Cómo un átomo pierde protones

Los átomos son los bloques de construcción fundamentales de toda la materia. Los átomos consisten en un núcleo denso con carga positiva que contiene protones y neutrones. Los electrones cargados negativamente orbitan el núcleo. Todos los átomos de un elemento en particular poseen el mismo número de protones, conocido como número atómico. Hay dos procesos generales mediante los cuales un átomo puede perder protones. Dado que un elemento se define por la cantidad de protones en sus átomos, cuando un átomo pierde protones, se convierte en un elemento diferente.

Una forma en que un átomo pierde protones es a través de la desintegración radiactiva, que ocurre cuando un átomo tiene un núcleo inestable. La estabilidad de un núcleo depende de la proporción de protones a neutrones. Para elementos más pequeños como el carbono y el oxígeno, el número de protones es aproximadamente igual al número de neutrones y los núcleos son estables. Para elementos más pesados ​​como el uranio y el plutonio, hay muchos más neutrones que protones, y los núcleos de esos elementos son extremadamente inestables. De hecho, todos los elementos que tienen más de 83 protones son inestables. Los tres tipos de desintegración radiactiva se conocen como alfa, beta y gamma.

La desintegración alfa es la única forma en que un átomo perderá protones de forma espontánea. Una partícula alfa consta de dos protones y dos neutrones. Es esencialmente el núcleo de un átomo de helio. Después de que un átomo experimenta una emisión alfa, tiene dos protones menos y se convierte en un átomo de un elemento diferente. Uno de esos procesos es cuando un átomo de uranio-238 expulsa una partícula alfa y el átomo resultante es entonces torio-234. La desintegración alfa continuará ocurriendo hasta que se produzca un átomo con un núcleo estable. Las partículas alfa son relativamente grandes y se absorben rápidamente. Por lo tanto, no viajan lejos por el aire y no son tan peligrosos como los otros tipos de desintegración radiactiva.

El otro proceso por el cual un átomo puede perder protones se conoce como fisión nuclear. En la fisión nuclear, se utiliza un dispositivo para acelerar los neutrones hacia el núcleo de un átomo. La colisión de los neutrones con el átomo hace que el núcleo del átomo se rompa en fragmentos. Cada fragmento tiene aproximadamente la mitad de la masa del átomo original.

Sin embargo, cuando se suman, la suma de las masas de los fragmentos no es igual a la masa del átomo original. Esto se debe a que generalmente se emiten varios neutrones cuando el átomo se fragmenta y parte de la masa se convierte en energía. De hecho, una pequeña cantidad de materia genera una enorme cantidad de energía.

Una aplicación común de la fisión nuclear es la generación de energía nuclear. En una planta de energía nuclear, la energía de la fisión se usa para calentar agua, que crea vapor para hacer girar una turbina y generar electricidad. Aproximadamente el 20 por ciento de la electricidad en los Estados Unidos proviene de plantas de energía nuclear.

Otra aplicación de la fisión nuclear es la fabricación de armas nucleares. En un arma nuclear, se utiliza un dispositivo de activación para iniciar la fisión. Una fragmentación conduce a otra, lo que resulta en una reacción en cadena que libera una enorme cantidad de energía destructiva.

Las únicas dos formas en que los átomos pierden protones es a través de la desintegración radiactiva y la fisión nuclear. Ambos procesos solo ocurrirán en átomos que tengan núcleos inestables. Es bien sabido que la radioactividad se produce de forma natural y espontánea. Según J. Marvin Herndon, también hay evidencia que sugiere que la fisión nuclear ocurre naturalmente en el manto y el núcleo de la Tierra, no solo en dispositivos hechos por el hombre como bombas nucleares o reactores de plantas de energía.