Características de algunas partículas subnucleares

     Tabla de nombre, símbolo, masa y carga eléctrica de las partículas subnucleares más comunes que pueden producirse por desintegración artificial o natural de los átomos.

Nota. Al carbono-12 se le asignó 12 unidades de masa atómica (uma) y por definición una unidad de masa atómica es igual a 1/12 de la masa atómica del átomo de carbono. Como la masa del átomo de carbono es 1.9924x10^-23 g, entonces se obtiene que 1.0000 uma = 1.6603x10^-24 g.

Es importante darse cuenta que la radiactividad es un proceso natural causado por cambios en los núcleos inestables. La gente asocia a la radiactividad y a la energía nuclear con catástrofes por el bombardeo de Estados Unidos a Hiroshima y Nagasaki, Japón, en agosto 6 y 9 de 1945 que puso fin a la Segunda Guerra Mundial. Sin embargo, tiene muchas aplicaciones benéficas para la humanidad en diagnóstico y tratamiento de enfermedades, la conservación de alimentos y la generación de energía eléctrica. Más de 30 países utilizan la energía nuclear para producir energía eléctrica y otros han construido potentes armas nucleares con el pretexto de la seguridad nacional, aunque Estados Unidos y La antigua Unión Soviética han firmado tratados de desarme nuclear para eliminar el uso del plutonio 239 y otros combustibles nucleares de las ojivas. No obstante, los temores han renacido porque varias naciones han desarrollado armas nucleares. La química nuclear es el eslabón entre la física, la química y la medicina mediante el uso de isótopos radiactivos.

Muchos minerales fosforescentes brillan durante cierto tiempo después de ser estimulados al exponerlos a la luz solar o a la luz ultravioleta. En 1896, el físico francés Antoine Henri Becquerel (1852-1908) experimentando con rayos positivos y estudiando el fenómeno de la fosforescencia descubrió que las emanaciones provenientes de sustancias que contienen uranio provocan la exposición de placas fotográficas y encontró que estas emanaciones son una radiación muy penetrante que provenía de una sal de uranio sin ser expuesta a la luz solar. Después encontró experimentalmente que el uranio metálico puro producía las mismas emisiones con mayor intensidad que sus sales y nunca antes se había observado que un metal puro fuera fosforescente. Becquerel demostró que las radiaciones radiactivas pueden ser desviadas por campos magnéticos en la misma dirección que los rayos catódicos, que penetran láminas delgadas de metal. Posteriormente se descubrió que estas sustancias contenían torio, polonio y radio, y que producen el mismo efecto. A este fenómeno de radiación natural se le conoce como radiactividad.

Ernest Rutherford (1871-1937), con Ernest Marsden (1871-1937) y Hans Wilhelm Geiger (1882-1945), estudiaron la radiación del uranio y el torio. Encontraron dos tipos de radiaciones, uno que se absorbe fácilmente y lo llamaron radiación alfa (a) y otro de mayor penetración que llamaron radiación beta (b). Rutherford descubrió que la radiación alfa son partículas que son atraídas hacia el lado negativo de un campo eléctrico. Con otros experimentos encontraron que las partículas alfa son núcleos de helio, 24He2+, que son despedidos a alta velocidad por un elemento químico radiactivo. Como son partículas muy pesadas tienen poco poder de penetración y pueden ser detenidas por la piel o por la ropa. También, que la radiación beta son partículas atraídas por el lado positivo de un campo eléctrico. Posteriormente Becquerel encontró que las partículas beta tienen una carga eléctrica y una masa iguales a las del electrón. Las partículas beta son electrones expulsados a gran velocidad de algunos núcleos radiactivos, más penetrantes que las partículas alfa; penetran alrededor de un centímetro en los huesos o tejidos vivos y se requiere de una lámina de aluminio de unos 3.2 cm para detenerlas.

Ernest Rutherford fue el primero en sugerir la posibilidad de que los números ordinales asignados a los elementos químicos en la tabla periódica por Dimitri Ivanovich Mendeleev (1834-1907), podían ser el número de cuantos de carga positiva en los núcleos de los átomos de los elementos químicos. Su alumno, el  inglés Henry Gwyn Jeffreys Moseley (1887-1915), mediante el análisis de la emisión de rayos X característico de los elementos químicos, encontró que al aumentar la carga nuclear, la frecuencia y la energía de los rayos X se incrementa y dedujo que el número ordinal es la carga positiva del núcleo atómico. A estos cuantos positivos de los núcleos atómicos se les denominó número atómico.

     Con frecuencia se encuentra que los átomos de un mismo elemento químico tienen diferentes números de neutrones, por lo que tienen masas diferentes y se les conoce con el nombre de isótopos, es decir, son núcleos que tienen el mismo número de protones pero diferente número de neutrones. Aunque las masas de los átomos de un elemento químico pueden variar, el número atómico (número de protones) de todos átomos de un mismo elemento químico es siempre el mismo.

     El peso atómico de un elemento químico se refiere al peso de la masa promedio de todos los átomos de un elemento químico, tomando en cuenta la proporción de cada isótopo del elemento químico de que se trate.