ESTRUCTURA ATÓMICA DE LA MATERIA.

1. INTRODUCCIÓN.

Algunos fenómenos de electrización pusieron de manifiesto la naturaleza eléctrica de la materia. Para explicar estos fenómenos, los científicos idearon un modelo según el cual los fenómenos eléctricos son debidos a una propiedad de la materia llamada cargaEléctrica.

Las propiedades de los cuerpos eléctricos se deben a la existencia de dos tipos de cargas: positiva y negativa.Dos cuerpos que hayan adquirido una carga del mismo tipo se repelen, mientras que si poseen carga de distinto tipo se atraen.En general, la materia es eléctricamente neutra, es decir, tiene la misma cantidad de cada tipo de carga. Si adquiere carga, tanto positiva como negativa, es porque tiene más cantidad de un tipo que de otro.

El fenómeno de la electricidad llamó la atención de las personas desde hace mucho tiempo. Hacia el año 600 a. C., el filósofo griego Tales de Mileto frotó una resina de ámbar con piel de gato y consiguió atraer con ella unos Trozos de pluma. Ámbar, en griego, se denomina elektron, de ahí que ese fenómeno se conozca con el nombre de electricidad. A lo largo de la historia de la electricidad se han ideado distintos aparatos para saber si un cuerpo está electrizado o no. Algunos de estos aparatos permiten comprobar que los cuerpos que tienen carga del mismo signo se repelen y si tienen cargas de distinto signo,Se atraen. Aquí tenemos como ejemplo un Electroscopio:

LAS PRIMERAS TEORIAS ATOMISTAS

Desde la Antigüedad, el ser humano se ha cuestionado de qué estaba hecha la materia. En la antigua Grecia dos concepciones filosóficas compitieron por dar una interpretación racional a esta cuestión:

a) Leucipo y su discípulo Demócrito consideraban que la materia estaba constituida por pequeñísimas partículas (no visibles a simple vista) que no podían ser divididas en otras más pequeñas. A estas partículas se las llamó átomos, que en griego significa "indivisible".

b) Aristóteles era partidario de la teoría de los cuatro elementos, según la cual toda la materia estaría formada por la combinación de cuatro elementos básicos: aire, agua, tierra y fuego.

Las ideas de Demócrito sobre la materia fueron rechazadas por los filósofos de su época, mientras que la teoría de los cuatro elementos de Aristóteles se acabó

imponiendo durante muchos siglos. Habrían de transcurrir dos milenios para que la concepción atómica fuera tomada de nuevo en consideración.

La teoría cinético-corpuscular, surgida en el siglo XVIII, dice que toda materia está constituida por partículas que pueden ser átomos, iones o moléculas. Dotadas de un cierto estado de movimiento (caótico en los gases, y más ordenado y restringido en sólidos y líquidos). Si bien es una teoría nacida para explicar el comportamiento de los gases y los estados de la materia (volumen, temperatura y presión de los gases, cambios de estado, etc.), no detalla la estructura interna de la materia, ni los fenómenos derivados de la materia (composición interna de las partículas, diferenciación de partículas de distintas sustancias y de sus propiedades, naturaleza de las fuerzas de cohesión entre las partículas, combinación de partículas (moléculas y cristales), fenómenos eléctricos de las partículas, etc.).

Las limitaciones de la teoría cinético-corpuscular hicieron necesarios la elaboración de una teoría paralela que la complementase. La labor de muchos científicos, como Antoine Lavoisier, John Dalton y Dimitri Mendeleiev, hizo posible la elaboración de la teoría atómico-molecular de la materia, base de la química moderna

(a) Teoría cinético – molecular. (b) Teoría atómico – molecular.

¿Qué ocurriría si dividiéramos un trozo de materia muchas veces? ¿Llegaríamos hasta una parte indivisible o podríamos seguir dividiendo sin parar?Los filósofos de la antigua Grecia discutieron bastante sobre este tema. El problema es que estos filósofos no utilizaban ni la medición ni la experimentación para llegar a conclusiones, por tanto, no seguían las fases del método científico. De esta forma, se establecieron dos teorías:Atomista y continuista, que se basaban en la existencia de partes indivisibles o en que siempre se podía seguir dividiendo.

En el siglo V a.c, Leucipo pensaba que sólo había un tipo de materia. Sostenía, además, que si dividíamos la materia en partes cada vez más pequeñas, acabaríamos encontrando una porción que no se podría seguir dividiendo. Un discípulo suyo, Demócrito, bautizó a estas partes indivisibles de materia con el nombre de átomos, término que en griego significa “que no se puede dividir”.Los atomistas pensaban que:- Todo está hecho de átomos. Si dividimos una sustancia muchas veces, llegaremos a ellos.- Las propiedades de la materia varían según como se agrupen los átomos.- Los átomos no pueden verse porque son muy pequeños.

Aristóteles rechazó la teoría atomista y estableció que la materia estaba formada por cuatro elementos: tierra, agua, aire y fuego, esta teoría se llamó continuista. Gracias al prestigio que tenía, se mantuvo vigente en el pensamiento de la humanidad durante más de 2000 años.Los continuistas pensaban que:- Los átomos no existen. No hay límite para dividir la materia.- Si las partículas, llamadas átomos, no pueden verse, entonces es que no existen.- Todas las sustancias están formadas por las combinaciones de los 4 elementos básicos: agua, aire, tierra y fuego.

LA MATERIA

Materia es todo lo que constituye el mundo físico que nos rodea, que posee una masa y ocupa un lugar en el espacio.

La materia se clasifica en dos formas distintas: homogénea y heterogénea. Si la materia objeto de estudio es uniforme, es decir, sus propiedades y su composición son las mismas en todos los puntos de su masa, se trata de una materia

Homogénea. Por el contrario, una materia es heterogénea cuando presenta fases Observables, con distintas propiedades físicas y/o químicas.

DEFINICIONES

Mezclas: Materia heterogénea que está formada por dos o más sustancias (elementos o compuestos) en proporciones variables. Las mezclas tienen propiedades variables, dependiendo de las proporciones de las sustancias que las componen.

Disoluciones: Materia homogénea con varios componentes separables por métodos físicos o químicos.

Disoluciones verdaderas: Disoluciones en las que el soluto tiene partículas más pequeñas de 1 nm.

Coloides: Disoluciones en las que el soluto tiene partículas entre 1 nm y 0.2 mm de tamaño.

Suspensiones: Disoluciones en las que el soluto tiene partículas mayores de 0.2 mm.

Sustancias: Materia homogénea con un solo componente.

Elementos: Sustancias formadas por átomos iguales en cuanto a su número atómico. (Pueden ser moléculas diferenciadas, macromoléculas o átomos aislados).

Compuestos: Sustancias formadas por dos o más átomos distintos.

Moléculas: Partículas sin carga eléctrica, formadas por dos o más átomos iguales o distintos.

Iones: Partículas con carga eléctrica. Simples: formados por un solo tipo de

elemento. Complejos: formados por varios tipos de elementos. Pueden ser aniones (carga negativa) o cationes (carga positiva)

Átomos: Partículas fundamentales de la materia formadas por tres tipos de partículas subatómicas (protones, neutrones y electrones). Los átomos son distintos entre sí a causa del distinto número de partículas subatómicas que los formen. Átomos iguales, en cuanto a número de protones, son las partículas más sencillas que forman un elemento.

PARTÍCULAS SUBATÓMICAS QUE FORMAN LA MATERIA. EL ORIGEN DE LA MATERIA

La clasificación de la materia anteriormente presentada no llega más allá de los átomos, dando así a entender que el átomo se considera como la partícula material con entidad propia estable y unas características y propiedades que le hacen ser la

Núcleo atómico

Zona extranuclear

Protones (p+) Neutrones (n0)

Electrones (e-)

unidad fundamental de la materia tal como la conocemos en nuestro planeta. Sin embargo, en contradicción con la teoría enunciada por Dalton (1802) los átomos no son indivisibles y están formados a su vez por partículas más pequeñas: protones, electrones y neutrones. El descubrimiento del electrón, a finales del siglo XIX, del protón en 1906 y del núcleo del átomo en 1911, son tres hechos fundamentales que marcan el punto de partida de la Química moderna. En la actualidad la teoría atómica acepta el hecho de que el átomo está formado por un núcleo donde se encuentran protones y neutrones y un espacio exterior que lo circunda de radio cien mil veces más grande que el del núcleo, donde se encuentran los electrones. Las características de estas partículas son.

De las tres partículas que componen los átomos (protones, neutrones y electrones), sólo el electrón es ya indivisible y estable. El protón está compuesto de otras más simples y es estable. El neutrón está compuesto de otras más simples y no es estable, cuando no está Ligado a un átomo se desintegra en un protón, un electrón y un neutrino (partícula cuya vida media es de 11 min.).

2. CONCEPTO DE ATOMO.

El Átomo es la partícula más pequeña de la materia que conserva sus propiedades y que no es posible dividir mediante procesos químicos, también es denominado como la partícula fundamental de la materia, gracias a su característica de no poder ser dividido mediante procesos químicos, es un sistema dinámico y energético en equilibrio, sin embargo en el siglo XX se comprobó que el átomo puede subdividirse en partículas más pequeñas, denominadas partículas subatómica, que se ubican en una región central denominada:

Núcleo atómico.- Es la parte central del átomo, muy pequeño y de carga positiva, contiene aproximadamente 200 tipos de partículas denominadas nucleones, de los cuales los protones, neutrones son los más importantes (nucleones fundamentales). Estos poseen una gran masa en comparación de otras partículas, por lo tanto, el núcleo atómico concentra casi la totalidad de masa atómica (99,99% de dicha masa).

Los nucleones se mantienen unidos mediante la fuerza nuclear o fuerza fuerte, que es la fuerza natural más grande que se conoce y tiene corto alcance, sólo para dimensiones nucleares.

Zona extra nuclear.- Es un espacio muy grande (constituye el 99,99% del volumen atómico), donde se encuentran los electrones ocupando ciertos estados de energía (orbitales, subniveles y niveles). La zona extra nuclear determina el volumen del átomo, pero es casi vacío.

Los electrones se encuentran a distancias no definidas respecto al núcleo y se desplazan en torno a ella en trayectorias también indefinidas.

Ejemplo para el Átomo de Litio:

El átomo de Litio, donde se observa el núcleo, la envoltura y las partículas subatómicas fundamentales

Se debe tener en cuenta que en todo átomo, de cualquier elemento químico se cumple:

Donde:

DA = diámetro del átomoDN = diámetro del núcleo

IMPORTANCIA DEL ATOMO

La importancia de esta teoría no puede ser exagerada. Se ha dicho (por ejemplo el premio Nobel Richard Feynman) que la teoría atómica es la teoría más importante en la historia de la ciencia. Esto se debe a las implicaciones que ha tenido, tanto para la ciencia básica como por las aplicaciones que se han derivado de ella.

Toda la química y bioquímica modernas se basan en la teoría de que la materia está compuesta de átomos de diferentes elementos, que no pueden transmutarse por métodos químicos. Por su parte, la química ha permitido el desarrollo de la industria farmacéutica, petroquímica, de abonos, el desarrollo de nuevos materiales, incluidos los semiconductores, y otros avances.

PARTICULAS SUB ATOMICAS FUNDAMENTALES.

De todas las partículas subatómicas elementales, hay tres que interesan fundamentalmente, y están presentes en cualquier átomo, estos son necesarias para construir un modelo atómico satisfactorio. Se las denomina partículas fundamentales y son:

• Electrón.• Protón.• Neutrón.

Observaciones

El Electrón comúnmente representado por el símbolo: e−, es una partícula subatómica de tipo fermiónico. (Partícula con espín semi entero), rodea al núcleo atómico (protones y neutrones), formando orbitales atómicos dispuestos en sucesivas capas. La vida media del electrón es mayor de 1021 años

Los electrones se descubren mediante el estudio de los rayos catódicos, En 1897 el físico británico J.J.Thomson calculó la relación entre la carga eléctrica y la masa de un electrón. Determinó que la relación es de 1,76·10 elevado a la 8 culombios por gramo

(El culombio, C, es la unidad SI de carga eléctrica).

En 1909 Robert Millikan determino experimentalmente que la carga del electrón era de1,602·10-19 C y, a partir de ese valor y de la relación carga-masa de Thomson, que su masa era De 9,10·10-31 Kg.

Desde el punto de vista físico, el electrón tiene una carga eléctrica de igual magnitud, pero de polaridad contraria a la del protón. Dicha cantidad, cuyo valor es de 1,602×10-19 culombios, es llamada carga elemental o fundamental, y es considera a veces un cuanto de carga eléctrica, asignándosele un valor unitario. la carga del protón como positiva, mientras que a la del electrón como negativa. Por esto se dice que los protones y electrones tienen cargas de +1 y -1 respectivamente, aunque esta elección de signo es totalmente arbitraria

El Protón Es una partícula subatómica con una carga eléctrica elemental positiva (1,602 × 10–19 columbios) y una masa de (1,6726 × 10–27 kg) o, del mismo modo, unas 1836 veces la masa de un electrón. En 1919 Rutherfor descubre el protón, cuando bombardea al nitrógeno con partículas alfa (núcleos de helio) Se descubre

El núcleo concentra casi toda la masa del átomo y es de carga positiva debido a la presencia de los protones.

Al protón y neutrón se les denomina nucleones fundamentales.

Se le llama átomo neutro cuando la carga eléctrica total o neta es cero y se cumple que:

El neutrón no tiene carga eléctrica, por lo tanto se le denomina partícula neutra.

Al protón, neutrón y electrón se les denomina partículas subatómicas fundamentales.

Todas las partículas subatómicas son iguales para cualquier elemento químico.

La zona extranuclear determina el volumen del átomo pero es casi vacia

mediante el estudio de los denominados rayos canales, las primeras Consecuencias permiten establecer que dichos rayos están constituidos por haces de partículas muy pequeñas cargadas positivamente, cuya carga es siempre igual o múltiplo de la del electrón. El tiempo de vida media del protón es 1032 añosEl protón y el neutrón , en conjunto, se conocen como nucleones, ya que conforman el núcleo de los átomos

Propuesta de RutherfordPuesto que los átomos son neutros, se concluye que ambas partículas son partes integrantes de los átomos, existiendo en cada una el mismo número de protones que de electronesPara poder explicar el hecho de que los núcleos atómicos no se desintegrasen a pesar de la enorme repulsión electrostática a que se encuentran sometidos los protones que lo forman, Rutherford, postulo la existencia de una partícula neutra como constituyente esencial de los núcleos atómicos. Se la denomino neutrón

Neutrón. Debido a su carácter neutro y, por tanto, imposible de detectar mediante la acción de campos eléctricos y magnéticos, la comprobación experimental de la existencia del neutrón presentó serias dificultades. Fueron observadas por primera vez por el físico ingles Chadwick al estudiar la reacción que se produce cuando se bombardean átomos de berilio con partículas α, proceso en el que se origina carbono y se desprenden neutrones:

Su vida media es de 1000 segundos, casi 16,66 minutos. Quiere decir que cada aproximadamente 15 minutos se va reducir a la mitad de la cantidad inicial

La carga absoluta se mide en Coulomb (C), que viene a ser la unidad de carga eléctrica en el sistema internacional.

Se observa que la masa del protón y del neutrón es aproximadamente igual.

Características de las párticulas subtómicas fundamentales

La masa del átomo y sus partículas normalmente se miden en unidades de masa atómica (uma), que es una unidad muy pequeña y apropiada para medir la masa de partículas submicroscópicas. Se define como la doceava parte de la masa atómica del carbono. Tiene la siguiente equivalencia en gramos:

Estabilidad de partículas subatómicas, fuera del sistema atómico, Luego de 1000 segundos ó 16,66 minutos el neutrón decae (se desintegra) en protón y electrón

CLASIFICACION DE LAS PARTICULAS SUB ATOMICAS FUNDAMENTALES.

Fueron descubiertos a principios del siglo XX ,Una partícula subatómica es una partícula(un cuerpo dotado de masa, y del que se hace abstracción del tamaño y de la forma) más pequeña que un átomo, puede ser elemental o compuesta, formadas por componentes atómicos como los electrones, protones y neutrones, (los protones y los neutrones son partículas compuestas), estas están formadas de quarks. Los Quarks se mantienen unidos por las partículas gluon que provocan una interacción en los quarks y son indirectamente responsables por mantener los protones y neutrones juntos en el núcleo atómico

Atendiendo a su espín las partículas fundamentales se dividen en bosones (partículas de espín entero, como por ejemplo 0, 1, 2...), que son las responsables de transmitir las fuerzas fundamentales de la naturaleza, y fermiones (partículas de espín fraccionario, como por ejemplo 1/2 ó 3/2).

Las partículas subatómicas de las cuales se sabe su existencia son: Bosón, Positrón, Electrón, Protón, Fermión, Neutrino, Hadrón, Neutrón, Leptón, Quark, Mesón.

Estas partículas presentan:Carga: La carga es una magnitud escalar (Solo se puede determinar su cantidad).Spin: Movimiento de rotación sobre un eje imaginario.

Bosón

El Bosón es una partícula atómica o subatómica, de spin entero o nulo, que cumple los postulados de la estadística de Bose-Einstein e incumple el principio de exclusión de Paulli (establece que dos electrones no pueden ocupar el mismo estado energético). Son bosones las partículas alfa, los fotones y los nucleídos con un número par de nucleones.El Bosón recibe su nombre por Satyendra Nath Bose, un científico Bengalí responsable de su descubrimiento. Debido a su spin, los bosones siguen la estadística Bose-Einstein, en donde cualquier número de bosones puede compartir el mismo estado cuántico. Los bosones no son realmente resistentes si se ubican en el mismo lugar, estos mismos, tienen momentos intrínsecos angulares, en unidades integrales de h/ (2 El hecho de que los bosones puedan ocupar un estado cuántico les permite comportarse de manera colectiva, y son responsables por el comportamiento de los láser y el helio superfluito.

Son bosones las partículas alfa, los fotones y los nucleídos con un número par de nucleones. Según el modelo estándar, los bosones son cuatro:

Fotón, portador de la fuerza electromagnética.

Bosón W, fuerza electro débil (posee carga eléctrica).

Bosón Z, fuerza electro débil (no posee carga).

Gluon, fuerza electro fuerte.

Fuera de las consideraciones probadas del actual modelo estándar podemos encontrar el Bosón de Higgs, que sería (en el caso de existir) el que explicaría el

origen de la masa de otras partículas elementales, en particular la diferencia entre el fotón (sin masa) y los bosones W y Z (relativamente pesados)

Fermión

Es una partícula elemental caracterizada por su momento angular intrínseco o spin. Los fermiones son nombrados después de Enrico Fermi, en el modelo estándar, existen dos tipos de fermiones elementales, que son: Los quarks y los leptones, que serían los constituyentes fundamentales de la materia y de las partículas más pequeñas detectadas (protones y neutrones). Según la teoría cuántica, el momento angular de las partículas solo puede adoptar determinados valores, que pueden ser múltiplos enteros de una determinada constante h (Constante de Planck) o múltiplos semientereos de esa misma constante. Los fermiones, entre los que se encuentran los electrones, los protones y los neutrones, tienen múltiplos semientereos de h, por ejemplo ±1/2h o ±3/2h. Los fermiones cumplen el principio de exclusión.El núcleo de un átomo es un fermión o Bosón, dependiendo de si el número total de sus protones y neutrones es par o impar respectivamente. Recientemente, los científicos han descubierto que esto causa comportamiento muy extraño en ciertos átomos cuando son sometidos a condiciones inusuales, tal como el helio demasiado frió.

Quarks

El nombre genérico con que se designan los constituyentes de los hadrones. La teoría sobre los quarks se inicio a partir de los trabajos de Gell-Mann y Zweig (1966) y su existencia fue confirmada en 1977 (Por Fairbank y otros).

La física dedicada al estudio de la naturaleza fundamental de la materia ha formulado un modelo estándar, este modelo se basa en la actualidad en la hipótesis de que la materia ordinaria está formada por dos clases de partículas, los quarks (que se combinan para formar partículas mayores) y los leptones, además de que las fuerzas que actúan entre ellas se transmiten mediante una tercera clase de partículas llamadas bosones, que ya explicamos anteriormente, Los quarks

forman las partículas del núcleo atómico, y son capaces de experimentar la interacción nuclear fuerte. Los quarks no existen aislados; siempre se encuentran asociados a otros quarks. El spin de los quarks es de ½

TIPOS DE QUARKS

Existen seis tipos de quarks que los físicos han denominado de la siguiente manera: up (arriba), Down (abajo), charm (encanto), strange (extraño), top (cima) y bottom (fondo). Además de los correspondientes antiquarks. No son observables aisladamente ya que actúa sobre ellos la interacción nuclear fuerte y forman inevitablemente partículas más complejas.

El cuarto quark, denominado quark c o quark charme, fue descubierto experimentalmente en 1976, indirectamente, a través del hallazgo de un Hadrón llamado partícula psi que era una combinación de quark y antiquark de tipo enteramente nuevo.

En 1977, investigadores del Fermilab anunciaron el descubrimiento del quinto quark: el quark bottom.

El sexto quark, el quark top, postulado por los físicos teóricos hace mucho tiempo, sólo fue encontrado por los físicos experimentales, también del Fermilab, en 1995. El equipo que descubrió el quark top incluía brasileños, bajo el liderazgo de Alberto Santoro, físico que continúa liderando un equipo de investigadores del CBPF, de la UERJ y de otras universidades brasileñas que colaboran en experimentos del CERN y del Fermilab

Se completó, así, una búsqueda de aproximadamente 30 años, desde la propuesta de Gell-Mann y Zweig, en 1964, hasta el hallazgo del quark top en 1995

Algunos bariones y mesones y su estructura de quarks.

Carga

La carga -⅓ o +⅔ de la carga elemental. Por esto siempre las partículas compuestas (bariones y mesones) tienen una carga entera. Experimentalmente (por ejemplo en el experimento de la gota de aceite de Millikan) no hay información de cargas fraccionarias de partículas aisladas. La tercera parte de la carga en los hadrones es debido a la presencia de los quarks. Actualmente se desconoce por qué la suma de las cargas de los quarks en un protón se corresponde exactamente a la del electrón, un leptón, con signo opuesto.

Masa

la noción de masa para un quark es complicada por el hecho que los quarks no pueden encontrarse solos en la naturaleza, siempre se encuentran acompañados de un gluon, por lo general. Como resultado, la noción de la masa de un quark es una construcción teórica que tiene sentido sólo cuando se especifica exactamente que se usará para definirla.La simetría quiral aproximada de la cromo dinámica cuántica, por ejemplo, permite definir la razón entre varias masas de quarks a través de combinaciones de las masas de los octetos pseudoescalares de los mesones en el modelo de quarks por la teoría de perturbación quiral, tenemos:

El hecho de que el quark arriba tenga masa es importante porque había un problema con la violación CP si éstos no tenían masa. Los valores absolutos de las masas son determinados por las reglas de suma de funciones espectrales (o también las reglas de suma de la cromodinámica cuántica).Otro método para especificar las masas de los quarks fue usada por Gell-Mann y Nishijima en el modelo de quarks que conectaba la masa del Hadrón con la masa de los quarks. Estas masas, llamadas masas constituyentes de quarks, son considerablemente diferentes de las masas definidas anteriormente. Las masas constituyentes no tienen ningún significado dinámico posterior.Por otro lado, las masas de los quarks más masivos, el encantado y el fondo, se obtuvieron de las masas de los hadrones que contenían un quark pesado (y un antiquark ligero o dos quarks ligeros) y del análisis de quarkonios. Los cálculos del enrejado de la cromodinámica cuántica usando una teoría efectiva de quarks pesados o cronodinámica cuántica no relativista son usadas actualmente para determinar la masa de esos quarks.El quark cima es lo suficientemente pesado que la perturbación de la QCD puede ser usada para determinar su masa. Antes de su descubrimiento en 1995, la mejor

teoría estimaba que la masa del quark cima podía obtenerse del análisis global de test de precisión del modelo estándar. El quark cima, sin embargo, tiene la única cantidad de quarks que se desintegran antes de hadronizarse. Entonces, la masa puede ser directamente medida de los productos desintegrados resultantes. Estos sólo pueden ser hechos en el Tevatrón que es el único acelerador de partículas con la suficiente energía para producir quarks cima en abundancia.

. Masa y carga de los distintos tipos de quarks.

Isospín débil

El valor de esta propiedad para los quarks es de 1/2, y su signo depende de qué tipo de quark es. Para los quarks tipo u (u, c y t) es de +1/2, mientras que para los otros, llamados quarks tipo d (d, s, b), es de -1/2. De acuerdo con el isospín débil, un quark tipo u deberá desintegrarse para obtener un quark tipo d y viceversa. No se admiten desintegraciones entre quarks del mismo tipo. Las partículas que permiten estos cambios de carga del isospín débil son los bosones W y Z.

Sabor

Debido a la interacción débil todos los fermiones, y en este caso los quarks, pueden cambiar de tipo; a este cambio se le denomina sabor. Los bosones W y Z son los que permiten el cambio de sabor en los quarks, estos bosones son los causantes de la interacción débil. Cada quark tiene un sabor diferente que interactuará con los bosones de una manera única.El sabor de los quarks arriba y abajo es el isospín débil, antes mencionado. El quark extraño, tendrá un número cuántico o sabor, homónimo, llamado extrañeza y tiene el valor de -1. Para el quark encantado es encantado y tiene el valor de 1; y así sucesivamente con los otros dos

Carga de color

Los quarks al ser fermiones deben seguir el principio de exclusión de Pauli. Este principio implica que los tres quarks en un barión deben estar en una combinación anti simétrica. Sin embargo la carga Q=2 del barión Δ++ (que es un cuarto del

isospín Iz = 3/2 de los bariones) puede ser realizado sólo por quarks con espín paralelo. Esta configuración es simétrica bajo intercambio de quarks, esto implica que existe otro número cuántico interno para que pueda hacerse esa combinación anti simétrica. A esta propiedad, o número cuántico, se le denominó color. El color no tiene nada que ver con la percepción de la frecuencia de la luz, por el contrario, el color es la carga envuelta en la teoría de gauge, más conocida como cromo dinámica cuántica.

Los quarks tienen tres colores, análogo con los tres colores fundamentales rojo, verde y azul, de ahí viene su nombre. Es por eso que se suele decir que existen 18 tipos de quarks, 6 con sabor y cada uno con 3 colores.

La carga eléctrica de los quarks es fraccionaria de la unidad fundamental de carga; así por ejemplo, el quark up tiene una carga fraccionaria igual a 2/3 de la unidad elemental.Los quarks no se encuentran libres en la naturaleza sino formando hadrones, estos se dividen en dos tipos:mesones: Formados por un quark y un antiquarkbariones: Formados por tres quarks

Además de las cargas ya mencionadas, los quarks tienen otra carga de color, que no tiene nada que ver con el color real de estas partículas, y que mantiene unidos a los quarks mediante la interacción fuerte, además de ser la responsable de la formación de estos hadrones. Esta interacción esta descrita por la cromo dinámica cuántica (QCD). Existen tres tipos de carga de color: roja, azul y verde. Los antiquarks presentan además cargas opuestas, antirroja, antiazul, y antiverde. Los quarks están unidos entre sí mediante el intercambio de partículas virtuales mediadoras de la interacción fuerte: los gluones. Junto a los leptones, los quarks forman prácticamente toda la materia de la que estamos rodeados. El termino quark, fue propuesto por Murria Gell-Mann, sacado de una novela de James Joyce, Finegan’s Wake, del verso Three Quarks for Mr. Mark.

Leptón

Nombre que recibe cada una de las partículas elementales de spin igual a +1/2 y masa inferior a la de los mesones. Los leptones son fermiones entre los que se establecen interacciones débiles, y solo interacciones electromagnéticas si poseen

carga eléctrica. Además, los leptones con carga eléctrica se encuentran casi siempre unidos a un neutrino asociado.

Existen tres tipos de leptones: el electrón, el muon y el tau. Cada uno está representado por un par de partículas. Una es una partícula masivamente cargada, que lleva el mismo nombre que su partícula, (Como el electrón). La otra es una partícula neutral casi sin masa llamada neutrino (tal como el electrón neutrino). Todas estas 6 partículas tienen antipartículas correspondientes (tales como el positrón o el electrón antineutrino). Todo los leptones cargados tienen una sola unidad de energía positiva o negativa (de acuerdo a si son partículas o antipartículas) y todos los neutrinos y antineutrinos tienen cero carga eléctrica. Los leptones cargados tienen 2 posibles giros de spin mientras que una sola helicidad es observada para los neutrinos (Todos los neutrinos son zurdos y los antineutrinos diestros). Los leptones obedecen a una simple relación conocida como la formula Koide. Cuando las partículas interactúan, generalmente el numero de leptones del mismo tipo (electrones y electrones neutrinos, muones y muones neutrinos, leptones tau y tau neutrinos) se mantienen igual. Este principio es conocido como la conservación del numero leptón.

Masa y carga de los distintos tipos de leptones.

A partir de la unión de varios quarks nos encontramos con los hadrones, que son partículas subatómicas que experimentan la interacción fuerte. Estos se pueden subdividir en: Bariones y Mesones. Los Bariones son fermiones que tienen un número bariónico (número de quarks menos número de antiquarks dividido por 3) igual a 1. Los mesones son bosones con número bariónico igual a 0.

Hadrones

El hadron es una partícula subatómica compuesta de quarks, caracterizada por relacionarse mediante interacciones fuertes. Aunque pueden manifestar también interacciones débiles y electromagnéticas, en los hadrones predominan las interacciones fuertes, que son las que mantienen la cohesión interna en el núcleo atómico. Estas partículas presentan dos categorías: los bariones formados por tres quarks, como el neutrón y el protón y los mesones, formados por un quark y un antiquark, como el pion.La mayoría de los hadrones pueden ser clasificados con el modelo quark que implica que todos los números cuanticos de bariones son derivados de aquellos de valencia quark.

Neutrino

Partícula nuclear elemental eléctricamente neutra y de masa muy inferior a la del electrón (posiblemente nula). El neutrino es un fermión; su espín es 1/2. Antes del descubrimiento del neutrino, parecía que en la emisión de electrones de la desintegración beta no se conservaban la energía, el momento y el espín totales del proceso. Para explicar esa incoherencia, el físico austriaco Wolfgang Pauli dedujo las propiedades del neutrino en 1931.

Al no tener carga y poseer una masa despreciable, el neutrino es extremadamente difícil de detectar; las investigaciones confirmaron sus peculiares propiedades a partir de la medida del retroceso que provoca en otras partículas. Billones de neutrinos atraviesan la Tierra cada segundo, y sólo una minúscula proporción de los mismos interacciona con alguna otra partícula. Los físicos estadounidenses Frederick Reines y Clyde Lorrain Cowan, hijo, obtuvieron pruebas concluyentes de su existencia en 1956.La antipartícula del neutrino es emitida en los procesos de desintegración beta que producen electrones, mientras que los neutrinos se emiten junto con positrones en otras reacciones de desintegración beta. Algunos físicos conjeturan que en una extraña forma de radiactividad, llamada doble desintegración beta, dos neutrinos pueden, en ocasiones, fusionarse para formar una partícula a la que denominan "mayorón". Otro tipo de neutrino de alta energía, llamado neutrino muónico, es emitido junto con un muón cuando se desintegra un pión. Cuando un pión se desintegra, debe emitirse una partícula neutra en sentido opuesto al del muón para conservar el momento. La suposición inicial era que esa partícula era el mismo neutrino que conserva el momento en la desintegración beta. En 1962, sin embargo, las investigaciones demostraron que el neutrino que acompaña la desintegración de piones es de tipo diferente. También existe un tercer tipo de neutrino, el neutrino tau (y su antipartícula).

Actualmente, la posibilidad de que los neutrinos puedan oscilar entre una forma y otra resulta de gran interés. Hasta ahora, las pruebas en ese sentido son indirectas, pero de confirmarse sugerirían que el neutrino tiene una cierta masa, lo que tendría implicaciones profundas para la cosmología y la física en general: esta masa adicional en el universo podría suponer que el universo no siga expandiéndose indefinidamente sino que acabe por contraerse. Aunque existen distintas interpretaciones, algunos científicos consideran que la información sobre neutrinos obtenida de la supernova SN 1987A apoya la idea de que el neutrino tiene masa.

Mesón

Nombre que recibe cada una de las partículas elementales sometidas a interacciones fuertes, de espín nulo o entero y carga bariónica nula.

Los mesones, identificados por Powell en 1947 en los rayos cósmicos y cuya existencia había sido postulada por Yukawa en 1935, son partículas inestables, de masa generalmente comprendida entre la de los electrones y la de los neutrones. Los más estables, cuya vida media son del orden de la cienmillonésima de segundo, son los piones y los kaones.

CARGA NUCLEAR NUMERO ATOMICO (Z)

El número atómico (Z), es el número de protones que hay en el núcleo de un átomo de unElemento químico. Se simboliza con Z.Ejemplo: para el sodio, Z = 11 significa que cada átomo de sodio tiene once protones en suNúcleo. El número atómico se indica como subíndice a la izquierda del símbolo del elemento.11NaZ es una propiedad característica de cada elemento químico. La identidad química de unElemento viene dado por Z. Su valor se saca de la tabla periódica e indica la posición que ocupaEl elemento en la tabla periódica.Por ejemplo, el elemento As; 33As, ocupa el lugar 33 en la tabla periódica. Cada átomo de AsTiene 33 protones en el núcleo.Elemento químico puede definirse como el conjunto de átomos, que tienen el mismo número

De protones en sus núcleos

NUMERO MASICO O NUMERO DE MAZA (A)

Es un número (no una masa) entero, que indica la cantidad de protones y neutronesPresentes en el núcleo de un átomo de un determinado elemento.Número de Masa (A) = nº de protones + nº de neutronesA = Z + n

A veces a la cantidad de neutrones en el núcleo se le llama su número neutrónico.El número de masa no es una propiedad característica de cada elemento químico. El número deMasa de un elemento se indica como superíndice a la izquierda del símbolo del elemento A XLos átomos de un mismo elemento pueden tener distintos números másicos (A).Por ejemplo el Ne, O y C tienen los átomos con los siguientes números másicos:Ne: 20Ne 21Ne 22NeO: 16O 17O 18O

C: 12C 13C 14C (radiactivo)

REPRESENTACION DEL NUCLIDO

Para indicar una especie nuclear específica se usa el término núclido o nucleído. El símbolo de un núclido muestra al número de masa como superíndice a la izquierda y al número atómico como subíndice a la izquierda del símbolo del elemento:

Isótopos:

Los isótopos También llamados hílidos son átomos del mismo elemento químico que tienen igual número de protones pero distinto número de neutrones y diferente número de masa en su núcleo. Poseen idéntico Z y diferente A. Los isotopos poseen propiedades químicas iguales y propiedades físicas diferentes.

El nombre de isotopos se debe a que ocupan el mismo lugar en la tabla periódica porque pertenecen al mismo elemento.

ISO= igual TOPO = lugar

Notación de un núclidoNúmero de masa

E

A

ZSímbolo

del elemento

Número atómico

Los isotopos pueden ser naturales o artificiales, estos últimos son todos inestables o radioactivos (radioisótopos), los isotopos artificiales fueron descubiertos por Irene Joliot Curie en 1934.

ISOTOPOS DEL LITIO

ISOTOPOS DE HELIOAlgunos isótopos tienen nombres específicos, por ejemplo:

Para designar un determinado isótopo de un elemento se agrega a continuación de su nombre elNúmero de Masa, por ejemplo: neón – 20: neón – 20:

Un superíndice a la derecha indica la carga en un ion y un subíndice a la derecha indica la

Cantidad de átomos de determinada especie en un ion o una molécula. Ejemplo

Isobaros:

Son núclido que pertenecen a elementos diferentes, poseen igual número de masa, diferente número atómico y diferente número de neutrones, es decir igual número de nucleones fundamentales.ISO = igualBaro = masaSon núclido con propiedades físicas y químicas diferentes.

Isótonos:

Son núclido pertenecientes a elementos diferentes. Poseen diferente número de protones e igual número de neutrones; por lo tanto tienen diferentes números de masa: También son núclido con propiedades físicas y químicas diferentes.

IONESLos iones pueden ser átomos individuales (ión monoatómico) o grupo de átomos (iones poli atómicos) que poseen carga eléctrica neta diferente de cero debido a la pérdida o ganancia de electrones.Pueden ser: cationes y aniones.

CATIONES Un catión es un ion (sea átomo o molécula) con carga eléctrica positiva, debido a la pérdida de electrones. Los cationes se describen con un estado de oxidación positivo.

ANION Un anión es un ion (sea átomo o molécula) con carga eléctrica negativa, esto es, con exceso de electrones. Los aniones se describen con un estado de oxidación negativo.

BIBLIOGRAFIA

Química, Séptima edición, Chang. P38

Química, Grupo editorial Iberoamérica, Mortimer. P79

http://es.chemistry.wikia.com/wiki/%C3%81tomo

http://www.fullquimica.com/2010/09/concepto-actual-del-atomo.html

http://www.fullquimica.com/2010/10/particulas-subatomicas-fundamentales.html

http://es.chemistry.wikia.com/wiki/Electr%C3%B3n

http://www.libromudo.com/index.php/ciencia/37-fisica/62-clasificacion-de-las-particulas-subatomicas

http://www.ecured.cu/index.php/Part%C3%ADculas_subat%C3%B3micas

Ejemplo: 27

Al 13

27 +3

Al 13

pierde 3 e-

Átomo neutro Catión trivalente

#p+ = 13#e- = 10#n0 = 14

Ejemplo: 16

O 8

16 -2

O 8

gana 2 e-

Átomo neutro Anión divalente

#p+ = 8#e- = 10#n0 = 8

http://exa.unne.edu.ar/quimica/quimgeneral/UnidadINocionesBasicas.pdf

http://www.fullquimica.com/2010/10/tipos-de-nuclidos-isotopos-isobaros-e.html

http://www.if.ufrgs.br/~moreira/quarkse.pdf