Capítulo 7

Capítulo 7 

3.8.Física nuclear ( estudio del neutrón y los isótopos de los distintos elementos).                                                                                      

a)Dinámica interactiva en el interior de un núcleo atómico :La tres interacciones nucleares (interacción electromagnética, interacción fuerte-débil e interacción Pauli-gravitatoria). El neutrón. Forma del núcleo.

La partícula protón y la partícula electrón pueden existir individualmente constituyendo las partículas cargadas más estables (o absolutamente estables) de la naturaleza ( se añaden  sus antipartículas antiprotón y positrón  pero sin encontrarse con ellas). Estas dos partículas auténticamente fundamentales (de extensión puntual física)  tienen una masa estable (la mayor para el protón y la menor ,1836 veces menor, para el electrón ) y cargas opuestas . Ambas interaccionan  a través de los campos interactivos conocidos con atracciones y repulsiones que se equilibran para formar estructuras que se extienden por el espacio (ahora es cuando tiene sentido que la materia ocupa un volumen, posee una masa global de conjunto y tiene una carga global o de conjunto efectiva, se trata de la materia tal como la experimentamos ).    Rutherford, en su famoso experimento del bombardeo de una lámina de oro por partículas positivas (alfa), descubrió que el átomo era prácticamente vacío y que poseía una partícula central globalmente positiva a la que denominó núcleo dando nombre así a su propio modelo de átomo, el modelo nuclear de Rutherford. El signo de la carga eléctrica de este núcleo era evidentemente positivo y su masa dependía del átomo del elemento del cual se tratara. El sistema periódico de los elementos empezó a ordenarse por el tamaño de los átomos según su masa aunque más tarde empezó a ordenarse según su carga eléctrica positiva o nº atómico Z. Previamente, se habían descubierto las partículas fundamentales que construyen los átomos como son los protones (Goldstein) y los electrones (Thomson), empezando la carrera para exponer los primeros modelos atómicos (modelo de Thomson, de Rutherford, Bohr ,etc). En principio, la carga de los núcleos no se correspondía con la masa de los mismos aunque ya se empezaba a determinar que la masa era como mínimo, el doble de su carga, midiéndolo en cargas protónicas y en masas protónicas. Más tarde apareció una partícula difícilmente detectable porque globalmente no tenía carga eléctrica siendo su masa un poco mayor que la del protón : Se trataba del neutrón (Chadwick).  Para completar la signatura de cargas en las partículas de la materia, se creyó haber hallado la partícula elemental de carga cero , sin embargo, esta partícula era inestable fuera del núcleo (dura unos 15 minutos) e incluso dentro del núcleo (la radiactividad beta, con cierto periodo de desintegración).En esta radiactividad, el núcleo original aumentaba en un nº atómico más y se expulsaba un electrón de altísima energía (aproximadamente un millón de veces más  energético que los electrones expulsados desde la corteza en la ionización de átomos). Esto era un signo evidente de que el neutrón consistía  simplemente en una asociación protón-electrón, en un nivel de energía electrostática mucho más bajo que el primer electrón cortical  aunque extrañamente más inestable (las fuerzas de atadura  eléctrica a las distancias del radio neutrónico son terriblemente fuertes) por lo que era necesario  admitir que solamente en tales distancias debería aparecer otra interacción natural  que debilite a dichas fuerzas eléctricas y que por lo tanto sean repulsivas con la misma naturaleza eléctrica (debido a la naturaleza eléctrica de dichas partículas) : Esta interacción es la interacción débil ya vista en un apartado anterior.La imagen que se tenía del núcleo atómico era de un conjunto de partículas positivas o protones que aportaban el nº de cargas positivas (denominado nº atómico) y de un nº igual o un tanto superior de partículas que no aportan carga pero sí masa en la misma cuantía aproximada que el protón :He ahí que se apostó por el neutrón de Chadwick. Sin embargo, esta partícula era inestable y formada por los conocidos  protón y  electrón. Cabría pensar que el núcleo atómico no es más que un conjunto de protones y electrones , de manera que, el nº de protones libres de electrones son los que aportan el nº atómico al núcleo  y lo que restan son pares protón- electrón que vista externamente son los neutrones de Chadwick. Por otra parte, diversos estudios sobre el neutrón muestra que posee un momento cinético determinado (debido a la masa giratoria ) y un momento magnético (debido a la carga electrónica giratoria) que serían el fruto de una partícula compuesta de una masa central muy másica, el protón, sobre la cual orbita una masa muy pequeña negativa que es el electrón, bajo la fuerza centrípeta resultante de la atracción electrostática del núcleo menos la repulsiva débil  y siempre bajo un radio máximo  que hace posible tales trayectorias circulares. Como núcleo mínimo se expone al neutrón constituido por un protón central y un electrón orbital a distancia nuclear de confinamiento, como ya se anotó anteriormente en el apartado de la interacción débil. En este núcleo mínimo  del neutrón, la única interacción de 2º orden existente es la débil (no existe otro protón) ya estudiada en el apartado correspondiente. Dado que este núcleo mínimo tiene carga global cero, el campo eléctrico   exterior efectivo es nulo de manera que no forma una corteza de electrones, considerándose el elemento de nº atómico z=0 . Tiene un comportamiento paralelo al de los gases nobles ya que un “gas de neutrones” no tiene enlaces químicos y son partículas independientes que sí forman “haces de partículas “ de diversas velocidades pero de corta duración ya que se desintegra en unos 15 minutos promediada o estadísticamente . No forman estructuras materiales salvo el análogo a los gases nobles (al compararlo con los gases nobles, el gas de neutrones es aún más gas todavía pues , al menos, los gases nobles a temperaturas próximas al 0 K,  puede empezar a condensarse por debilísimas dipolaridades instantáneas locales porque posee electrones en su corteza mientras que un gas de neutrones necesitaría casi  ese 0 K para cierta atracción electrostática derivada de la polaridad protón- electrón de distancia muy pequeña ). Los neutrones tienen momento angular y momento magnético derivados precisamente de esa estructura  hipotética aunque cada vez más evidente que se presenta en estos escritos. Por otra parte, el neutrón tiene una masa propia o en reposo equivalente a la suma de las masas en reposo del protón y del electrón menos la masa equivalente de la energía de interacción electronuclear que globalmente es negativa. Por ello, la masa efectiva del neutrón es menor que las masas de las partículas constituyentes cuyo defecto de masa    D = Mp + Me – Mn     de modo que     Ei =  D  C2  , es la energía total de interacción interna elerctrodébil del sistema del neutrón  (energía interna que es la suma de la parte electrostática negativa más la débil positiva). Finalmente, para que el neutrón permanezca íntegro, la  distancia protón-electrón no debe superar ese radio mínimo Rlim, dado en un apartado anterior. Fotones internos del núcleo o externos provocan  la separación definitiva de sus dos partículas de manera que el exceso de energía se materializa en pequeñísimas partículas neutras denominas “neutrinos” (neutrino electrónico, de masa casi despreciable para energías materializadas pequeñas) :                     n……..p+     +     e-     +   v        Inversamente, cuando un electrón va al encuentro de un protón (y ayudado de su atracción electrostática) puede quedar capturado por este con posibilidad de formar un neutrón de manera que en tal colisión las fuerzas débiles evitarían mayores acercamientos.                                                                                                                                     

Vamos a estudiar el primer nivel de arracimamiento de partículas que son los núcleos atómicos empezando por el neutrón como núcleo más sencillo formado por la asociación del electrón y del protón ( el protón solitario es por sí mismo un núcleo absolutamente estable). La interacción fuerte interprotónica intenta mantener la unión protón-protón gracias a su carácter atractivo pero la repulsión electrostática entre ellos trata de separarlos. Por ello, esta doble  interacción (electrofuerte) es bastante inestable y no se encuentra de forma continuada un sistema protón-protón. Igualmente, ocurre con dos electrones. Por otra parte, el sistema protón-electrón presenta la atracción electrostática pero a cortísima distancia aparece la interacción débil repulsiva. También esta doble interacción (electrodébil ) es bastante inestable aunque podemos encontrar el sistema anterior, denominado neutrón, durante algunos minutos en forma estable (ese tiempo es un promedio estadístico, claro). Sin embargo, cuando se arraciman , además del sistema protón-electrón con interacción electrodébil, tenemos algún protón  más aportando atracciones electrostáticas y fuerte (electrofuerte) ,es decir, el sistema protón-protón-electrón (en otros términos protón-neutrón ,  o deuterio) , adquiere una buena estabilidad. Si a este segundo núcleo se le suman más protones o más electrones en exceso, surgen núcleos inestables debido a que las fuerzas electrostáticas entre cargas iguales (demasiados protones o demasiados electrones) provocan una enorme inestabilidad en tan reducido espacio, el espacio de los núcleos y próximos núcleos. Sin embargo, una proporción adecuada de protones y pares protones- electrones (neutrones) nos puede construir agrupaciones bastante estables .Los núcleos relativamente estables (pero aún un tanto inestables) que poseen demasiados protones o demasiados pares p-e o neutrones, tienen tendencia a transformarse en núcleos más estables ,  unas veces expulsando electrones (radiactividad beta) y ganando un  protón libre ,otras expulsando positrones y perdiendo un protón (radiactividad beta positiva, que ocurre con un gran exceso de energía que se transforma en positrón-electrón, el positrón se expulsa y un protón se une  al electrón formando un neutrón, perdiéndose un protón libre) , expulsando drásticamente partículas alfa (o núcleos de helio ya que este minigrupo es muy estable y compacto) , etc, según veremos en fenómenos nucleares.  El siguiente núcleo sencillo es el tritio, con tres protones y 2 electrones  (funciona como  un protón y dos neutrones)  donde esos tres protones establecen dos a dos interacciones fuertes (recuérdese que las interacciones fuertes son en línea entre pares de protones cercanos o vecinos a la distancia máxima de confinamiento nuclear Xcn ya comentada) y, todos con todos, interacciones electrostáticas por lo que si no fuera por el par de electrones que rondan a los tres protones , este sistema sería altamente inestable pero , al final, tiene cierta estabilidad. Como se acaba de comentar,  el sistema nuclear del tritio es un sistema dinámico : Los tres protones oscilan entre ellos  (un trío que oscilan dos a dos) mientras que dos electrones en electrodébil con todos a modo de gas de dos electrones circundantes, equilibran en lo que puedan a este núcleo de tritio. Aquí no existe un “neutrón o dos con identidad propia” sino que ese papel va cambiando continuamente haciendo del núcleo atómico ( y todos los núcleos atómicos) un sistema homogéneo donde “no se distingue protón de neutrón” y de ahí la uniformidad de las interacciones electrodébil y electrofuerte, y ,en general, “electronucleares unificadas” ,  dentro del núcleo atómico. El resultado de esta disertación es el denominado “modelo electro-protónico deslocalizado o uniforme” del núcleo atómico. Tenemos entonces que un núcleo constituido por Z protones y  N neutrones están formados por  Z + N protones que le dan masa nuclear al núcleo  y está formado por N electrones deslocalizados (a modo de gas) constituyendo un conjunto cuya estructura se mantiene (en los núcleos estables y perdura un poco en las inestables) gracias a las interacciones electronucleares     ( electrostáticas atractivas y repulsivas de todos contra todos , fuerte atractiva entre un protón y los protones inmediatamente vecinos a casi un fermi  y  débil entre protones-electrones a esas distancias). Y todo el núcleo, debido sobre todo a la repulsión inmensa entre protones en primer término  y entre electrones en segundo término al ser menos,  tiene forma de  “superficie esférica” con el centro hueco sobre todo en grandes núcleos. Sigamos construyendo núcleos cada vez más complejos desde el núcleo de nº atómico Z=0 , es decir, el neutrón, pasando por el protón que no tiene estructura ya que es una partícula fundamental o puntual (es, por tanto, el núcleo más estable por fundamento) y comencemos con el deuterio. En el modelo que aquí se presenta, está formado por dos protones y un electrón  (en el modelo de Rutherford-Chadwick, un protón y un neutrón ).  Ambos protones establecen la interacción fuerte que actúa en línea, pero esta vez tenemos un electrón orbital intranuclear que circula en los alrededores de ambos y que actúa aglutinando el conjunto por su atracción a la vez a ambos protones. El papel de neutrón lo alterna ambos protones en el instante en el cual posee al electrón( “este es el fundamento de la uniformidad de las interacciones nucleares;  en la teoría neutrónica del núcleo atómico, se dice que las fuerzas nucleares no distinguen a protones de neutrones  y en esta propuesta tal indistinción se basa en que los electrones electronucleares circulan por igual por todos los protones). Este electrón a su vez queda atrapado en el conjunto gracias a la atracción electrostática con los dos protones a pesar de la cierta repulsión de la interacción débil. Si añadimos otro neutrón más, para formar el tritio, tenemos tres protones con atracción vecinal y fuerte repulsión eléctrica con dos electrones orbitales siendo este núcleo y tanto más inestable que el anterior. Si en vez de haber añadido un neutrón, añadimos solamente un protón más, tenemos el núcleo de helio-3, con tres protones y un solo electrón por lo que este conjunto es aceptablemente  estable por la vecindad de los  protones por la interacción fuerte aunque repeliéndose por la interacción eléctricas .Sin embargo, el conjunto de 4 protones con 2 electrones de órbita , es decir, la partícula “alfa” o el núcleo de Helio-4 ,  es un sistema que adquiere una geometría tetraédrica con todos los protones tocándose en interacción atractiva fuerte y con dos electrones de órbita aglutinando el conjunto. Este grupo nuclear es un referente en su estabilidad y en la posterior construcción de núcleos, este grupo constituirá  subgrupos estables dentro del conjunto de núcleos mayores . De hecho, si algún núcleo grande emite partículas por ser inestable suele emitir grupos “alfa” enteros dada su estabilidad.  También el Litio-6  y el Litio-7  muestran una distribución de protones cuya geometría permite la máxima vecindad que junto al nº electrones de orbita nuclear hacen que tenga buena estabilidad.  Podríamos seguir la construcción de núcleos hasta llegar al gran referente de estabilidad que es el Hierro-56 y algún isótopo más. Este hierro contiene 56 protones rodeados de 30 electrones de órbita electronuclear. Si calculamos el nº de partículas alfa que contiene , tendría 14 partículas alfa que pueden distribuirse  como se ve en la   Figura nº 27 a y b   , de forma simétrica, donde  los 30 electrones están en circulación con perfecto aglutinamiento electrostático. Este núcleo de hierro, debido a la estabilidad de las partículas alfa, está formado por una superficie esférica de  partículas alfa repartidas uniformemente y con hueco en su interior. Núcleos superiores pueden alcanzar cierta estabilidad pero al crecer el nº de partículas, la repulsión electrostática entre protones y la fuerte pero lineal atracción fuerte vecinal, provocan que todos los núcleos tengan una estructura de “superficie de partículas  alfa esférica y hueca”. Debido a este lógico modelo, es posible la fisión nuclear y la fusión nuclear. En el primer caso, un neutrón que bombardee a esta superficie esférica hueca logra fácilmente romper dicha superficie y dividirla en dos partes que se vuelven a reunir en forma de otros dos núcleos menores también de superficie esférica pero más compacta con menor hueco interno (en el modelo de esfera sólida, el neutrón chocaría con el grupo sólido y solamente lo dispersaría o rebotaría siendo difícil dividirlo).  

En el caso de la fusión entre núcleos no muy grandes, no se trataría de romper superficies muy huecas sino de colisiones inelásticas que reúnan todos los protones y electrones para formar un núcleo mayor.  En definitiva, el primer nivel de arracimamiento de las partículas materiales fermiónicas cargadas (tanto en la materia como en el opuesto en carga de la antimateria) lo constituyen los neutrones y núcleos, donde los protones se unen a los protones por fortísimas fuerzas y energías de enlace vecinas  “fuerte”(estas, al ser de interacción vecinal de corto alcance, deben ser interacciones muchísimo más intensas que las repulsivas eléctricas que son de larga distancia de todos hacia todos, como ya se sabe pues son unas 100 veces más intensas) ; protones atraen a electrones eléctricamente produciendo aglutinación nuclear pero con cierta repulsión débil pero esta es débil y vecinal) , los electrones se repelen entre sí todos con todos. Todo esto constituye la “dinámica de fuerzas y campos eléctricos y nucleares,” en resumen la dinámica “electronuclear”. 

El balance energético del núcleo es de signo negativo (sobre todo debido a la intensísima interacción fuerte atractiva vecinal) manteniendo el sistema material de dicho núcleo con cierta estabilidad para muchos núcleos debido a que sus protones geométricamente ( y por el nº de ellos) se sitúan con el mayor contacto o vecindad posible para que actúe la fuerza fuerte que es vecinal o está confinada hasta cierta distancia limitada. Pero para otros núcleos  esa estabilidad es bastante mediocre, produciendo las reacciones nucleares de radiactividad, fusión y fisión que detallaremos en otro apartado. La dinámica nuclear nos describe a las partículas fermiónicas sometidas a fuerzas y campos electronucleares, es decir, fuerzas electrostáticas de todos con todos (todos los protones repelen a todos los protones, todos los electrones repelen a todos los electrones, todos los protones atraen a todos los electrones ), fuerzas fuerte atractiva  de los protones con otros protones  inmediatos vecinos y fuerzas débil repulsiva de los protones con los electrones ocasionales que pasan (en neutrones instantáneos). Desde el punto de vista energético y cuántico, dado que estos fenómenos son puntuales (un confinamiento muy reducido)y bastante instantáneos ( los movimientos de estas partículas son rapidísimos y los potenciales interactivos de energía de las interacciones electronucleares presenta escalones bruscos), la energía mecánica no se conserva sino que experimenta “saltos cuánticos” de manera que el par protón-protón salta desde posiciones  (una más cercana y otra más lejana, oscilando) extremas donde la diferencia de energías mecánicas se transforma  casi instantáneamente en un par de bosones  gauge denominados gluones confinados entre ambos protones que es  absorbido/desprendido ( esto significa que mientras existe el par de bosones , estos se encuentran en pleno vuelo opuesto para alcanzar a los protones y regresarlos de nuevo al encuentro y así cíclicamente en un movimiento oscilatorio).Este proceso lo realiza pares con pares de protones, de manera que el movimiento oscilatorio interno es una composición de oscilaciones con todos los protones vecinos. Igualmente, el par protón- electrón experimenta saltos cuánticos de manera que el electrón se mueve alrededor del protón (en el neutrón) o de todos los protones del núcleo (en núcleos atómicos) adquiriendo estados cuánticos mientras que la energía mecánica no permanece constante sino que salta en valores y la diferencia de energías mecánicas de un estado a otro se transforma en un par de bosones debilones (o bosones intermedios ) en la interacción débil confinados entre protón –electrón (ocasional) que provocan las oscilaciones relativas entre ellos. Si la variación de energía mecánica fuera mayor que el contenido del gluón o debilón correspondiente que mantienen unidos a las partículas del núcleo (por excitación externa como bombardeo de neutrones, fusión ; por inestabilidad interna como  exceso de energía cinética o exceso de protones o de neutrones) entonces el núcleo sería inestable y se transformaría en otro núcleo u otros núcleos más estables  , según unos procesos físicos denominados “reacciones nucleares”.

b)Cuadro de las asociaciones de primer orden o nucleares (grupos intranucleares estables).

En las asociaciones de 1º orden o nucleares actúan las interacciones de 2º orden o interacciones fuerte y débil confinadas a una pequeña distancia vecinal ,además de las interacciones de 3º orden o electromagnéticas de todas las distancias y las imperceptibles interacciones de 1º orden, la interacción gravitatoria (por su condición de superdébil )  y la interacción puntual de Pauli (porque prácticamente  no se llega a tal limite a distancia tan pequeña). Las interacciones realmente relevantes son las electromagnéticas y las llamadas nucleares fuerte y débil : En conjunto, las interacciones electronucleares. Las interacciones electromagnéticas de atracción (protón-electrón) y de repulsión (protón-protón y electrón-electrón) están presentes entre todas las partículas del núcleos debido a todas las partículas del núcleo. Las interacciones débiles se establecen entre cada protón y electrón  , en ese neutrón instantáneo, y ocasionalmente vecino , en condición de repulsión debilitando su atracción electrostática (por eso  la interacción  conjunta electro débil, es más débil que la propia electrostática) .Por último, la gran protagonista de esta asociación , la interacción fuerte actúa entre los protones atractivamente aunque en modo vecinal a corta distancia (no son distancias nucleares  del tamaño del núcleo sino distancias interprotónicas o distancia de confinamiento nuclear Xcn, una constante física fundamental) y, por eso, para lograr la cohesión nuclear debe ser de una intensidad muchísimo más fuerte que la repulsión eléctrica (según se tiene que es 100 veces superior). Por ello, a la hora de construir núcleos atómicos, los factores que tienden a la cohesión o a la mayor unión desde el punto de vista cuántico de partículas y geométrico de su disposición son los siguientes : Las agrupaciones que faciliten la mayor vecindad posible para que halla el mayor nº de interacciones fuertes entre pares de protones y no se superen, en lo posible ,esa distancia límite de actuación de las interacciones fuertes ; el segundo factor es el nº de electrones en circulación en el núcleo (sinónimo de neutrón =protón+electrón intranuclear en el átomo de Rutherford ) , de manera que si hay algunos más de la cuenta que aglutine por atracción eléctrica a la masa de protones ,resultaría más compacidad en el  núcleo, pero sin pasarse, por la propia repulsión electrónica ; el tercer factor, es el nº de protones libres (o momentáneamente libres) que no sea muy excesivo para que las fuerzas repulsivas electrostáticas interprotónicas que tienen todo el alcance sobre todo el núcleo (todos afectan a todos) superen a las fortísimas fuerzas fuerte que son de ámbito vecinal.   Figura nº 27        Los núcleos pequeños son compactos o rellenos organizándose en minidominios o grupos muy estables de protones-electrones nucleares como el  núcleo de Helio-4 con su forma tetraédrica (un protón por vértice) de máximo contacto vecinal y máxima eficacia de la interacción fuerte con 2 electrones en circulación aglutinando a este estable núcleo. Con dos grupos helio-4 encontramos el Berilio-8 o 9 , de gran estabilidad, con tres grupos helio-4 encontramos al Carbono-12  que encajan geométricamente aportando gran nº de vecinos entre protones (mientras que el famoso carbono-14 , aporta dos protones más que encajarían en el grupo por contactos vecinales adecuados pero tiene cierto exceso de electrones tendiendo a la expulsión de un electrón o partícula beta, convirtiéndose en nitrógeno 14). El desarrollo de los siguientes núcleos va oscilando entre aumentar el nº de protones libres (aumentando el nº atómico) y los pares protón-electrón (neutrón), de manera que el nº de pares protón-electrón  iguale o exceda en poco al nº de protones libres que dan carga efectiva al núcleo. El racimo de partículas nucleares va aumentando y la relación de vecindad disminuye al ir alejándose unos protones de otros en núcleos cada vez más grandes de manera  que por repulsión 

electrostática van adquiriendo la forma de capa esférica con centro vacío (aunque con capa esférica de espesor doble protón/neutrón por la estabilidad de tales grupos helio). Se llega al famoso núcleo de Hierro 56  constituido por 14 grupos de helio-4 , con muy alta compacidad local y distribuidos geométricamente y totalmente simétricamente por todas direcciones del espacio. Figura nº 27             Más allá del hierro, con su coraza simétrica de 14 núcleos alfa uniformemente distribuidos por todas las direcciones del espacio (y gran efectividad en contacto vecinal) empiezan los núcleos con un nivel de estabilidad análogo (hasta el plomo) salvo algunos neutrones más que aporten electrones de libre conducción aglutinantes. De todos los isótopos encontrados a partir del hierro, los estables siguen esta condición donde el nº de protones en total (los libres que dan nº atómico y carga al núcleo más los internos en los neutrones ) se disponen en doble capa al poseer grupos estables de helio-4(o algo más de espesor si se organizan en dominios estables como núcleos de litio, berilio, etc) y circulan un nº adecuado de electrones nucleares formando un gas electrónico nuclear de terrible proximidad con gran aglutinación. El exceso de electrones se paga con su expulsión  (radiactividad beta ) así como el exceso de protones se paga con su expulsión ( expulsión de protones o indirectamente a través de partículas alfa). El exceso de energía cinética de fermiones o de bosones nucleares se traduce en expulsión de energía en cuantos radiactivos o radiactividad  gamma ( en el núcleo atómico, al ser lugares de gran concentración de energía, esta debe intercambiarse  en forma de bosones tanto bosones interprotónicos o gluones, bosones interprotón-electrón intraneutrónico o debilones como bosones muy energéticos que se expulsan al exterior por exceso de energía que son los fotones gamma).     

La hilera de núcleos estables termina en el grupo que cierra la estabilidad nuclear  formado por : Hg-204,   Tl-205  Plomo-206 , Plomo -207 y Plomo- 208  . Más allá  y de forma curiosamente rigurosa se tienen núcleos  inestables de mayor grado de inestabilidad o menor grado (medido por el periodo de semidesintegración). La estructura nuclear de estos últimos núcleos deben aportar alguna clave para la estabilidad nuclear en cuanto a distribución geométrica o asociaciones internas de subgrupos de nucleones altamente estables. Curiosamente, el último isótopo estable, el Plomo-208 , que por el presente modelo tendría 208 protones con 126 electrones en circulación nuclear ,  da una carga o nº atómico para el plomo de 82, se pueden agrupar en pares de partículas alfa , es decir, núcleos de Berilio-8  muy estables de geometría anotada en la figura  nº 27. Entonces, la estructura nuclear del núcleo estable de cierre de la serie de estabilidad , el Pb-208 , está formada por 26 grupos Berilio-8 , distribuidos uniformemente en forma de esfera hueca con las coordenadas esféricas anotadas en dicha figura , que da consistencia  a dicho núcleo debido al alto grado de vecindad entre protones de cada subgrupo y entre subgrupos entre sí, para que la fuerza fuerte de carácter solo vecinal pero bastante intensa,  iguale y supere a la repulsión electrostática a distancia e intensa . También se cuenta con 22 electrones extras  que circulan uniformemente por el núcleo dándole mayor compacidad electrostática (todos los electrones con todos los protones interactúan eléctricamente a todas las distancias ) a pesar de la interacción repulsiva débil pero afortunadamente local .A partir de esta estructura, todos los núcleos , al añadir protones y pares electrón-protón (neutrón) , son bastante inestables con tendencia a expulsar electrones, protones , etc , para regresar a aquel  grupo privilegiado de núcleos estables. Todos los núcleos posteriores de mayores números atómicos y másicos  son inestables y sufren una cadena de desintegraciones radiactivas denominadas “series radiactivas” diversas, hasta desembocar en los núcleos estables anteriores. Los núcleos atómicos pequeños son bastante compactos tendiendo más bien a la fusión mientras que los núcleos cada vez más grandes, por repulsión protónica, adquieren formas esféricas huecas y a partir del plomo tienden a tener inclinación a la fisión más fácil y a la radiactividad. Como última anotación , los núcleos de los átomos de los elementos químicos se organizan en el sistema periódico (químicamente ) y en el diagrama de los isótopos (físicamente) desde los más pequeños a los mayores  ,siendo los menores  racimos compactos (sobre todo el helio-4 o el berilio-8 , que sirven para otros núcleos superiores como unidades estables) y siendo los mayores  superficies gruesas huecas (por repulsión eléctrica de todos contra todos) con mayor estabilidad donde los protones se rodeen de mayor vecindad . Podría hacerse un estudio geométrico y ver si existen unos  números másicos (que nos describen el nº protones totales en el modelo protón-electrón) especiales que originen mayor estabilidad relativa entre núcleos relacionándolos con los denominados “números mágicos”. Finalmente, a medida que se reúnen más nucleones para formar núcleos más grandes, estos son cada vez más inestables siendo los medianamente inestables los denominados “núcleos radiactivos” que tienden a expulsar parte de sus partículas en un proceso denominado “radiactividad” y lo hacen según un “tiempo o periodo de semidesintegración” (tiempo medio estadístico que tarda un material radiactivo en reducir sus núcleos inestables a la mitad) que será menor cuanto más inestables y grandes  sean tales núcleos ; los otros núcleos de tamaños mucho mayores, al final de la tabla periódica, son los “núcleos artificiales”, que no logran formar materia por su alta inestabilidad sino que duran individualmente muy poco tiempo. Por aquí se encuentra el límite para construir núcleos ya que al aumentar el tamaño , el nº de protones  aumenta, las uniones electrofuertes interprotónicas vecinales son las mismas pero la interacción electromagnética repulsiva ínter protónica de todos con todos, aumenta, dando lugar a la imposibilidad de formar núcleos más grandes que los radiactivos.

c)Energía nuclear de formación de un núcleo y energía por nucleón (gráfica, estabilidad y tendencias al cambio). 

En la formación de núcleos a partir de sus componentes infinitamente alejados, el balance entre la energía total de dichas partículas dispersas y la energía total de las mismas partículas concentradas formando el sistema físico del núcleo atómico es energía térmica (energía cinética de fermiones) y radiante (energía cinética de fotones). En el proceso de formación de un núcleo intervienen todas las energías y campos físicos : A larga distancia, las interacciones gravitatorias y electromagnéticas,  a corta distancia las interacciones nucleares  (de confinamiento nuclear) y a la mínima distancia de Planck, la interacción de Pauli ( pero esta no aporta energía).Desde el punto de vista del espacio en  una partícula interactiva se tienen tres grandes regiones : Interior de la partícula (menor que Xpl), región de confinamiento nuclear (entre Xpl y la distancia confinamiento nuclear Xcn) y el espacio infinito. Volvamos al proceso de formación de un núcleo. La región del interior hace posible la identidad de las partículas fundamentales, la región de confinamiento hace posible la construcción de núcleos atómicos y, por tanto, una gran  diversidad química  ; y en el infinito espacio se hace posible la fenomenología del Universo. Cuando las partículas (protones y electrones) están infinitamente lejanas, la energía total de ellas es   E´ = Eo + E´c + E´e  +E´g  + E´n      y cuando han formado el núcleo atómico   E´´ = Eo  +  E´´c   + E´´e  + E´´g + E´´n    ,todo medido desde un sistema de referencia inercial, donde no añadimos nada más.    Las partículas tanto independientes como asociadas formando el núcleo siguen teniendo la misma energía inercial interna o de reposo Eo  (los protones y los electrones, separados o unidos, internamente tiene la misma masa y energía pues conservan su identidad).Se elimina la energía gravitatoria (Eg) porque su efecto a estos niveles es despreciable. La energía potencial eléctrica en zonas muy alejadas es nula (Ee´´=0). Las partículas , inicialmente fuera de la distancia de confinamiento nuclear, no tienen energías nucleares (fuerte o débil) porque estas aparecen cuando están muy cerca, dentro de dicha distancia mínima de confinamiento nuclear (E´n=0). Si el proceso de formación de un núcleo fuese continuo, se cumpliría la conservación de la energía E´=E´´  pero dado que la energía se concentra en tan poco espacio y tan bruscamente, el proceso no es continuo sino es cuántico, de manera que se produce una bajada de energía E que se evacua en forma de bosón (fotón, de muchos rangos de energía como la radiactividad gamma) muy energético radialmente hacia las afueras del núcleo a la velocidad C, llevándose una energía . En el centro de masas del sistema del núcleo en formación, se produce la fluctuación EM donde la bajada de energía del sistema (E´´-E) se compensa con la emergencia del bosón  Ef:  Vacío=Bosón+Bajada energía sistema, es decir, 0 = Ef + (E´´-E´)   , o bien,    -Ef= E´´ -E´ = =(E´´c –E´c) + E´´e + E´´n    Para que se establezca un enlace nuclear y mantener un núcleo lo más establemente  unido en un sistema cerrado limitado conexo , la energía mecánica (cinético-interactiva) final debe ser negativa   (ejemplo análogo a los astros cuya energía mecánica es negativa en las trayectorias cerradas, manteniendo la estructura del sistema solar).   Es decir,          Emf= Ec´´ + E´´e + E´´n  (final)  debe ser negativa.  Para ello, el peso de toda la estabilidad nuclear recae sobre la “energía nuclear” (en global, fuerte- débil),  que debe ser negativa para igualar y superar a la  energía  cinética y  a la repulsión positiva eléctrica . Por esta razón, la interacción nuclear, y mucho más concretamente la fuerte, debe ser la interacción más intensa del mundo natural y de hecho lo es, siendo 100 veces más intensa que la electrostática y muchísimo más intensa que la débil e inimaginablemente más intensa que la gravitatoria.    Cuando un grupo de protones y electrones van a formar un núcleo, tales partículas deben tener la suficiente velocidad o energía cinética inicial para “llegar” a la distancia de confinamiento nuclear, venciendo la repulsión electrostática, y con esta energía de llegada, comienza la atracción nuclear fuerte entre protones y la correspondiente interacción protones-electrones. Al formarse el núcleo en la distancia de confinamiento, las partículas podrían tener cierto “resto de energía cinética”  Ec´´ excesiva, originando núcleos muy inestables, donde la  energía cinética  de tales fermiones, se convierte en energía cinética de bosones para unir partículas en las  interacciones electronucleares o bien para expulsar fotones al exterior (ejem. gamma)  o partículas radiactivas llevándose energía mecánica. Esa energía cinética de las partículas se reduce drásticamente (proceso cuántico) transformándose en bosones confinados (gluones y debilones)  y en bosones libres o fotones que se expulsan al exterior (radiactividad gamma), dejando al núcleo con más energía negativa y más estabilidad. Otra forma de estabilizar los núcleos es mediante la expulsión de  partículas materiales portadoras de energía (ya sea por su propia masa o por su energía cinética) : Es el caso de la radiactividad alfa (en núcleos con exceso de protones) o radiactividad beta (núcleos con exceso de electrones).Los núcleos tienden al equilibrio o estabilidad que se consigue con una relación de protones/electrones  

o de protones /neutrones  , donde el exceso de lo primero aumenta la repulsión eléctrica interprotónica y la energía positiva  eléctrica (disminuyendo la energía electronuclear global en valor absoluto), mientras que el exceso en lo segundo (electrones), aumenta la repulsión eléctrica interelectrónica y la energía positiva eléctrica (diminuyendo la energía electronuclear global en valor absoluto )   .  Un equilibrio numérico  (gráfica Z/A , nº atómico y másico, de los isótopos estables Figura nº 28 ) nos muestra una relación de estabilidad con núcleos con un nº neutrones ligeramente superior a Z , es decir, dados Z protones unidos a N=Z neutrones y unos tantos más, provoca la unión de una superficie de A protones con una nube de A-Z electrones neutronales , de forma que el núcleo adquiere la estructura de una superficie esférica (sobre todo grandes núcleos) de protones con un gas electrónico donde los protones enlazan vecinalmente con otros protones por interacción nuclear fuerte, pero se repelen eléctricamente con todo el resto (individualmente, cada protón se encuentra en oscilación cuántica compuesta con todos sus protones vecinos )  , mientras que los electrones establecen interacciones débiles y eléctricas apelmazando al conjunto del núcleo y formando neutrones “ocasionales” con el protón por donde pasa  (así , tales neutrones se encuentran muy estables dentro del núcleo).  En el mundo de la Física nuclear, se tiene la idea de “defecto de masa”  como parte de la masa de las partículas transformada en energía, que es la energía que se desprende en la formación de un núcleo o  en una reacción nuclear. Veamos la naturaleza de ese defecto de masas. Cuando se forma un núcleo a partir de sus partículas infinitamente separadas, estas poseen una masa suma Suma  (m.i.)(masas iniciales)   antes del enlace nuclear   y cuando se forma el núcleo, como vimos en líneas anteriores,  la masa final (medible en los espectrómetros de masas )   es Mnúcleo. Se registra una “diferencia de masas  o defecto de masas”    D= Suma(m.i.)  -   Mnúcleo  que Einstein asignó un contenido  energético dado por En= D C2  , equivalente a la energía nuclear de enlace de tal núcleo.  La masa nuclear Mnúcleo es menor que Suma(m.i.)    , pero las partículas fuera y dentro del núcleo no pierden identidad física, siguen teniendo su propia masa/energía  interna, intocable (salvo aniquilaciones o desintegraciones para partículas inestables, que no es el caso ahora) . Lo que ocurre es que la energía que representa es igual a la energía de las partículas menos la energía de interacción electronuclear interna  (negativa por que es energía electronuclear de enlace nuclear que es globalmente negativa)  :   Mnúcleo = Suma(m.i.) -  En/C2   , siendo En/C2  la masa equivalente negativa de esa energía nuclear negativa, resulta,   En =Suma(m.i.) C2- Mnúcleo  C2   .  La energía nuclear (negativa) de enlace nuclear es la   En = D C2  .La energía nuclear de enlace es la energía contenida en el defecto de masa.   Por otra parte, ¿qué ha ocurrido con la energía en la formación del núcleo? En el proceso de formación del núcleo donde las  partículas componentes del núcleo (protones y neutrones)  estaban separadas hasta encontrarse juntas formando dicho núcleo, se produce una fluctuación EM en el punto vacío del centro de masas , 0= (Ef-Eo) + Efotón  donde la energía inicial era  Ei = Suma(m.i.) C2  luego unidos , Ef =Mnúcleo C2 , y la diferencia entre ambas situaciones, Efotón = Eo-Ef  = -DC2 . La variación de energía de nuestro sistema físico es :   - En   . Ha perdido justamente la energía nuclear de enlace, que “se ha evacuado al exterior en forma de fotón gamma, muy energético llevándose tal energía, Efotón = En  al ser un proceso cuántico intenso y puntual, a la velocidad máxima de evacuación C” .   Es decir,” al unirse los nucleones para formar un núcleo, la energía inercial interna de cada nucleón no ha variado para nada sino que el sistema ha acusado un doble fenómeno: El sistema ha adquirido una energía interna nuclear de enlace negativa (que da origen  al defecto de masas cuyo núcleo tiene una masa efectiva menor que los propios nucleones que lo integran) y ha expulsado energía cinética pura positiva en forma de fotones de alta energía (gamma) y de igual cuantía. Cuando se forma un núcleo, la energía electronuclear total negativa tiende a unir a todo el conjunto cuya energía equivale a En= D C2 , siendo D , el defecto de masas en su formación,  D= Suma(m.i.)- Mnúcleo  . Por otra parte, el parámetro que nos determina la “estabilidad nuclear” (fortaleza de unión de cada nucleón al resto del núcleo) es esa energía dividida o repartida por los “A” nucleones, se trata de la “Energía nuclear por nucleón” E* = En /A . Si E* es bajo  (porque En es bajo, en núcleos pequeños;  o porque A es alto, en núcleos demasiado grandes) , ese núcleo no suele durar mucho y tiende a cambiar. Se ha descubierto que los núcleos más estables que no cambian y tienen E* más altos son el núcleo de hierro y sus alrededores en un diagrama de núcleos crecientes por su nº másico A. Por tanto, los núcleos pequeños tienden a fusionarse entre sí para acercarse al hierro (reacciones de fusión) ; los núcleos grandes tienden a descomponerse en núcleos más pequeños y acercarse el hierro, mediante las series de radiactividades espontáneas o mediante la fisión nuclear inducida.   Figura nº 29   . Solamente anotar que en una reacción nuclear que transforma núcleos originales más inestables en núcleos finales más estables (ya sea por fusión, fisión o por radiactividad diversas), se desprende energía en forma de energía cinética de fotones (radiación) o, bien, cinética de fermiones ( energía térmica).El valor de esta energía equivale al defecto de masa producido en la reacción por el cuadrado de C.   Es decir,   Ereacción =   D  C2 ,  siendo D= Suma (masas iniciales)- Suma (masas finales) .

d)Fenómenos o reacciones nucleares (la estabilidad/inestabilidad nuclear) .

-La radiactividad alfa, beta ,gamma, positrón, neutrón y protón.

Se denomina reacción nuclear a la transformación de unos núcleos atómicos iniciales inestables en otros finales más estables con el juego energético correspondiente pues la reorganización de partículas fundamentales enlazadas por fuerzas electronucleares dentro del núcleo atómico supone un defecto de energía (y de masa) que se expulsa en forma de radiación o se mantiene en las partículas finales en forma de energía cinética (térmica).El cambio en los núcleos atómicos supone cambio en los enlaces electronucleares así como en los valores de las energías potenciales electronucleares. Cuando se disponen de núcleos grandes iniciales que poseen una energía total                         E`= Eo+En+Ee +Ec      ,    en un momento indeterminado   (pero estadísticamente más probable a la vida media o al tiempo de semidesintegración correspondiente) , expulsa una partícula alfa o protones (cuando hay exceso de protones para establecer la estabilidad de dicho núcleo) , expulsa una partícula beta (cuando hay exceso de neutrones) o una partícula gamma (solo hay exceso de energía, transformándose parte de la energía cinética sobrante de los fermiones en energía cinética de bosones), dando lugar a núcleos finales con otras energías E´´ para el núcleo residual  y  E´´´ para la partícula radiactiva que se expulsa.   El balance de energías E´-E´´-E´´´  ,  se invierte en energía cinética de partículas finales fermiones como protones, neutrones, electrones, partículas alfa, etc, (energía térmica) y en energía cinética pura de fotones muy energéticos  (energía radiante como la radiación gamma).Las ecuaciones que expresan los tipos de radiactividad que existen son los “diagramas o leyes de Soddy-Fajans” , donde se pueden visualizar la conservación de la carga eléctrica , del nº másico   y ,aparte, también se conserva de la masa-energía junto a la cantidad de movimiento.

-La fusión nuclear y la genealogía de los elementos químicos.

Otro proceso nuclear es la fusión  donde núcleos ligeros lejanos se acercan a gran velocidad y energía cinética  y , si vencen la repulsión eléctrica (si no lo hiciera simplemente se trataría de una colisión elástica o inelástica con emisión de fotones) superando la distancia de confinamiento nuclear,  se produce la unión intranuclear de modo que la diferencia entre la energía inicial y la final se invierte en energía cinética del núcleo final(energía térmica) más energía cinética de partículas radiativas (radiación). El núcleo final tiene menos energía interna que los núcleos iniciales por separado pero la energía nuclear por nucleón es superior dando lugar a un nexo más fuerte entre nucleones y un núcleo final más estable que los iniciales (los núcleos finales se acercan más a los idealmente estables cerca del núcleo de hierro-56). Este es el proceso que siguió el Universo a la hora de generar todos los núcleos de todos los elementos químicos en toda modalidad o isótopos. La fusión nuclear, desde el protón, electrón y primer núcleo, el neutrón (primer nivel de asociación material) ,el helio, el berilio, el litio, etc, etc,  fue originando la serie de núcleos de los elementos químicos. Muchos electrones cruzaron la barrera de la distancia de confinamiento nuclear y formaron con el protón , el neutrón , pero otros electrones  muy energéticos,  se mantuvieron lejos a grandísimas energías formando el plasma cósmico y al ser atraídos por los primeros núcleos formados, emitieron fotones al exterior. Estos fotones eran absorbidos, emitidos y reabsorbidos de protoátomos en protoátomos, sin liberarse en primera instancia. Solamente en las capas de protoátomos iniciales más exteriores en el espacio, muchos fotones se escaparon constituyendo la  “primera fotografía  o desacoplamiento de fotones “  (sin observadores) del joven Universo (es el fenómeno análogo en la actualidad en todas las estrellas, pues, dentro de ellas, los fotones viajan de átomo a átomo absorbiéndose/desprendiéndose, costosa y lentamente, pero no escapa de la estrella hasta que sí lo hacen en la superficie de la misma después de muchos años viajando en el interior; este relato es correcto siempre que se permita decir, que se mantiene la identidad del fotón que no es cierto, el fotón se absorbe y se desprende continuamente de átomo a átomo, al final, se libera al espacio como fotón auténticamente libre y con ello, tenemos una imagen de la estrella).   En principio, a bajas presiones, solamente se formó directamente el hidrógeno y helio, más raramente berilio y litio. Más tarde, en la acreción gravitatoria de grandes masas de partículas se fueron formando las estrellas de primera generación a la vez que sus  protogalaxias(grandes acumulaciones de materia de hidrógeno y poco más de otros núcleos superiores, sin núcleo galáctico pero con protoestrellas o estrellas de primera generación). Sus enormes concentraciones con enormes presiones gravitatorias dieron lugar a explosiones (novas, supernovas e hipernovas), cuya asombrosa presión y temperatura internas dieron lugar a la formación de tales estrellas y de los núcleos galácticos, mientras que microscópicamente, se formaron grandes núcleos por fusión, cuna de todos los átomos que representamos en el sistema periódico de los elementos y más ampliamente, en el esquema de todos los isótopos de todos los elementos. Actualmente, la fusión nuclear se realiza en el interior de las estrellas generando fotones que iluminan radialmente el entorno de las mismas hacia el infinito. El ser humano está intentando reproducir la fusión nuclear para el aprovechamiento energético de estos fotones productos de dicha fusión pero el confinamiento gravitatorio absolutamente perfecto, simétrico radialmente y autocontenido de las estrellas es difícil de reproducir (se está intentando por medios electromagnéticos e inerciales, sin éxito, por el momento).El comentario anterior del “confinamiento gravitatorio perfecto” no es totalmente cierto porque cuando pasen muchos millones de años y el rendimiento de producción de energía térmica expansiva decrezca (porque el ritmo de la fusión disminuya al disminuir el combustible hidrógeno), la gravedad contractiva empezará a ganar a la térmica expansiva y se producirá una supernova (hundimiento de materiales, rebote en el centro, explosión de materiales radialmente hacia las afuera para formar una nebulosa planetaria, implosión de materiales hacia el centro con construcción de muchos núcleos atómicos grandes y una estrella pequeña residual con aumento brutal de la emisión de fotones por tales procesos en una supernova).En estos procesos se construyen los elementos de núcleos mayores que poseen una vida limitada (vida media y periodo de semidesintegración) que dan paso a los procesos radiactivos descomponiéndose en las series o cadenas de transformaciones  hasta llegar a los núcleos más estables alrededor del núcleo de hierro. 

-La fisión nuclear .

La fisión nuclear es el proceso por el cual un núcleo muy grande se rompe en dos núcleos menores aproximadamente iguales con la emisión de otras partículas pequeñas como por ejemplo neutrones. Esta división no suele ser espontánea sino que es inducida por el bombardeo de neutrones (y deben ser neutrones dada su neutralidad eléctrica y fácil penetración en núcleos fuertemente positivos) sobre dichos núcleos grandes. Como dichos núcleos están formados por protones y neutrones enlazados por fuerzas nucleares fuertes atractivas vecinalmente y eléctricas repulsivas globalmente, el efecto es que forman superficies esféricas de nucleones huecas  pero con fuerte unión superficial. Cuando el neutrón (que no ofrece repulsión eléctrica) choca con el núcleo, este se abre fácilmente dividiendo tal núcleo en otros dos que se vuelven a organizar formando dos núcleos nuevos, con superficies esféricas nuevas más compactas, de menor energía pero con mayor energía nuclear por nucleón para cada núcleo formado y , por tanto, más estables, más cerca de los núcleos idealmente estables alrededor del hierro. La fisión nuclear no suele ser muy abundante (respecto a la radiactividad y a la fusión) en el interior de las estrellas sino que es un proceso artificial descubierto por el ser humano en el siglo XX y aprovechado de forma negativa en la bomba atómica y de forma  positiva en los reactores nucleares de fisión produciendo energía para el uso humano.

3.9.Física atómica o cortical (los elementos químicos y el sistema periódico).                                                                                             

a)El átomo de Rutherford y de Bohr (monoelectrónico). El problema de la complejidad de los átomos multielectrónicos y la incertidumbre cuántica : Descripción de la corteza atómica mediante ondas de materia de probabilidad confinadas (Born-Schrödinger) bajo interacción electromagnética del núcleo cuantificadas en “orbitales”. Explicación del sistema periódico de los elementos (configuraciones electrónicas y otras propiedades).

En el ámbito externo del confinamiento nuclear, actúa de  forma importante (despreciando las interacciones gravitatorias) las interacciones de tercer orden o electromagnéticas atractiva y repulsiva. En principio, la ley de Coulomb y la energía electrostática gobiernan los movimientos de los electrones en la corteza de los átomos alrededor de los núcleos atómicos. El primer modelo de átomo bastante aceptable ideado fue el de Rutherford basado fundamentalmente en la existencia de un núcleo atómico (modelo nuclear, derivado de su famoso experimento) de protones y neutrones, rodeado a mucha mayor distancia de electrones corticales (compárese la distancia de confinamiento nuclear alrededor del Fermi y fracciones del mismo, con el Ángstrom alrededor del cual se establece la trayectoria más pequeña del electrón alrededor del núcleo,  1Angström = 100000 Femtómetro o Fermi). En un modelo de movimientos continuos clásicos, el electrón podría moverse a diversas velocidades(energías cinéticas) y posiciones (e. potenciales eléctricas), conservando la energía mecánica como los planetas alrededor del Sol, incluso cayendo hacia el núcleo y destruyéndose la estructura del átomo, cosa que no curre pues todo el edificio material se mantiene estable a su alrededor. En esta hipotética posibilidad de movimiento continuo con conservación de la energía mecánica, jamás se emitirían ni absorberían fotones a partir de átomos no existiendo las radiaciones ni la información que esta nos facilita de la materia, tendríamos un universo ópticamente ciego .Bohr , basándose en los espectros discontinuos del hidrógeno, se fijó  en lo curiosamente discontinuo que eran estos movimientos internos de la corteza atómica (y  más tarde se extendió también al núcleo)de manera que surgían fotones del interior de dicha corteza atómica con frecuencias y energías bastante discretas y definidas. Por lo visto, los electrones cambiaban de energía “a saltos”, no conservaban su energía mecánica no dando movimientos continuos .Esos saltos de energía mecánica generaban partículas energéticas que son los fotones que se registran en el experimento del espectro electromagnético.  Figura nº 30 En lugares con altos campos eléctricos (en los alrededores de un átomo, el campo es enorme así como las aceleraciones centrípetas a las que están sometidos los electrones y sus potenciales se extienden en escalones bruscos) las partículas no conservan su energía mecánica, ya no siguen procesos continuos, sino que varían bruscamente dichas energías mecánicas a cambio de absorber/ceder, partículas bosónicas a la velocidad máxima de las radiaciones electromagnéticas C. Solamente mantienen estables sus energías mecánicas mientras se mantengan en su órbita (postulado atómico de Bohr) .Surgió el modelo atómico de Bohr aunque solamente  tuvo un éxito absoluto para el átomo de hidrogeno pues logró explicar perfectamente las series de energías-frecuencias de todos  los espectros del hidrógeno pero no logró explicar los complejos espectros de los átomos multielectrónicos .Esta situación es parecida al descubrimiento de las leyes de Kepler con la gravedad. Utilizando un sistema no muy poblado y muy extenso (muy vacío) de planetas alrededor del Sol, fue fácil visualizar las leyes del movimiento planetario, donde los astros no se afectan entre sí de forma importante. Si llegamos a vivir en un sistema planetario más concentrado con más astros, la influencia mutua de todos con todos, complicarían los datos de los planetas y hubiese sido más difícil descubrir las leyes de Kepler y, posteriormente, la ley de la gravitación universal de Newton. Efectivamente, con átomos multielectrónicos, donde los electrones se afectan repulsivamente en espacios ttan reducidos, los movimientos eran mucho más complejos y sus órbitas eran mucho más complejas. Por otra parte, comprobar algún tipo de trayectoria con partículas tan pequeña era sumamente difícil cuando no imposible, dado que 

cuánticamente, detectar la posición de un electrón modificaba tal medida fácilmente (al lanzarle fotones) generando incertidumbres naturales en la medida de los valores iniciales y, por supuesto, incertidumbres en los valores finales de las trayectorias. Por ello, se sustituyó el análisis de la corteza atómica introduciendo el concepto mecánico-estadístico-cuántico de onda de probabilidad  y para el caso nuestro de movimientos alrededor del núcleo por atracción electrostática, “ondas de probabilidad confinadas en  la corteza” o, simplemente, “orbitales”. Son regiones organizadas cuánticamente (regiones concretas con numeración cuántica para la energía  “n,nº cuántico principal” , forma del orbital “l , nº cuántico secundario” y su orientación espacial “m,nº cuántico magnético”) donde es más probable encontrar los electrones alrededor del núcleo. Son regiones potenciales, pues un núcleo con todos sus protones y neutrones , tiene en su corteza vacía un espacio configurado potencialmente  según estos orbitales y si van llegando electrones del exterior, van ocupando dichos orbitales, desde el de menor energía hasta los de mayores energías con un límite establecido por el principio de Pauli de exclusión electrónica (no pueden existir dos electrones en el mismo estado alrededor del núcleo, con los 3 mismos nº cuánticos y el mismo spin cuántico) hasta configurar un átomo completo. La distribución de los electrones por los orbitales de la corteza de un átomo (en este modelo mecánico cuántico ondulatorio de Schrödinger)  se denomina “configuración electrónica de dicho átomo” y  su construcción responde a dos grandes principios físicos aplicados aquí a esta zona especial de la corteza atómica : El principio de estabilidad y el principio de exclusión. El principio de estabilidad nos dice que un sistema físico evoluciona de manera que tiende a estados más estables , es decir, un átomo con una corte de electrones acepta electrones más cercanos al núcleo expulsando fotones (principio de dispersión energética) y terminando con menos energía pero más estable. Este acercamiento de los electrones al núcleo tiene un límite : Debido a la repulsión electrónica no caben indefinidamente cualquier  número de electrones en los orbitales sino, por el principio de exclusión de Pauli, solamente se aceptan un nº determinado y predeterminado de electrones, como se sabe. Pero esto solamente puede ocurrir cuando las energías de los electrones son suficientemente bajas para caer fácilmente en las redes de la corteza de los átomos pues en el estado de plasma del interior de las estrellas, no existen átomos sino un gas de núcleos ligeros con electrones violentos más o menos libres. Cuando , en el origen del Universo y de los planetas, se “enfriaron los electrones” (significa que bajaron sus energías cinéticas cayendo a orbitales más cercaos a los núcleos), se produjo el desacoplamiento electromagnético emitiéndose fotones libres  y en los planetas se formaron átomos para luego formarse moléculas y seguir el camino de la formación de la materia tal como la vivimos familiarmente. En todos estos procesos de carácter físico-químicos (nivel atómico), se cumple que la diferencia entre la energía mecánica inicial menos la final del átomo es igual al fotón que se va de dicho átomo mientras que las partículas no cambian en absoluto su energía interna Emo-Emf = =Efotón      (y viceversa)  . Estas zonas corticales alrededor de los núcleos atómicos de tan intensísimos campos electromagnéticos están cuantizadas en orbitales (el campo de energías electrostáticas posee desniveles bruscos por lo que la energía mecánica no se conserva sino que sufre saltos cuánticos que se transforman en fotones, como ya se sabe) así como están cuantizadas en energías cuyos electrones ocupan cuantizada y discretamente tales regiones (principios de exclusión de Pauli para la corteza atómica) a la vez que los electrones se reparten equiprobablemente por los orbitales de semejante energía (principio de máxima dispersión de Hund) explicando las propiedades químicas fundamentales de los distintos átomos según sus nº atómicos y correlativamente sus cortezas atómicas (consecuentemente, las distintas configuraciones electrónicas ) dando sentido al famoso Sistema Periódico de los elementos químicos, piedra angular de la construcción de la materia (y su probable simétrica la antimateria). Esta tabla de elementos desarrolla paralelamente el núcleo de los diferentes átomos de los diferentes elementos a la vez que la corteza estable de los mismos. La corteza está “cuantizada” en ondas de probabilidad confinadas u orbitales atómicos con distintas energías que se distinguen cuánticamente (no continuamente ) y sus electrones las ocupan discretamente con límites.Como hemos dicho, los núcleos con sus cortezas (átomos de los distintos elementos en su conjunto) adquieren asombrosas regularidades físico-químicas, denominando a tales regularidades “propiedades periódicas de los elementos químicos” en tal Tabla periódica de los elementos químicos. Solamente se añadirá que tales núcleos son estables dentro de la fenomenología química hasta los grandes núcleos radiactivos. Desde el punto de vista de la fenomenología nuclear, ya se ha dicho que los núcleos pequeños tienden a la fusión y los grandes a la radiactividad o a la fisión. Aparejadamente , las cortezas se ven arrastradas en su estabilidad por la estabilidad de los propios núcleos ( un núcleo que se transforma en otro, también hace transformar , lógicamente, a su correspondiente corteza). Además, dado un núcleo químicamente estable, su corteza puede experimentar cambios ganando o perdiendo electrones para estabilizarse químicamente (los átomos que ganan se denominan no metales tendiendo a convertirse en átomos negativos o aniones estables y los que pierden ,se denominan metales tendiendo a convertirse en átomos positivos o cationes estables) siendo el modelo de estabilidad cortical, los famosos elementos “ gases nobles” (la clave de su estabilidad química se basa en que sus capas externas se encuentran completas, no necesitando tomar ni ceder electrones, permaneciendo neutros indefinidamente).

b)Fenómenos o reacciones químicas (la estabilidad/inestabilidad atómica o cortical y molecular-reticular).

El enlace químico interatómico establece uniones entre los átomos para construir agrupaciones atómicas como moléculas y cristales diversos. A estos niveles tan microscópicos todavía reina el efecto cuántico sobre el continuo de tal manera que los electrones internos de los átomos siguen ocupando sus orbitales atómicos pero los electrones más externos empiezan a ser compartidos por varios átomos constituyendo el enlace covalente y el enlace metálico. En el caso del enlace iónico, se tiene una pura atracción electrostática entre los iones formados. En todo caso, los electrones siguen ocupando regiones privilegiadas u orbitales (o bien, composiciones de tales orbitales atómicos para formar orbitales moleculares en las moléculas  o bandas de valencia/conducción en los cristales metálicos). Los electrones siguen saltando bruscamente de unas regiones a otras y absorbiendo o emitiendo fotones. Es la interacción entre la materia y la radiación. Si parte de la energía de los electrones se invierte en aumentar sus propias oscilaciones o la de los átomos y moléculas a las que pertenecen, entonces, tenemos un fenómeno térmico , proceso continuo pero microscópico. Cuando las moléculas de unas sustancias iniciales o reactivos colisionan entre sí para cambiar de configuración y obtener nuevas sustancias o productos, se tiene que la diferencia entre la energía mecánica inicial de los reactivos Emo  menos la de los productos Emf  ,  se invierte en fotones (radiación emitida en las reacciones químicas) y en tales energías mecánicas ya están implícitas las energías cinéticas de las moléculas productos y, por tanto, energías térmicas de tales reacciones químicas. La tendencia a reaccionar de las moléculas (cambiar de estructura en las colisiones) se debe a que las nuevas sustancias son más estables atómica , molecular o reticularmente, cumpliéndose en estos fenómenos químicos microscópicos las leyes de conservación de la energía-masa, de la cantidad de movimiento, de la carga eléctrica y, por supuesto de la ley de máxima dispersión o distribución de la energía en el espacio (la ley de aumento de la entropía).