La energía nuclear
Protones y neutrones
En el modelo de Rutherford, la carga eléctrica de un núcleo debe ser un múltiplo exacto de una carga positiva de base con el fin deequilibrar la carga negativa total de todos los electrones.Esto llevó naturalmente a la idea de que todos los núcleos podría consistir de números diferentes de partículas pesadas idénticas positivas, los protones. tal vez los núcleos de los átomos sucesivos en la tabla de los elementos [Figura 4,20] simplemente han aumento del número de protones - uno para el hidrógeno. dos para el helio, etc - cada núcleo está rodeado por un número correspondiente de más ligeros electrones? Es una buena idea, pero por desgracia, no explica las masas de los átomos. Helio, que deben tener dos protones, tiene cuatro veces la masa de hidrógeno. y el carbono, el sexto elemento, tiene doce veces la masa de hidrógeno, y así sucesivamente.sY cómo puede el cobre tener una masa atómica relativa de sesenta y tres años y medio?
En 1920 Rutherford ofreció una solución. Propuso una segunda partícula nuclear, el neutrón, con casi exactamente la masa del protón, pero sin carga eléctrica. Si el núcleo de hidrógeno consta de un solo protón, el núcleo de helio que tiene 2 protones y 2 neutrones, el carbono tendría seis de cada uno, y así sucesivamente. Con esta idea, el número atómico de un elemento, esta posición en la tabla, es simplemente el número de protones en el núcleo, mientras que la masa atómica relativa se determina por el número total de nucleones (protones más neutrones). denominado número másico. El número de protones debe por supuesto ser igualada por un número igual de electronescircundantes, y es este número que determina el tipo de elemento. Las consecuencias parecen notable: un simple cambio de diez a once electrones es responsable de las propiedades radicalmente diferentes de neón [un gas inerte) y sodio (un metal químicamente muy activo). El átomo uncuttable pudo haber sido abandonado, pero su propósito tenía en cierto modo se ha logrado, la reducción de la totalidad de la física y la química - todas las propiedades físicas de todo - a la conducta de sólo tres partículas básicas: el protón.el neutrón y el electrón.

Isótopos
Extrañas masas atómicas relativas, como el 63,5 por cobre también se puede explicar. Cobre natural, ahora sabemos, consta de dos isótopos principales: átomos cuyos núcleos tienen el mismo número de protones pero diferente número de neutrones.Ambos tienen 29 protones - esencial si es para ser de cobre- pero una tiene 34 neutrones y el otro 36. Aproximadamente siete de cada diez átomos de cobre son el nucleido más ligero (53/29Cu, o cobre 63) y los tres restantes son el más pesado (65/29 Cu o cobre-65), dando a la 'media' masa atómica relativa de 63,5. tales isótopos no son infrecuentes. Más de tres cuartas partes de los elementos estables existir como dos o más isótopos, e incluso de carbono incluye una pequeña fracción (alrededor de 1%) del nucleido carbón-13.
Figura 23 composición nuclear de isótopos de carbono
La fuerza nuclear

Una mirada al mundo que nos rodea revela que los núcleos atómicos son másobjetos extremadamente estables.No vemos elementos constantemente cambiando en otros elementos. El oxígeno permanece oxígeno, oro permanece como el oro, el plomo como el plomo.Herramientas de la Edad de Hierro se pueden oxidar. pero esta es una reacción química, una reordenación de los electrones de los átomos de hierro y oxígeno. Los núcleos de hierro son los mismos núcleos que existía cuando se hicieron las herramientas, miles de años atrás.
Entonces una importante pregunta sigue sin respuesta.Lo que mantiene un núcleo juntos?Sabemos que las partículas con él mismo tipo de la carga eléctrica se repelen entre sí, por lo que un conjunto que consiste sólo de protones positivos con neutrones neutros instante deberían llegar a romperse.Otra fuerza que se necesita para enlazar el núcleo. (La gravedad atrae todos los objetos hacia los demás. Pero la fuerza gravitacional entre los nucleones es demasiado pequeño.)La fuerza requerida debe ser muy fuerte en las distancias pequeñas dentro de un núcleo y para atraer cada nucleón [protones o neutrones) a cualquier otro nucleón. En 1935 Yukawa desarrolló una teoría de una fuerza completamente nueva para explicar la estabilidad de los núcleos. Ha habido cambios de detalle en los últimos años, pero esta fuerza nuclear fuerte mantiene, completando el trío de las fuerzas fundamentales conocidas en la actualidad para la ciencia: las fuerzas nucleares gravitacionales, electromagnéticas y fuertes.
La ciencia no se detiene; nuevosexperimentos se llevan a cabo y surgen nuevas teorías.Durante el último medio siglo dos objetivos principales han sido integrar las diferentes fuerzas en una teoría y comprender la naturaleza de las partículas. En esta búsqueda constante de la 'teoría del todo', incluso la distinción entre fuerzas y partículas comienza a desaparecer, pero estos acontecimientos están más allá del alcance de este libro.
Radiactividad y la fisión
Las masas atómicas relativas se muestran en la Figura 4,20 revelan que el número de protones y neutrones tienden a ser iguales en los átomos más ligeros, pero un exceso de neutrones se desarrolla gradualmente como los átomos se hacen más pesados (como por ejemplo, en cobre, más arriba].Podemos ver por qué estas deben ser necesarias. Debido a que cada protón repele todo otro protón, la energía necesaria para mantener a todos al mismo tiempo aumenta abruptamente cuando su número aumenta. Los neutrones no, por supuesto, la experiencia de la fuerza eléctrica, y todos los nucleones (protones y neutrones) se sienten atraídos el uno al otro por la fuerza nuclear fuerte. por lo que cualquier aumento en el número de neutrones ayuda a mantener la estabilidad frente a la tendencia creciente de los protones para llegar a romperse.Finalmente, más allá del elemento de bismuto, con 83 protones y 126 neutrones, no hay núcleos más estables.Todos los elementos más allá de bismuto son radioactivos: sus núcleos emiten espontáneamente partículas de alta energía cargadaseléctricamente. cambian en diferentes núcleos en el proceso.Si esto es así. scómo es que nos encontramos con uranio (número atómico 92] que todavía existen en la corteza de la Tierra?La respuesta es que se va desgastando, pero como veremos en el capítulo 10. muy lentamente.
La presencia de radiactividad muestra que los núcleos pueden ser inestables, pero es la fisión que ofrece la perspectiva de un continuo nos proveen de energía.En la fisión, a diferencia de la radiactividad, el núcleo se divide en dos partes aproximadamente iguales.Esto libera una gran cantidad de energía cuando los dos grupos apretados de protones llegar a romperse. sólo hay una forma natural de material fisible: el isótopo uranio-235.También es radiactivo. por lo que si su nucleo puede desintegrarse ya sea por el camino emitiendo una sola. mucho más ligero o por medio de partícula de aproximadamente división. .Ambos procesos liberar energía, y ambos se producen naturalmente en muy lento. Las diferencia fundamental es que mientras que no lo afecta la radioactividad mucho, hemos descubierto cómo controlar la velocidad de fisión. Puede ha 'aumentado a miles de millones de veces la tasa natural, con un correspondiente en la velocidad a la cual la energía es sed, relea (véanse los capítulos 10 y 11).
El núcleo de un átomo. con sus protones estrechamente empaquetadas. es un almacén de energía extremadamente compacta, y la energía liberada en la fisión de un núcleo es muchos millones de veces mayorque la liberada en la combustión de una molécula '.Como se ha mencionado anteriormente. más de lo I S en energía eléctrica hecho rel como los dos grupos de protones aparte.Enfissio n como en la radiactividad. la mayor parte es, de hecho, la energía eléctrica liberada como la energía cinética de rápido movimiento de partículas, pero las colisiones de estos con los átomos de la alfombra circundante rápidamente se transforma en energía térmica.