El átomo. Protones y Neutrones.

Henry Moseley, un joven científico inglés, graduado en física y química, brillante colaborador de Rutherford, enunció en 1913 una ley empírica que establecía una relación sistemática entre la longitud de onda de los rayos X emitidos por cualquier átomo y su número atómico. 

Este descubrimiento de Moseley, significó un gran avance para comprender la estructura de los átomos, y con toda seguridad habría sido galardonado con el premio Nobel por su descubrimiento de no haber sido abatido, lamentablemente para la ciencia, por una bala en la primera guerra mundial; cuando solo contaba con 27 años de edad.

Antes de Moseley, el número atómico de un elemento químico era tan sólo el lugar que este ocupaba en la tabla periódica de Mendeléyev, que había relacionado cuantitativamente las propiedades de los elementos y sus respectivas masas atómicas. Este eminente y peculiar químico ruso, el menor de dieciséis hermanos, Dimitri Ivanovich Mendeléyev, ordenó los elementos químicos según su masa atómica, situando en una misma columna los que tuvieran algo en común. Y, al ordenarlos, su genialidad le llevó a dejar huecos, postulando la existencia de elementos desconocidos en ese momento que un día ocuparían dichos lugares en su famosísima tabla.

En 1918, un año antes de plantear su modelo atómico, Rutherford, que seguía experimentando con las partículas alfa, las que ahora sabemos que son núcleos de helio sin electrones formadas por dos protones y dos neutrones, había comprobado que estas, al ser disparadas contra un gas de nitrógeno, activaban los detectores de centelleo de su laboratorio mostrando signos de la existencia de núcleos de hidrógeno dentro del nitrógeno.

Los detectores de centelleo son unos aparatos que detectan los pequeños destellos luminosos que produce la radiación en ciertos sólidos y los transforman en pulsos eléctricos medibles,

Rutherford determinó que el único sitio del cual podían provenir estos núcleos de hidrógeno era del interior del nitrógeno y que por tanto el nitrógeno debía contenerlos. 

Ello le llevó a sugerir que el núcleo de hidrógeno, cuyo número atómico ya se sabía que era 1, por ser el primero de la tabla periódica, debía ser una partícula fundamental con carga positiva que debía hallarse en el interior de todos los núcleos atómicos conocidos. A esta nueva partícula, le llamo Rutherford: "Protón" 

Sin embargo, al plantear su nuevo modelo nuclear de protones y electrones Rutherford se dio cuenta de que en él existía una importante dificultad, y esta era que podía observarse que la carga positiva del núcleo de cualquier átomo estable, es siempre igual a la carga negativa total de los electrones de dicho átomo. Es decir, el núcleo de un átomo cualquiera contiene tantos protones como electrones orbitan al átomo en cuestión.
Pero todos estos protones que se mantienen apiñados en el núcleo están cargados positivamente, y es bien sabido que cargas del mismo signo se repelen, entonces ¿por qué se mantienen los protones fuertemente unidos dentro del núcleo sin repelerse?...

Rutherford resolvió esta cuestión prediciendo que, en el núcleo atómico, además de protones, debía haber otras partículas sin carga eléctrica, o sea neutras, que obligasen a los protones a mantenerse unidos. Y que entre los protones y las hipotéticas partículas neutras debían ejercerse fuerzas atractivas de una nueva naturaleza y de gran intensidad que explicarían la estabilidad de los núcleos, a pesar de la repulsión eléctrica entre protones. 

Esta hipótesis de Rutherford era además compatible con otro importante descubrimiento: Se había observado que la masa total de un átomo de hidrógeno es muy aproximadamente la suma de las masas del electrón y el protón. Sin embargo, podía comprobarse que la masa de todos los demás átomos es mayor que la suma de las masas de sus protones más sus electrones. Este hecho daba también consistencia a la propuesta de Rutherford sobre la probable existencia de las misteriosas partículas neutras.

Y fue en 1932, cuando, por fin, James Chadwick, un eminente físico inglés procedente de las universidades de Cambridge y Mánchester, que también, como tantos otros ínclitos de la Física, había sido alumno de Rutherford, encontró experimentalmente la famosa partícula neutra predicha por su maestro. A esta partícula la llamó Chadwick neutrón, y como premio por este descubrimiento le fue otorgado el Premio Nobel de Física en 1935.

El descubrimiento del protón y del neutrón, significaron un gran avance en la interpretación del comportamiento eléctrico de la materia. El modelo de Rutherford da una base a la ordenación de los elementos en el sistema periódico. 

Así, desde entonces, los elementos químicos se definen en función de la carga nuclear de sus átomos; es decir, lo que hoy conocemos como número atómico, y se disponen en las filas de la tabla periódica en orden creciente de dicho número.

El modelo también interpreta el concepto de isótopo, acalarando el hecho de que en bastantes casos existan diferentes variedades alotrópicas de un mismo elemento, definidas por tener el mismo número atómico y por tanto un determinado número de protones en el núcleo y los mismos electrones alrededor de él, pero con diferente número de neutrones.

Así, por ejemplo, del Hidrógeno, el elemento de número atómico 1; el primero de la tabla periódica, existen tres isótopos cuyos núcleos tienen respectivamente:

1. Un protón, en el caso del Hidrógeno puro. 
2. Un protón más un neutrón, y se llama entonces Deuterio. 
3. Y un protón más dos neutrones, cuando se trata de otro tipo de hidrógeno al que llamamos Tritio. 

El número atómico de todos ellos es 1, pero la masa atómica es respectivamente 1, 2 y 3.