Entorno de pruebas · simulación en directo
Añade un protón y cambias el elemento. Añade un neutrón y cambias el isótopo. Añade un electrón y creas un ion. Todo lo que aparece abajo se actualiza en cuanto lo haces.
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Qué estás observando
El número de protones — el número atómico, Z — es el elemento. Seis protones son carbono, y nada más puede ser carbono. Cambia Z y has transmutado un elemento en otro, exactamente lo que querían los alquimistas y lo que hacen los reactores nucleares.
Los neutrones añaden masa y, crucialmente, diluyen la repulsión electrostática entre protones. Si hay muy pocos o demasiados, el núcleo se desintegra. Mismo elemento, distinto número de neutrones = un isótopo diferente: el carbono-12 es estable para siempre, mientras que el carbono-14 tiene un periodo de semidesintegración de 5.730 años.
La química es completamente una historia sobre electrones. Quita uno y obtienes un catión positivo; añade uno y obtienes un anión negativo. Los átomos ganan, pierden y comparten electrones para alcanzar una capa exterior completa; ese único impulso explica casi todas las reacciones que estudiarás.
El veredicto de estabilidad
Representa cada nucleido conocido con los protones en un eje y los neutrones en el otro, y los estables forman una banda curva estrecha: el valle de estabilidad. Los elementos ligeros se encuentran cerca de N = Z. A medida que aumenta Z, los protones se repelen con más fuerza y el núcleo necesita proporcionalmente más neutrones para mantenerse unido, por lo que la banda se curva hacia arriba, hacia N ≈ 1.5 Z.
Si queda por encima de la banda, el nucleido es rico en neutrones: un neutrón se convierte en un protón y emite un electrón (desintegración β⁻). Si queda por debajo, es rico en protones, por lo que un protón se convierte en un neutrón y emite un positrón (desintegración β⁺). Después del bismuto (Z = 83), el valle simplemente se acaba: ninguna disposición de neutrones puede mantener unidos tantos protones indefinidamente.
Neutrones (vertical) frente a protones (horizontal) · tu construcción está marcada
Preguntas frecuentes
Un isótopo se diferencia por el número de neutrones: mismo elemento, distinta masa, misma química. Un ion se diferencia por el número de electrones: mismo elemento, misma masa, química muy diferente. El carbono-12 y el carbono-14 son isótopos entre sí; Na y Na⁺ son un átomo y su ion. Si cambias los protones, has cambiado completamente de elemento.
La física clásica dice que una carga en órbita irradia energía y debería colapsar en unos 10⁻¹¹ segundos. No lo hace, y ese fallo fue lo que obligó a crear la mecánica cuántica. Un electrón en un átomo no está en órbita: ocupa una onda estacionaria con una energía mínima fija. No existe un estado inferior al que pueda caer. Los anillos dibujados aquí son una simplificación: el visor de orbitales de cualquier página de elemento muestra la nube de probabilidad real.
La capa n contiene como máximo 2n² electrones: 2, 8, 18, 32, etc. Pero las capas no se llenan estrictamente en orden: 4s se llena antes que 3d porque se encuentra a menor energía, según la regla de Madelung que sigue este constructor. Ese orden es precisamente la razón por la que los metales de transición forman un bloque en el centro de la tabla periódica.
El hierro-56 (y el níquel-62) se encuentran en el máximo de la curva de energía de enlace por nucleón. Fusionar cualquier elemento más ligero libera energía; dividir cualquier elemento más pesado libera energía; el hierro no hace ninguna de las dos cosas. Por eso la fusión en una estrella masiva se detiene en el hierro, el núcleo colapsa después y todos los elementos más pesados que el hierro de tu cuerpo se formaron en una supernova o en la colisión de dos estrellas de neutrones, no mediante la combustión estelar ordinaria.
Todavía no, ni aquí ni en un laboratorio. Este constructor se detiene en el 118 porque ahí termina actualmente la tabla periódica. Durante más de una década, equipos de Japón, Rusia y Estados Unidos han disparado haces contra blancos de actínidos para intentar crear los elementos 119 y 120; los núcleos se desintegran más rápido de lo que cualquier detector puede registrarlos.