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Física y Química 3.º ESO · El modelo nuclear de Rutherford

Recuerda: protones, neutrones y electrones

Objetivo: Al terminar, sabrás describir la carga, la masa relativa y la localización de protones, neutrones y electrones, y usarlas para razonar sobre un átomo neutro.

Recuerda

Las partículas del átomo

Gracias a los experimentos de Thomson, Rutherford y otros científicos, hoy sabemos que el átomo está formado por tres tipos de partículas subatómicas («más pequeñas que el átomo»):

Partícula	Símbolo	Carga (relativa)	Masa (relativa)	Dónde está
Protón	$p^{+}$	$+1$	1	Núcleo
Neutrón	$n$	0	1	Núcleo
Electrón	$e^{-}$	$-1$	$\frac{1}{1836} \approx 0$	Corteza

La carga del protón y la del electrón son iguales y de signo contrario. El neutrón no tiene carga.
El protón y el neutrón tienen casi la misma masa. El electrón tiene una masa unas 1836 veces menor: casi despreciable.
Masa relativa 1 quiere decir aproximadamente 1 u (unidad de masa atómica), una unidad pensada para medir masas tan pequeñas como las de los átomos.

¿Cuándo se descubrieron?

Electrón: J. J. Thomson, 1897, con los tubos de rayos catódicos.
Protón: Rutherford, hacia 1919, al estudiar los núcleos de los átomos.
Neutrón: James Chadwick, 1932. Fue el último porque, al no tener carga, no lo atraen ni lo repelen las placas cargadas y es más difícil de detectar.

Consecuencias

La carga del núcleo la dan solo los protones.
Los electrones se mantienen alrededor del núcleo porque las cargas de signo contrario se atraen: el núcleo positivo atrae a los electrones negativos.
La masa del átomo está casi toda en el núcleo: es aproximadamente (número de protones + número de neutrones) u.
En un átomo neutro: número de electrones = número de protones.

Puntos clave

Protón: carga +1, masa ≈ 1 u, en el núcleo (Rutherford, hacia 1919).
Neutrón: sin carga, masa ≈ 1 u, en el núcleo (Chadwick, 1932).
Electrón: carga −1, masa casi nula (1836 veces menor que la del protón), en la corteza (Thomson, 1897).
El núcleo positivo atrae a los electrones negativos.
Átomo neutro: electrones = protones.
La masa del átomo ≈ (protones + neutrones) u.

Errores frecuentes

ErrorPensar que el neutrón tiene carga negativa porque «compensa» al protón.
Cómo corregirloEl neutrón es neutro (sin carga). Quien compensa la carga de los protones son los electrones.
ErrorSumar los electrones al calcular la masa aproximada del átomo.
Cómo corregirloLos electrones casi no tienen masa: la masa aproximada es protones + neutrones.
ErrorPensar que en un átomo neutro hay tantos neutrones como electrones.
Cómo corregirloLo que se iguala en un átomo neutro son las cargas: electrones = protones. El número de neutrones puede ser distinto (el sodio tiene 11 protones y 12 neutrones).

Ejemplos resueltos

Ejemplo 1. Un átomo de sodio numérico (aplicar la tabla)
Un átomo neutro de sodio tiene 11 protones y 12 neutrones. a) ¿Cuántos electrones tiene? b) ¿Cuál es la carga de su núcleo? c) ¿Cuál es, aproximadamente, su masa en u?

Resolución
a) Neutro → electrones = protones = 11.

b) Carga del núcleo: solo cuentan los protones → +11 (los neutrones no tienen carga).

c) Masa ≈ protones + neutrones = $11 + 12 =$ 23 u (los 11 electrones apenas suman masa).

Ejercicios

De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.

1. Fácil
Copia la tabla de las partículas subatómicas sin mirar los apuntes y completa para cada una: carga relativa, masa relativa y localización.

Ver solución
Protón: +1, 1, núcleo. Neutrón: 0, 1, núcleo. Electrón: −1, ≈ 0 (1/1836), corteza.

Partícula Carga Masa Localización

Protón +1 1 Núcleo

Neutrón 0 1 Núcleo

Electrón −1 1/1836 ≈ 0 Corteza
2. Fácil
El núcleo de un átomo neutro tiene 6 protones y 6 neutrones. a) ¿Cuántos electrones tiene el átomo? b) ¿Qué carga tiene el núcleo? c) ¿Cuál es su masa aproximada en u?

Ver solución
a) 6. b) +6. c) 12 u.
a) Neutro → 6 electrones. b) +6 (solo los protones tienen carga en el núcleo). c) $6 + 6 = 12$ u.
3. Media
Si a un átomo le quitamos todos sus electrones, ¿cambia mucho su masa? ¿Y su carga? Razónalo.

Ver solución
La masa casi no cambia; la carga sí: pasa de 0 a positiva.
La masa casi no cambia, porque los electrones tienen una masa unas 1836 veces menor que la de un protón: casi toda la masa está en el núcleo. La carga sí cambia: sin electrones, solo queda la carga positiva de los protones del núcleo.

Partícula	Carga	Masa	Localización
Protón	+1	1	Núcleo
Neutrón	0	1	Núcleo
Electrón	−1	1/1836 ≈ 0	Corteza

Para practicar más

1. Fácil
¿Qué partícula o partículas…? a) no tienen carga; b) tienen la masa más pequeña; c) están en la corteza; d) determinan la carga del núcleo; e) tienen masa parecida.

Ver solución
a) Neutrón. b) Electrón. c) Electrón. d) Protón. e) Protón y neutrón.
a) El neutrón. b) El electrón (unas 1836 veces menos que el protón). c) El electrón. d) El protón (el neutrón no tiene carga). e) Protón y neutrón (≈ 1 u cada uno).
2. Fácil
Un átomo neutro de hierro tiene 26 protones y 30 neutrones. ¿Cuántos electrones tiene? ¿Qué carga tiene su núcleo? ¿Cuál es su masa aproximada en u?

Ver solución
26 electrones; +26; 56 u.
Neutro → 26 electrones. Carga del núcleo: +26. Masa ≈ $26 + 30 = 56$ u.
3. Media
¿Por qué se dice que «la masa del átomo está en el núcleo» si en la corteza hay tantas partículas como protones en el núcleo?

Ver solución
Porque los electrones tienen una masa casi despreciable comparada con la de protones y neutrones.
Aunque haya tantos electrones como protones, cada electrón tiene una masa unas 1836 veces menor que la de un protón. En el núcleo están los protones y los neutrones, cada uno de masa ≈ 1 u; los electrones juntos no llegan ni al 0,1 % de la masa del átomo.