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Central nuclear de Isar, Alemania

Piscina de combustible nuclear gastado

Turbina de una central nuclear

¿Qué es un protón?

Un protón es una partícula subatómica con carga eléctrica positiva que se encuentra dentro del núcleo atómico de los átomos. El número de protones en el núcleo atómico es el que determina el número atómico de un elemento, como se indica en la tabla periódica de los elementos.

¿Qué es un protón?

El protón no es una partícula elemental sino una partícula compuesta. Está formado por tres partículas unidas por gluones, dos quarks arriba y un quark abajo, lo que lo convierte en un barión.

Los protones están presentes en los núcleos atómicos, generalmente unidos a los neutrones por la interacción fuerte. La única excepción en la que forma un núcleo atómico sin ningún neutrón es el núcleo del hidrógeno ordinario: el nucleido más abundante en el universo.

Sin embargo el hidrógeno tiene otros isótopos que si contienen neutrones. Este es el caso de los núcleos de los isótopos de hidrógeno pesado (deuterio y tritio) que contienen un protón y uno o dos neutrones, respectivamente. Estos dos isótopos de hidrógeno se utilizan como combustible nuclear en las reacciones de fusión nuclear. Todos los demás tipos de átomos están compuestos de dos o más protones y distinto número de neutrones.

¿Cómo está formado un protón?

Los protones están compuestos de tres quarks de 1/2 espín. Son un tipo de barión que son un subtipo de hadrones. Los dos quarks arriba y un quark abajo se mantienen unidos por la interacción nuclear fuerte. Tiene una distribución de carga positiva y decae de manera exponencial.

Los quarks​ son los fermiones elementales masivos que interactúan fuertemente formando la materia nuclear y ciertos tipos de partículas llamadas hadrones. Un fermión es uno de los dos tipos básicos de partículas elementales que existen en la naturaleza.

A su vez, los bariones son una familia de partículas subatómicas formadas por tres quarks. Precisamente, los más representativos son los protones y los neutrones.

La antipartícula correspondiente, el antiprotón, tiene las mismas características que el protón pero con carga eléctrica negativa.

¿Cuáles son las características de un protón?

Las principales características son:

  • Masa: Tienen una masa cerca de 1.674 x 10-24g. Aproximadamente la misma masa que los neutrones. En comparación con el electrón, la masa del protón es aproximadamente 1,836 veces mayor.
  • Carga eléctrica: El protón tiene una carga positiva de 1,602 x 10-19 culombios. Exactamente la misma carga absoluta que el electrón, que tiene una carga negativa.
  • Radio de carga: 0.8775(51) fm
  • Momento dipolar eléctrico: <5.4×10−24 e·cm
  • Momento dipolar magnético:  1.410606743(33)×10−26 J·T−1
  • El protón es una partícula estable, lo que significa que no se desintegra en otras partículas. Esto significa que su vida es eterna dentro de los límites experimentales.

Este último punto se resume en la conservación del número de bariones en los procesos entre partículas elementales. De hecho, el barión más ligero es precisamente el protón y, si el número barión debe ser almacenado, no puede decaer en cualquier otra partícula más ligera.

¿Por qué son importantes los protones?

Los protones son importantes porque definen de qué elemento es un átomo

El número atómico de un átomo es el número de protones en su núcleo.

El número atómico determina las propiedades químicas del átomo. Por este motivo los elementos químicos se representa por el número de protones en un núcleo (Z), es decir, el número atómico. Para determinar los isótopos de un elemento, se utiliza también el número de neutrones (N) sumando todos los nucleones, y se conoce como número másico (A).

Otra característica importante es que el protón contribuye a captar electrones y mantenerlos orbitando alrededor del núcleo. Esa propiedad se debe a tiene una carga positiva que atrae a los electrones con carga negativa. Esta propiedad no la tienen los neutrones puesto que los neutrones no tienen carga eléctrica.

¿Que són los nucleones?

Los nucleones son las subpartículas que componen el núcleo de un átomo (protones y neutrones). Los protones y los neutrones son nucleones. Ambos están unidos en el núcleo por una fuerza nuclear fuerte.

Los nucleones son conocidos por constituir el núcleo atómico, pero también pueden existir de manera aislada, sin ser parte de núcleos más grandes. Si no están libres existe una diferencia importante: los protones son estables o altamente estables mientras que los neutrones aislados se desintegran mediante desintegración beta. La vida media de un neutrón aislado es de 15 minutos.

¿Cuál es la vida de un protón?

La vida de un protón es superior a 2.1 x 1029 años, por lo que se considera eterna a nivel experimental. Los protones son estables desde el punto de vista del modelo estándar de la física de partículas. Las leyes de la física no permiten que un protón se descomponga espontáneamente debido a la preservación del número de bariones.

En algunos tipos poco comunes de desintegración radiactiva emiten protones libres, y el resultado de la descomposición de neutrones libres en otras desintegraciones.

Como protón libre, tiene la facilidad de recoger un electrón y convertirse en hidrógeno neutro. Posteriormente, el hidrógeno neutro puede reaccionar químicamente con mucha facilidad.

Pueden existir protones libres en:

  • Plasmas. El plasma es el cuarto estado de agregación de la materia: un estado fluido similar al estado gaseoso pero en el que determinada proporción de sus partículas están cargadas eléctricamente (ionizadas) y no poseen equilibrio electromagnético.
  • Los rayos cósmicos, que son partículas subatómicas procedentes del espacio con una energía cinética muy elevada.
  • Viento solar. El viento solar es una corriente de partículas cargadas liberadas desde la atmósfera superior del Sol.

¿Quién descubrió los protones?

El protón fué descubierto por Rutherford en el año 1919.

Protón

La historia de su descubrimiento se remonta al 1886, cuando Eugen Goldstein descubrió los rayos anódicos y demostró que eran partículas con carga positiva (iones) producidos a partir de los gases.

Al variar los gases que había dentro de los tubos, Goldstein observaba que estas partículas tenian valores diferentes de relación entre carga y masa. Por este motivo no se pudo identificar la carga positiva con una partícula, a diferencia de las cargas negativas de los electrones, descubiertas por Joseph John Thomson.

Tras el descubrimiento del núcleo atómico por Ernest Rutherford el 1911, Antonius Van den Broek propuso que el lugar de cada elemento de la tabla periódica (su número atómico) era igual a su carga nuclear. Esta teoría fue confirmada experimentalmente por Henry Moseley, el 1913, utilizando espectros de rayos X.

El 1917, Rutherford demostró que el núcleo de hidrógeno estaba presente en otros núcleos, resultado general que se describe como el descubrimiento del protón.

¿Con qué experimento Rutherford descubrió al protón?

Rutherford se dio cuenta de que, bombardeando partículas alfa en gas nitrógeno puro, sus detectores de centelleo mostraban los signos de los núcleos de hidrógeno. Rutherford determinó que el hidrógeno sólo podía venir del nitrógeno y que, por tanto, debían contener núcleos de hidrógeno.

Un núcleo de hidrógeno se desintegraba por el impacto de la partícula alfa, y formaba un átomo de oxígeno en el proceso. El núcleo de hidrógeno es, por tanto, presente en otros núcleos como una partícula elemental, lo que Rutherford llamó el protón.

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Fecha publicación: 19 de marzo de 2019
Última revisión: 19 de marzo de 2019