Dentro de un átomo

Si un átomo tuviera el tamaño de un estadio de fútbol, su núcleo sería más o menos como un guisante en el centro.

Corta un trozo de papel de aluminio por la mitad, luego otra vez por la mitad, y sigue así. Mucho antes de quedarte sin papel llegarías a un trozo tan pequeño que, si lo cortaras una vez más, ya no tendrías aluminio. Ese trozo más pequeño es un átomo. Un átomo mide aproximadamente una diezmilmillonésima de metro de ancho, demasiado pequeño para verlo con cualquier microscopio óptico, y aun así todos los átomos se construyen con solo tres tipos de partícula.

Tres partículas

Los protones y los neutrones están apretados en un núcleo diminuto en el centro, que contiene casi toda la masa del átomo. Los electrones se reparten a su alrededor y ocupan casi todo el espacio del átomo. Un núcleo es entre 10 000 y 100 000 veces más pequeño de ancho que el átomo completo. Según el NIST, el protón es 1836.15 veces más pesado que el electrón, así que incluso un átomo con muchos electrones recibe de ellos bastante menos del 1% de su masa.

Las cargas opuestas se atraen, así que los electrones negativos se mantienen cerca del núcleo positivo. Pero los protones se repelen entre sí, y un núcleo con varios de ellos saltaría en pedazos si la fuerza eléctrica fuera la única que actuara. Una fuerza mucho más intensa, llamada fuerza nuclear fuerte, mantiene unidos protones y neutrones, aunque solo a las distancias diminutas del interior de un núcleo.

El número atómico

El número de protones decide de qué elemento es un átomo. Todo átomo con 6 protones es carbono, y todo átomo con 8 es oxígeno. Ese número es el número atómico, y la tabla periódica está ordenada según él, empezando por el hidrógeno, con 1. En un átomo neutro el número de electrones es igual al de protones, así que las cargas se anulan. Si un átomo pierde o gana electrones se convierte en un ion: el sodio que ha perdido un electrón tiene 11 protones y 10 electrones, así que tiene carga +1.

Número másico e isótopos

Los protones más los neutrones dan el número másico. Los átomos de un mismo elemento pueden tener distinto número de neutrones. Son isótopos. El carbono 12 tiene 6 neutrones, y el carbono 14, que se usa para datar objetos antiguos, tiene 8. El número que sigue al nombre es el número másico, así que el número de neutrones es siempre el número másico menos el número atómico.

Cómo lo descubrimos

Nadie ha visto un protón a través de una lente. Cada partícula se dedujo a partir de experimentos. En 1897, J. J. Thomson, en el Laboratorio Cavendish de Cambridge, demostró que los rayos catódicos estaban formados por partículas negativas diminutas, mucho más ligeras que cualquier átomo: los electrones. El equipo de Ernest Rutherford lanzó partículas alfa rápidas contra una lámina fina de oro, y unas pocas rebotaron casi en línea recta hacia atrás. En 1911, Rutherford lo explicó con un núcleo pequeño, pesado y positivo. James Chadwick demostró en 1932 que el núcleo también contiene partículas sin carga, los neutrones, y por ello recibió el Premio Nobel de Física de 1935.