El protón y el núcleo

Desde principios de 1900 ya se conocían dos características de los átomos: contienen electrones y son eléctricamente neutros. Para que un átomo sea neutro debe contener el mismo número de cargas positivas y negativas. Thompson propuso que un átomo podia visualizarse como una esfera uniforme cargadas positivamente, dentro de la cual se encontraban los electrones como si fueran las pasas de un pastel. Este modelo, llamado "modelo del budín de pasas", se aceptó como una teoría durante algunos años.

En 1910 el físico neozelandéz, Ernest Rutherford, que estudió con Thompson en la Universidad de Cambridge, utilizó partículas α para demostrar la estructura de los átomos. Junto con su colega Hans Geiger y un estudiante de licenciatura llamado Ernest Marsden, Rutherford efectuó una serie de experimentos utilizando láminas muy delgadas de oro y de otros metales, como blanco de partículas α provenientes de una fuente radiactiva. Ellos observaron quela mayoría de las partículas atravesaban la lámina sin desviarse, o bien con una ligera desviación. De vez en cuando algunas partículas α eran dispersadas (o desviadas) de su trayectoria con un gran ángulo. ¡En algunos casos, las partículas α regresaban por la misma trayectoria hacia la fuente radiactiva! Éste fue el descubrimiento más sorprendente ya que, según el modelo de Thompson, la carga positiva del átomo era tan difusa que se esperaría que las partículas α atravesaran las láminas sin desviarse o con una desviación mínima. El comentario de Rutherford sobre este descubrimiento fue el siguiente: "Resulto tan increible como si usted hubiera lanzado una bala de 15 pulgadas hacia un trozo de papel de seda y la bala se hubiera regresado hacia usted."

Tiempo despues Rutherford, pudo explicar los resultados del experimento de la disperción de partículas α utilizando un nuevo modelo de átomo. De acuerdo con Rutherford, la mayor parte de los átomos debe ser espacio vacío. Esto explica por qué la mayoría de las partículas α atravesaron la lámina de oro sufriendo poca o ninguna desviación. Rutherford propuso que las cargas positivas de los átomos estaban concentradas en un denso conglomerado central del átomo, que llamó núcleo. Cuando una partícula α pasaba cerca del núcleo en el experimento, actuaba sobre ella una gran fuerza de repulsión, lo que originaba una gran desviación. Más aún, cuando una partícula α incidía directamente sobre el núcleo, experimentaba una repulsión tan grande que su trayectoria se invertía por completo.

Las partículas del núcleo que tienen carga positiva reciben el nombre de protones. En otros experimentos se encontró que los protones tienen la misma cantidad de carga que los electrones y que su masa es de 1.67262 x 10 ^ -24 g, aproximadamente 1.840 veces la masa de las partículas con carga negativa, los electrones.

Hasta este punto, los científicos visualizaban el átomo de la siguiente manera; la masa del núcleo constituye la mayor parte de la masa del átomo, pero el núcleo ocupa solamente 1/10^13 del volumen del átomo. Las dimensiones atómicas (y moleculares) se expresarán de acuerdo con el SI, con la unidad llamada picometro (pm), donde

1 pm = 1 x 10^-12 m

El radio de un átomo es aproximadamente de 100pm, mientras que el radio del núcleo atómico es solamente 5x10^-3 pm. Se puede apreciar la diferencia relativa entre el tamaño de un átomo y su núcleo imaginando si un átomo tuviera el tamaño del estadio Astrodomo de Houston, el volumen de su núcleo sería comparable con el de una pequeña canica. Mientras que los protones están confinados en el núcleo del átomo, se considera que los electrones están esparcidos alrededor del núcleo y a cierta distancia de él.

El concepto de radio atómico tiene utilidad experimental, pero no debe suponerse que los átomos tienen dimensiones o superficies bien definidas.