El Atomo. Conceptos fundamentales IES La Magdalena

EL ÁTOMO

CONCEPTOS FUNDAMENTALES IES La Magdalena.

Avilés. Asturias

Los verdaderos "átomos" (ampliación)

Actualmente sabemos que ni los protones ni los neutrones son partículas elementales, ya que en su interior existen estructuras más pequeñas llamadas quarks.

El esquema actualmente aceptado por la mayoría de los físicos (el llamado Modelo Estandar) sostiene que existen doce partículas elementales (además de sus correspondientes antipartículas, idénticas a ellas, pero con carga contraria) las cuales podríamos decir que son los verdaderos átomos, y que pueden ser agrupadas según el esquema que puede verse a continuación:

En resumen sólo existen tres tipos de partículas elementales (los verdaderos "atomos"): electrones, neutrinos y quarks, que podemos agrupar en tres familias distintas (señaladas en la figura con rectángulos de puntos). La materia que nos rodea está formada exclusivamente por partículas de la primera familia: electrones, neutri-nos (electrónicos) y quarks u y d.

Las partículas de las otras dos familias son idénticas a las de la primera excepto en la masa que es bastante superior. Todas ellas son muy inestables.

Los protones y neutrones son, según este modelo, partículas formadas por la combinación de tres quarks.

Un protón está formado por dos quarks up y uno down (uud) y un neutrón por la combinación de un quark up y dos down (udd). De ahí que la carga eléctrica del protón sea: 2/3+2/3 - 1/3 = +1, mientras que la del neutrón: 2/3-1/3-1/3 = 0. Además el quark u es el más ligero de todos los quarks, mientras que el quark d es un poco más pesado. Esto puede explicar la estabilidad del protón frente a la del neutrón. En este último caso existe la posibilidad de que un quark d se convierta en un quark u (más ligero), mientras que la transformación inversa requiere aporte de energía y es, por tanto, menos frecuente.

Además de los quarks existen sus correspondientes antipartículas, antiquarks, idénticas pero con la carga invertida (se representan con un barra horizontal sobre la letra correspondiente al sabor del quark) . Las partícu-las formadas por la combinación de un quark y un antiquark reciben el nombre de mesones.

Tenemos, por tanto, dos clases de partículas formadas por quarks: aquellas que como el protón o el neutrón están formadas por la combinación de tres quarks, y a las que se les denomina de manera genérica bariones, y las formadas por la combinación quark-antiquark que reciben el nombre de mesones.

Los bariones y los mesones, como los quarks, son sensibles a la interacción fuerte y se les da el nombre genérico de hadrones.

A los electrones, muones y tauones, y a sus correspondientes neutrinos, se les da el nombre genérico de lep-tones por ser los más ligeros de cada familia.

Notas

La existencia de carga eléctrica en las partículas da lugar a una fuerza entre ellas, la fuerza electrostática. Esta fuerza, según la ley de Coulomb, es intensa si se encuentran próximas y decae rápidamente cuando se alejan. Es la fuerza que mantiene ligados los electrones a los núcleos.

De una manera análoga, y según la cromodinámica cuántica, la fuerza fuerte se manifiesta entre partículas que tengan lo que se denomina "carga de color". Existen tres cargas de color distintas: rojo, azul y verde.

La fuerza fuerte se hace muy débil a distancias cortas, mientras que crece rápidamente cuando dos partículas con carga de color (dos quarks) se alejan. Esto hace que los quarks se comporten como partícu-las libres cuando se encuentran muy cerca (se calcula que el diámetro de un protón es del orden de 10 -15 m, y el de un quark 10 -19 m), pero si tratamos de separarlos la fuerza entre ambos crece exponencialmente (libertad asintótica), haciendo imposible la separación. De ahí que no se conozcan quarks libres, sólo agregados de éstos en parejas o tríos.

EL ÁTOMO . Formación de iones

EL ÁTOMO . Esctructura de la corteza

Como no todos los valores de energía son posibles, los números cuánticos deberán tener sólo ciertos valores:

• El número cuántico principal puede tomar valores enteros: n = 1, 2, 3, 4, 5.....

• El número cuántico secundario puede tomar valores desde 0 hasta n -1 : l = 0... n-1

• El número cuántico magnético toma valores desde - l a +l, incluyendo el valor cero: - l ... 0 ... +l

• El número cuántico de spín sólo puede tomar dos valores - 1/2 y + 1/2

A la hora de ir llenando con electrones los distintos estados de energía disponibles hay que tener en cuenta el llamado Principio de Exclusión de Pauli: “No pueden existir dos electrones con los cuatro números cuánticos iguales”.

Para n = 1 (primera órbita), l sólo puede tomar un valor: l = 1 - 1 = 0. En consecuencia ml = 0 y s = +1/2 y -1/2. Luego para la primera órbita existen dos posibles valores de energía para el electrón:

...