Definición de Núcleo en Química

En química, un núcleo es el centro cargado positivamente del átomo que consiste en protones y neutrones. También se le conoce como el "núcleo atómico". La palabra "núcleo" proviene de la palabra latina núcleo, que es una forma de la palabra nux, que significa nuez o grano. El término fue acuñado en 1844 por Michael Faraday para describir el centro de un átomo. Las ciencias involucradas en el estudio del núcleo, su composición y características se denominan física nuclear y química nuclear.

Los protones y los neutrones se mantienen unidos por la fuerza nuclear fuerte. Los electrones, aunque atraídos por el núcleo, se mueven tan rápido que caen a su alrededor o lo orbitan a cierta distancia. La carga eléctrica positiva del núcleo proviene de los protones, mientras que los neutrones no tienen carga eléctrica neta. Casi toda la masa de un átomo está contenida dentro del núcleo, ya que los protones y los neutrones tienen mucha más masa que los electrones. El número de protones en un núcleo atómico define su identidad como un átomo de un elemento específico. El número de neutrones determina qué isótopo de un elemento es el átomo.

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Tamaño

El núcleo de un átomo es mucho más pequeño que el diámetro total del átomo porque los electrones pueden estar distantes del centro del átomo. Un átomo de hidrógeno es 145.000 veces más grande que su núcleo, mientras que un átomo de uranio es alrededor de 23.000 veces más grande que su núcleo. El núcleo de hidrógeno es el núcleo más pequeño porque consiste en un protón solitario. Mide 1,75 femtómetros (1,75 x 10^-15 m). El átomo de uranio, por el contrario, contiene muchos protones y neutrones. Su núcleo es de unos 15 femtómetros.

Disposición de Protones y Neutrones

Los protones y neutrones generalmente se representan como compactados juntos y espaciados uniformemente en esferas. Sin embargo, esto es una simplificación excesiva de la estructura real. Cada nucleón (protón o neutrón) puede ocupar un cierto nivel de energía y un rango de ubicaciones. Si bien un núcleo puede ser esférico, también puede tener forma de pera, forma de pelota de rugby, forma de disco o triaxial.

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Los protones y neutrones del núcleo son bariones compuestos de partículas subatómicas más pequeñas, llamadas quarks. La fuerza fuerte tiene un alcance extremadamente corto, por lo que los protones y los neutrones deben estar muy cerca uno del otro para unirse. La fuerza fuerte de atracción supera la repulsión natural de los protones con carga similar.

Hipernúcleo

Además de los protones y neutrones, hay un tercer tipo de barión llamado hiperón. Un hiperón contiene al menos un quark extraño, mientras que los protones y neutrones consisten en quarks arriba y abajo. Un núcleo que contiene protones, neutrones e hiperones se denomina hipernúcleo. Este tipo de núcleo atómico no se ha visto en la naturaleza, pero se ha formado en experimentos físicos.

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Núcleo de Halo

Otro tipo de núcleo atómico es un núcleo halo. Este es un núcleo central que está rodeado por un halo orbital de protones o neutrones. Un núcleo halo tiene un diámetro mucho mayor que un núcleo típico. También es mucho más inestable que un núcleo normal. Se ha observado un ejemplo de un núcleo halo en litio-11, que tiene un núcleo que consta de 6 neutrones y 3 protones, con un halo de 2 neutrones independientes. La vida media del núcleo es de 8,6 milisegundos. Se ha visto que varios nucleidos tienen un núcleo halo cuando están en el estado excitado, pero no cuando están en el estado fundamental.

Fuentes:

• M. Mayo (1994). "Resultados recientes y direcciones en física hipernuclear y kaon". En A. Pascolini. PAN XIII: Partículas y núcleos. Científico Mundial. ISBN 978-981-02-1799-0. OSTI 10107402
• W. Nörtershäuser, Radios de Carga Nuclear de Be y el Núcleo de Halo de Un Neutrón Be, Cartas de Revisión Física, 102: 6, 13 de febrero de 2009,