

El espectro electromagnético abarca todas las formas de radiación electromagnética, de las cuales solo una pequeña parte es visible para el ojo humano. Las componentes principales, ordenadas por frecuencia/longitud de onda, incluyen:

• Rayos Gamma
• Rayos X
• Rayos Ultravioleta
• Luz Visible
• Radiación Infrarroja
• Radiación Microondas
• Ondas de Radio

Definición y Transferencia de Energía

La energía es una característica que asignamos a los materiales e indica su capacidad para realizar transformaciones sobre el entorno, ya sea realizando trabajo o transfiriendo calor.

Transferencia de Energía en un Sistema

• La energía de un sistema aumenta cuando el entorno le realiza trabajo o lo calienta.
• La energía de un sistema disminuye cuando este realiza trabajo o transfiere calor al entorno.

Ejemplos de sistemas con energía: una persona corriendo, una persona subiendo una silla.

Cambios Energéticos en los Átomos

¿Qué cambia en los átomos? Los electrones. Estos no se van, sino que cambian de órbita o nivel energético, lo que provoca un cambio en la energía total del átomo.

• Cuando un átomo absorbe energía (por ejemplo, mediante trabajo), los electrones saltan a niveles superiores (estados excitados), y la energía del átomo aumenta.
• Cuando los electrones vuelven a su nivel inicial (estado fundamental), el átomo disminuye su energía, liberándola generalmente en forma de luz (el átomo «ilumina»).