Protones

Puede que te hayas preguntado cómo funciona la pantalla en la que estás leyendo este artículo. Si miras muy de cerca, valiéndote solo de tus ojos, podrás notar ciertos píxeles individuales, pero no más que eso.

Para entender realmente cómo produce los colores la pantalla, hay que mirar mucho más de cerca: con un microscopio muy potente podrías, incluso, empezar a identificar los átomos que forman la pantalla. Y, si te parases a observar con atención estos átomos y pudieses moverlos y modificarlos a tu antojo para estudiarlos, identificarías varias partes que los forman:

• Fuera de lo que se conoce como el núcleo, verías los electrones (los cuales tienen carga negativa), dando saltos en órbitas de probabilidad.
• Por otra parte, dentro del núcleo podrías identificar tanto los neutrones (con carga neutra) como los protones (que tienen carga positiva).

El día de hoy nos centraremos estos últimos: los protones.

Definición de protón

El protón tiene carga positiva y es uno de los dos tipos de partículas que poseen la mayor cantidad de masa en el átomo; a diferencia de los electrones, que son muy ligeros, en comparación. La siguiente tabla enumera algunas de las características de un protón

Tabla 1. Características y datos del protón

Descubrimiento del protón

El descubrimiento del protón no se produjo de manera aislada. Es decir, no se propuso la existencia del protón respecto a una estructura atómica ya establecida, sino que fue una nueva estructura atómica la que venía con la propuesta de la existencia del protón. Ese nuevo modelo atómico, que sugería la existencia de una partícula subatómica con carga positiva, fue propuesto por el físico británico-neozelandés Ernes Rutherford en 1911. Su modelo atómico fue, desde entonces, conocido como el modelo de Rutherford.

Fig. 1: El modelo de Rutherford sugería que los electrones orbitaban alrededor del núcleo, donde se encontraban tanto los neutrones como los protones.

Pese a esto, Rutherford inicialmente no hablaba del protón, sino que simplemente consideraba que en el núcleo se concentraba la masa de todo el átomo y su carga positiva. No fue sino hasta 1918 cuando, mediante el experimento de Rutherford, el físico habló por primera vez de una partícula con masa y carga positiva a la que llamó protón —del griego prōton que quiere decir "primero"—. En este experimento Rutherford bombardeaba, con partículas alfa ionizadas, un gas nitrógeno. A raíz de esto detectó la presencia de núcleos de hidrógeno que, como sabemos, están formados por un solo protón; así, consideró que esto debía de tratarse de una partícula fundamental.

Número de protones

Para determinar el número de protones o número atómico de un átomo (definido por la letra Z) hay que leer el número de la esquina inferior izquierda del símbolo del elemento:

Masa del protón

Los protones son uno de los dos tipos de partículas responsables de la mayor parte de la masa del átomo: con una masa de 1,67·10^-27 kg, los protones tienen una masa casi 1836,15 veces mayor que la de los electrones y casi igual a la de los neutrones (hay una diferencia de aproximadamente 0,1 % ). Por eso, cuantos más protones tenga un átomo, más pesado será.

Carga del protón

Los protones tienen una carga de 1,6022*10^-19 C y son los responsables de la carga positiva de un átomo. Por eso, la carga eléctrica de un átomo es negativa solo si el número de electrones es mayor que el de protones. Por el contrario, es positiva si el número de protones supera al de electrones.

Estos son algunos ejemplos de cómo los protones y los electrones determinan la carga eléctrica de un átomo:

Carga relativa del átomo

Al pensar en las cargas atómicas, ayuda trabajar con el concepto de carga relativa: esta muestra la diferencia entre el número de protones y electrones que hay. Si la carga relativa es positiva, habrá más protones que electrones en el átomo; y, si por el contrario, es negativa, habrá más electrones que protones.

Como el electrón y el protón tienen una carga eléctrica igual, para calcular la carga total, sólo hay que multiplicar la carga relativa del átomo por la carga del protón y asignarle si es es positiva o negativa:

$Cargatotal=\hspace{0.17em}Cargarelativadelátomo·Cargadeunprotón(1,6022·{10}^{-19}C)$

Fig. 2: A la izquierda, la carga relativa de un átomo de helio. A la derecha, el núcleo de un átomo de helio (también conocido como partícula alfa). Las cargas relativas varían en función del número de electrones.