Mejor respuesta
Se cree que el núcleo está formado por protones y neutrones, llamados nucleones. Para los elementos más ligeros, el número de cada tipo es el mismo, pero para los núcleos más pesados, hay más neutrones que protones.
Los protones tienen una carga positiva y los neutrones no tienen carga. Solo de acuerdo con los efectos eléctricos, un núcleo debería explotar debido a las grandes fuerzas repulsivas entre los protones, en un espacio tan pequeño: los núcleos tienen solo unos 10 ^ -15 m de ancho. El hecho de que muchos de ellos sean completamente estables debe significar que existe otra fuerza de atracción mayor que actúa entre los nucleones. A esto se le llama FUERZA NUCLEAR FUERTE. Se cree que es de muy corto alcance.
Se cree que esta fuerza surge porque los propios nucleones consisten en quarks, que producen la fuerza fuerte mediante el intercambio de GLUONS. Los protones tienen dos quarks UP y un quark DOWN, mientras que un neutrón tiene un quark UP y dos quarks DOWN.
Muchos núcleos son inestables y, por lo tanto, radiactivos. Pueden sufrir cambios espontáneos conocidos como desintegración alfa, desintegración beta, desintegración gamma y algunos otros procesos menos comunes. Los rayos alfa, beta y gamma son dañinos, dependiendo de su intensidad. Pueden producir envenenamiento por radiación e incluso la muerte.
Algunos núcleos muy grandes y pesados, como el uranio 235, pueden dividirse espontáneamente en dos partes aproximadamente iguales, o pueden ser inducidos a hacerlo cuando son golpeados por un neutrón energético . Esto se llama FISIÓN nuclear, y cada reacción también puede producir 2 o 3 neutrones de movimiento rápido. Esto puede dar lugar a una REACCIÓN EN CADENA, que simplemente ocurre cuando la masa del isótopo puro se vuelve mayor que la MASA CRÍTICA, para ese isótopo fisionable en particular. Este es el proceso que ocurre cuando explota una bomba atómica.
Por otro lado, los núcleos pequeños y ligeros pueden unirse cuando chocan con suficiente energía. Esto produce una enorme producción de energía a escala atómica. El ejemplo más simple es cuando dos núcleos de deuterio chocan para producir un núcleo de helio. El deuterio es un isótopo de hidrógeno, con un protón y un neutrón en el núcleo. Este proceso es la principal reacción del sol, produciendo todo su calor y luz. También es el proceso que se utiliza para fabricar una bomba H o una ojiva termonuclear. También podría ser el proceso que podría darnos energía de fusión, que sería energía casi gratuita, sin subproductos dañinos.
Respuesta
Primero, me gustaría abordar la mayoría de los respuestas que he visto aquí. Estas respuestas son correctas en el marco de la física clásica y el modelo de Bohr de un átomo. Bajo este modelo, la respuesta “Es un vacío y los electrones orbitan alrededor del núcleo” sería correcta. Tenga en cuenta que este modelo del átomo funciona para la mayoría de los propósitos. Esta es la versión que generalmente se enseña en la escuela secundaria, porque por alguna razón, las escuelas piensan que está bien ignorar los últimos 100 años de desarrollo de la física.
Sin embargo, bajo la mecánica cuántica moderna, esto no es correcto.
La Mecánica Cuántica nos dice que no hay espacio entre los electrones y el núcleo, porque no hay electrones fijos. En su lugar, se «distribuye» en todo el átomo la mayor parte del tiempo, como una función de densidad de probabilidad, eligiendo sólo ocasionalmente una ubicación física cuando algo interactúa con él. Entiendo que la probabilidad puede ser difícil de entender a veces (seguro que me tomó un tiempo), así que aquí hay un enlace a una respuesta de Quora que analiza una comprensión intuitiva de las densidades de probabilidad:
¿Qué es una explicación intuitiva de una distribución de probabilidad ?
La cuestión es que una función de probabilidad QM se extiende básicamente por todo el átomo, pero animando al electrón a materializarse en ubicaciones discretas. Esto incluye posiblemente el interior del núcleo, así como también fuera del rango de interacción típico del átomo, aunque con una probabilidad muy baja. Es simplemente parte de cómo funciona QM y la razón del túnel cuántico. Además, la forma de la función de probabilidad está controlada en parte por la forma del núcleo. A partir de esto, se puede concluir que, de hecho, no hay espacio vacío dentro del átomo: todo está lleno con una “distribución de probabilidad” que describe la posición del electrón. Y dado que el electrón generalmente está «manchado» a través de la función, se puede decir que tampoco hay vacío.
¿Eso no tiene mucho sentido? De acuerdo, pero así es como funciona el mundo.
Más lecturas:
Estructura atómica: el modelo mecánico cuántico – para dummies