Física Nuclear
Enviado por King30 • 16 de Noviembre de 2015 • Documentos de Investigación • 2.108 Palabras (9 Páginas) • 55 Visitas
Física Nuclear
La física nuclear es una rama de la física que estudia las propiedades y el comportamiento de los núcleos atómicos. En un contexto más amplio, se define la física nuclear y de partículas como la rama de la física que estudia la estructura fundamental de la materia y las interacciones entre las partículas subatómicas. Asimismo, la física nuclear es conocida por la sociedad, por el aprovechamiento de la energía nuclear en centrales nucleares y en el desarrollo de armas nucleares, tanto de fisión nuclear como de fusión nuclear.
Los trabajos de Rutherford y de Bohr nos dejaron una imagen del átomo como un núcleo denso cargado positivamente y rodeado de una nube de electrones en distintos niveles de energía. Desde este punto de vista, el núcleo es el centro de un átomo y contiene la mayor parte de la masa atómica. El comportamiento del átomo también resulta afectado por el núcleo en virtud de que, en el átomo neutro, el número total de cargas positivas tiene que ser igual al número de electrones.
La tecnología nuclear se ha desarrollado enormemente desde sus inicios, a principios de la década de 1940. El estudio del núcleo atómico era un tema de estudio reservado sobre todo a los físicos, pero en la actualidad es raro no encontrar a alguien que no haya tenido alguna relación con algún aspecto de la ciencia nuclear.
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El Núcleo Atómico El núcleo atómico es la pequeña parte central del átomo, con carga eléctrica positiva y en la que se concentra la mayor parte de la masa del átomo.
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. Estos experimentos acerca de la desviación demostraron que el núcleo corresponde tan solo a aproximadamente la diezmilésima parte del diámetro del átomo.
Los prefijos pico () y femto () son útiles para expresar dimensiones nucleares. [pic 1][pic 2]
Toda la materia está compuesta de diferentes combinaciones de tres partículas fundamentales: protones, neutrones y electrones. El electrón tiene una masa de 9xkg y una carga de e=-1.6x C. El protón es el núcleo de un átomo de hidrogeno. Tiene una masa de 1.673X kg y una carga positiva igual en magnitud a la carga de un electrón (+e).[pic 3][pic 4][pic 5]
La otra partícula nuclear, el neutrón, tiene una masa de 1.675xkg, no tiene carga. [pic 6]
Es evidente que si la repulsión electrostática de Coulomb se aplica al núcleo, esta tiene que ser superada en el por una fuerza mayor. Tanto la fuerza mucho más grande como la fuerza electrostática son inmensas, comparadas con la fuerza gravitacional. Esta tercera fuerza se llama fuerza nuclear.
La fuerza nuclear es muy intensa y de corto alcance. Si dos nucleones, están separados por aproximadamente por 1 fm, se produce una fuerza de atracción muy intensa que decae rápidamente a medida que aumenta su separación.
Los Elementos
Durante muchos siglos, los científicos han estudiado los diversos elementos que existen en la Tierra. Se han realizado múltiples intentos de organizar los diferentes elementos, de acuerdo con sus respectivas propiedades químicas o físicas. El agrupamiento moderno de los elementos se conoce como tabla periódica.
A cada elemento se le asigna un número que lo distingue de los demás. Estos números son iguales al número de protones que hay en el núcleo de ese elemento. El número recibe el símbolo Z y se le llama número atómico.
El número atómico Z de un elemento es igual al número de protones que hay en el núcleo de un átomo de ese elemento.
Del número atómico dependen indirectamente las propiedades químicas de cada elemento, en virtud de que Z determina el número de electrones que se necesitan para equilibrar la carga positiva del núcleo. La naturaleza química de un átomo depende del número de electrones que lo forman, en particular los más externos o electrones de valencia. Al aumentar el número de protones en el núcleo, también aumenta el número de neutrones.
El número total de nucleones en un núcleo se conoce como número de masa A.
El número de masa A de un elemento es igual al número total de protones y neutrones que hay en su núcleo.
Si representamos el número de neutrones por N, podemos escribir el número de masa A en términos del número atómico Z y del número de neutrones.
[pic 7]
Una forma general de describir el núcleo de un átomo en particular es indicar el símbolo del elemento con su número de masa y su número atómico de la siguiente manera:
[pic 8]
Ejemplo:
¿Cuántos neutrones tiene el núcleo de un átomo de mercurio ?[pic 9]
Plan: El símbolo del mercurio muestra que el número atómico es 80 y el número de masa es 201. El número atómico da el número de neutrones en el núcleo y el número de masa es el número de partículas nucleares incluyendo protones y neutrones.
Solución: El número de neutrones se calcula al resolver para N en esta ecuación:
N =A - Z= 201 - 80; N= 121 neutrones.
La unidad de masa atómica
Las masas tan pequeñas de la las partículas nucleares hacen necesaria una unidad de masa extremadamente pequeña. Los científicos por lo general, expresan las masas atómicas y nucleares en unidades de masa atómica (u).
Una unidad de masa atómica (1 u) es exactamente igual a un doceavo de la masa de la forma más abundante del átomo de carbono.
En relación con el kilogramo, la unidad de masa atómica es:
[pic 10]
Ejemplo:
La tabla periódica muestra que la masa atómica media del bario es de 137. 34 u. ¿Cuál es la masa media del núcleo de bario?
Plan: Primero convertiremos la masa de un electrón de kilogramos a unidades de masa atómica. Luego, la masa promedio del núcleo de bario se calcula al restar la masa de la nube de electrones que lo rodea, de la masa promedio de todo el átomo.
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