The nuclear atom · El átomo nuclear
| English | Español |
|---|---|
| nucleus/ˈnjuːklɪəs/ | núcleo |
| protons/ˈprəʊtɒnz/ | protones |
| neutrons/ˈnjuːtrɒnz/ | neutrones |
| nuclide/ˈnjuːklaɪd/ | núclido |
| proton number/ˈprəʊtɒn ˈnʌmbə/ | número de protones |
| nucleon number/ˈnjuːklɪən ˈnʌmbə/ | número nucleónico |
| nucleons/ˈnjuːklɪənz/ | nucleones |
| isotopes/ˈaɪsətəʊps/ | isótopos |
| atomic mass unit/əˈtɒmɪk mæs ˈjuːnɪt/ | unidad de masa atómica |
Firing at gold foil
- Rutherford's team fired α-particles at a thin gold foil.
- Most went straight through — but a rare few bounced almost straight back.
- "As if you fired a shell at tissue paper and it came back at you."
Disparo sobre lámina de oro
- El equipo de Rutherford disparó partículas α contra una fina lámina de oro.
- La mayoría atravesaba directamente, pero unos pocos rebotaban casi hacia atrás.
- "Como si dispararas un proyectil a un papel de seda y este te regresara".
Nuclear atom evidence lab · Laboratorio de evidencia del átomo nuclear
Connect observations to the nuclear model of the atom. · Conectar observaciones con el modelo nuclear del átomo.
What the scattering showed
- Most pass through → the atom is mostly empty space.
- A rare big deflection → a tiny, dense, positive nucleus 原子核 holds the charge and mass.
Most alpha-particles pass nearly straight through; a few are deflected sharply by the tiny nucleus
Lo que reveló la dispersión
- La mayoría pasa a través → el átomo es mayormente espacio vacío.
- Una desviación rara y grande → un núcleo pequeño, denso y positivo原子核 (núcleo) que contiene la carga y la masa.
La mayoría de las partículas alfa pasan casi rectas; unas pocas se desvían bruscamente por el núcleo diminuto
Most α-particles passing straight through the gold foil showed that the atom is: · La mayoría de las partículas α que pasan rectas a través del papel de oro mostraron que el átomo es:
If most go straight through, there is little in the way — the atom is mostly empty, with the mass and charge concentrated in a tiny nucleus. · Si la mayoría pasa recto, hay poco en medio: el átomo es mayormente vacío, con la masa y la carga concentradas en un núcleo pequeño.
The nuclear model
- Nucleus: protons 质子 (charge $+e$) and neutrons 中子 (no charge). Electrons ($-e$) surround it.
- The atom is $\sim 10^{-10}\ \text{m}$; the nucleus only $\sim 10^{-15}\ \text{m}$ — but holds nearly all the mass.
- A neutral atom has as many electrons as protons.
Simple models of a helium atom and a lithium atom (not to scale)
El modelo nuclear
- Núcleo: protones 质子 (carga $+e$) y neutrones 中子 (sin carga). Los electrones ($-e$) lo rodean.
- El átomo mide $\sim 10^{-10}\ \text{m}$; el núcleo solo $\sim 10^{-15}\ \text{m}$ — pero contiene casi toda la masa.
- Un átomo neutro tiene tantas electrones como protones.
Modelos simples de un átomo de helio y un átomo de litio (no a escala)
Almost all of an atom's mass is in its nucleus. · Casi toda la masa de un átomo está en su núcleo.
Protons and neutrons are ~1 u each; electrons are ~1/1836 u, so the nucleus holds nearly all the mass. · Los protones y neutrones pesan ~1 u cada uno; los electrones pesan ~1/1836 u, por lo que el núcleo contiene casi toda la masa.
Notation
- A nuclide 核素 is written $^{A}_{Z}\text{X}$: $Z$ = proton number 质子数 (fixes the element), $A$ = nucleon number 核子数.
- Number of neutrons $N = A - Z$. Protons and neutrons together are nucleons 核子.
Notación
- Un nuclídeo 核素 se escribe $^{A}_{Z}\text{X}$: $Z$ = número atómico 质子数 (define el elemento), $A$ = número másico 核子数.
- Número de neutrones $N = A - Z$. Los protones y neutrones juntos son nucleones 核子.
Protons and neutrons together are called ____. · Los protones y neutrones juntos se llaman ____.
The nucleon number $A$ counts the protons plus neutrons in the nucleus. · El número másico $A$ cuenta los protones más los neutrones en el núcleo.
How many neutrons are in $^{14}_{6}\text{C}$? · ¿Cuántos neutrones hay en $^{14}_{6}\text{C}$?
$N = A - Z = 14 - 6 = 8$ neutrons. · $N = A - Z = 14 - 6 = 8$ neutrones.
Isotopes 同位素
- Isotopes have the same proton number $Z$ but different numbers of neutrons.
- Example: $^{12}_{6}\text{C}$ and $^{14}_{6}\text{C}$ — same element, different mass.
Nuclide notation: nucleon number on top, proton number below
Isótopos 同位素
- Los isótopos tienen el mismo número atómico $Z$ pero diferente número de neutrones.
- Ejemplo: $^{12}_{6}\text{C}$ y $^{14}_{6}\text{C}$ — mismo elemento, diferente masa.
Notación de nuclídeo: número másico arriba, número atómico abajo
Isotopes of an element have: · Los isótopos de un elemento tienen:
Same $Z$ (so same element and chemistry) but different $N$, giving a different mass number $A$. · Mismo $Z$ (por tanto mismo elemento y química) pero diferente $N$, lo que da un número másico $A$ diferente.
What's conserved
- In any nuclear process, nucleon number $A$ and charge are conserved.
- These two rules let you balance every decay equation: the top numbers must add up on both sides, and so must the bottom numbers.
Qué se conserva
- En cualquier proceso nuclear, se conservan el número másico $A$ y la carga.
- Estas dos reglas permiten balancear cada ecuación de desintegración: los números superiores deben sumarse igual en ambos lados, y lo mismo ocurre con los inferiores.
In a nuclear process, which quantities are always conserved? · En un proceso nuclear, ¿cuáles cantidades siempre se conservan?
Nucleon number and charge are conserved. Proton and neutron numbers can each change (e.g. in β-decay a neutron becomes a proton). · El número másico y la carga se conservan. Los números de protones y neutrones pueden cambiar individualmente (p. ej., en la desintegración β un neutrón se convierte en un protón).
Match each emitted particle to how it is written in a decay equation. · Empareje cada partícula emitida con cómo se escribe en una ecuación de desintegración.
The top number is the nucleon number and the bottom the charge; both must balance across the equation. · El número superior es el número másico y el inferior la carga; ambos deben equilibrarse a través de la ecuación.
Worked example: tritium
Tritium, $^{3}_{1}\text{H}$, is a radioactive isotope of hydrogen that emits a β$^{-}$ particle.
- Particles in a neutral atom: $Z = 1$ proton; $N = 3 - 1 = 2$ neutrons; $1$ electron (equal to the protons).
- Decay equation: $^{3}_{1}\text{H} \to {}^{3}_{2}\text{He} + {}^{0}_{-1}\beta + \bar{\nu}$. Check: top $3 = 3 + 0$; bottom $1 = 2 + (-1)$. The extra particle is an antineutrino.
- Quarks in the nucleus: a proton is uud and a neutron is udd, so one proton and two neutrons contain $2 + 1 + 1 = 4$ up quarks and $1 + 2 + 2 = 5$ down quarks.
- Check the charge: $4\left(+\tfrac{2}{3}\right) + 5\left(-\tfrac{1}{3}\right) = \tfrac{8}{3} - \tfrac{5}{3} = +1$, the charge of the single proton.
Ejemplo resuelto: tritio
El tritio, $^{3}_{1}\text{H}$, es un isótopo radiactivo del hidrógeno que emite una partícula β$^{-}$.
- Partículas en un átomo neutro: $Z = 1$ protón; $N = 3 - 1 = 2$ neutrones; $1$ electrón (igual al número de protones).
- Ecuación de desintegración: $^{3}_{1}\text{H} \to {}^{3}_{2}\text{He} + {}^{0}_{-1}\beta + \bar{\nu}$. Comprobación: arriba $3 = 3 + 0$; abajo $1 = 2 + (-1)$. La partícula extra es un antineutrino.
- Quarks en el núcleo: un protón es uud y un neutrón es udd, por lo que uno y dos neutrones contienen $2 + 1 + 1 = 4$ quarks up y $1 + 2 + 2 = 5$ quarks down.
- Comprobación de la carga: $4\left(+\tfrac{2}{3}\right) + 5\left(-\tfrac{1}{3}\right) = \tfrac{8}{3} - \tfrac{5}{3} = +1$, la carga del único protón.
Worked example: a chain of decays
A nucleus of radium-228, $^{228}_{88}\text{Ra}$, decays through a series of steps in which five α-particles and four β$^{-}$ particles are emitted. Identify the final nucleus.
- Nucleon number: each α removes $4$, each β$^{-}$ removes none: $A = 228 - 5 \times 4 = 208$.
- Proton number: each α removes $2$, each β$^{-}$ adds $1$: $Z = 88 - 10 + 4 = 82$.
- Answer: $^{208}_{82}\text{Pb}$ — lead.
- Check: the order of the decays does not matter; only the totals do. Charge and nucleon number are conserved at every single step, so they are conserved overall.
Ejemplo resuelto: una cadena de desintegraciones
Un núcleo de radio-228, $^{228}_{88}\text{Ra}$, se desintegra a través de una serie de pasos en los que se emiten cinco partículas α y cuatro partículas β$^{-}$. Identifica el núcleo final.
- Número másico: cada α elimina $4$, cada β$^{-}$ elimina ninguno: $A = 228 - 5 \times 4 = 208$.
- Número atómico: cada α elimina $2$, cada β$^{-}$ añade $1$: $Z = 88 - 10 + 4 = 82$.
- Respuesta: $^{208}_{82}\text{Pb}$ — plomo.
- Comprobación: el orden de las desintegraciones no importa; solo importan los totales. La carga y el número másico se conservan en cada paso individual, por lo que se conservan en conjunto.
A nucleus with proton number $92$ emits three α-particles and two β⁻ particles. What is the proton number of the final nucleus? · Un núcleo con número atómico $92$ emite tres partículas α y dos partículas β⁻. ¿Cuál es el número atómico del núcleo final?
Each α lowers $Z$ by $2$ and each β⁻ raises it by $1$: $92 - 6 + 2 = 88$. · Cada α reduce $Z$ en $2$ y cada β⁻ lo aumenta en $1$: $92 - 6 + 2 = 88$.
A neutral atom has $Z$ electrons — the proton number, never $A$. Isotopes differ only in neutrons, so their chemistry is identical. In a decay equation balance both rows: a β$^{-}$ is written $^{0}_{-1}\beta$, so it leaves $A$ unchanged and raises $Z$ by one. And "the nucleus is tiny" means about $10^{-15}\ \text{m}$ — a hundred thousand times smaller than the atom, not ten.
Un átomo neutro tiene $Z$ electrones — el número de protones, nunca $A$. Los isótopos difieren solo en neutrones, por lo que su química es idéntica. Al balancear una ecuación de desintegración, verifica ambas filas: una β$^{-}$ se escribe $^{0}_{-1}\beta$, por lo que deja $A$ sin cambios y aumenta $Z$ en uno. Y que "el núcleo es diminuto" significa aproximadamente $10^{-15}\ \text{m}$ — cien mil veces más pequeño que el átomo, no diez.
Atomic mass unit 原子质量单位
- The unit $\text{u}$ is set so that $^{12}_{6}\text{C}$ has mass exactly $12\ \text{u}$.
- $1\ \text{u} = 1.66 \times 10^{-27}\ \text{kg}$; a proton and a neutron are each about $1\ \text{u}$, an α-particle about $4\ \text{u}$ with charge $+2e$.
Unidad de masa atómica 原子质量单位
- La unidad $\text{u}$ está definida de modo que $^{12}_{6}\text{C}$ tenga masa exactamente $12\ \text{u}$.
- $1\ \text{u} = 1.66 \times 10^{-27}\ \text{kg}$; un protón y un neutrón pesan cada uno aproximadamente $1\ \text{u}$, una partícula α pesa aproximadamente $4\ \text{u}$ con carga $+2e$.
The unified atomic mass unit is defined so that carbon-12 has a mass of exactly 12 u. · La unidad de masa atómica unificada se define de modo que el carbono-12 tenga una masa exactamente de 12 u.
Yes — that definition fixes $1\ \text{u} = 1.66 \times 10^{-27}\ \text{kg}$. · Sí — esa definición fija $1\ \text{u} = 1.66 \times 10^{-27}\ \text{kg}$.
You've got it
- α-scattering → atom is mostly empty with a tiny dense nucleus
- $^{A}_{Z}\text{X}$: $Z$ protons, $A$ nucleons, $N = A - Z$ neutrons, $Z$ electrons when neutral; isotopes share $Z$
- nuclear processes conserve nucleon number and charge — balance both rows of every equation
Ya lo tienes
- Dispersión α → átomo es mayormente vacío con un núcleo pequeño y denso
- $^{A}_{Z}\text{X}$: $Z$ protones, $A$ nucleones, $N = A - Z$ neutrones, $Z$ electrones cuando es neutro; los isótopos comparten $Z$
- Los procesos nucleares conservan el número másico y la carga — balancea ambas filas de cada ecuación