Protón
El protón es la partícula subatómica de carga positiva presente en el núcleo de todos los átomos, formada por tres quarks.
El protón es una partícula subatómica con carga eléctrica positiva que se encuentra en el núcleo de todos los átomos. El número de protones de un átomo, llamado número atómico, define de qué elemento químico se trata.
¿Qué es el protón?
Es un barión, es decir, una partícula compuesta por tres quarks: dos quarks arriba (u) y un quark abajo (d), unidos por gluones mediante la interacción nuclear fuerte. Su carga es +1 en unidades de carga elemental: la suma de las cargas de los quarks (+2/3 +2/3 −1/3) es +1. Pertenece a la familia de los nucleones, junto con el neutrón.
El nombre viene del griego prôton, «primero». Lo propuso Ernest Rutherford hacia 1920 al identificar el núcleo del hidrógeno como unidad fundamental de la que estarían hechos los demás núcleos.
Descubrimiento
En 1886, Eugen Goldstein observó en tubos de descarga unos «rayos canales» formados por iones positivos. En 1911, Rutherford propuso el modelo nuclear del átomo, con un núcleo pequeño y positivo. Entre 1917 y 1919 bombardeó nitrógeno con partículas alfa y detectó núcleos de hidrógeno liberados, lo que demostraba que el protón forma parte de otros núcleos. En 1932, James Chadwick descubrió el neutrón y completó el panorama del núcleo atómico.
Propiedades
| Propiedad | Valor |
|---|---|
| Carga eléctrica | +1,602 · 10⁻¹⁹ C |
| Masa | 1,6726 · 10⁻²⁷ kg (938,27 MeV/c²) |
| Relación con la masa del electrón | ≈ 1836 |
| Espín | ½ (fermión) |
| Radio de carga | ≈ 0,84 fm (0,84 · 10⁻¹⁵ m) |
| Composición | uud (dos quarks arriba y uno abajo) |
| Antipartícula | antiprotón |
| Estabilidad | No se ha observado su desintegración (vida media > 10³⁴ años) |
Aunque los quarks tienen una masa muy pequeña, la mayor parte de la masa del protón proviene de la energía de la interacción fuerte entre ellos, según la equivalencia masa-energía.
El protón en el átomo
Todos los átomos de carbono tienen 6 protones; los de oxígeno, 8; los de oro, 79. Si un átomo gana o pierde protones deja de ser ese elemento (lo que solo ocurre en reacciones nucleares). En cambio, si gana o pierde electrones se convierte en un ion. Los protones, todos de carga positiva, se repelen eléctricamente, pero la interacción nuclear fuerte, mucho más intensa a distancias del orden de 1 fm, mantiene unido el núcleo con la ayuda de los neutrones. Este equilibrio determina qué isótopos son estables.
El protón en la química
El ion hidrógeno H⁺ no es más que un protón desnudo. En agua se une a una molécula formando el ion hidronio (H₃O⁺). La acidez de una disolución se mide con el pH, que depende de la concentración de estos iones: pH = −log[H⁺]. Los ácidos son, según Brønsted y Lowry, sustancias que ceden protones.
Aplicaciones
- Protonterapia: haces de protones aceleran hasta penetrar en el cuerpo y depositan la mayor parte de su energía en el tumor, dañando menos el tejido sano.
- Aceleradores de partículas: el LHC del CERN colisiona protones a energías de varios teraelectronvoltios; en 2012 permitió detectar el bosón de Higgs.
- Resonancia magnética: se basa en el comportamiento de los protones del agua del cuerpo en un campo magnético.
- Energía: la fusión de protones en las estrellas (cadena protón-protón) produce la energía del Sol.
- Pilas de combustible de hidrógeno, donde se transportan protones a través de una membrana.
Ejercicios resueltos
1. ¿Cuál es la carga total del núcleo de un átomo de carbono (Z = 6)?
Q = 6 · 1,602 · 10⁻¹⁹ = 9,61 · 10⁻¹⁹ C
2. ¿Cuántos neutrones tiene el hierro-56 (Z = 26)?
N = A − Z = 56 − 26 = 30 neutrones
3. Calcula la fuerza eléctrica de repulsión entre dos protones separados 1 fm (k = 8,99 · 10⁹ N·m²/C²).
F = k · e² / r² = 8,99 · 10⁹ · (1,602 · 10⁻¹⁹)² / (10⁻¹⁵)² = ≈ 231 N, una fuerza enorme para partículas tan ligeras, que solo la interacción fuerte puede contrarrestar.
4. ¿Cuántas veces es más masivo un protón que un electrón? (mp = 1,6726 · 10⁻²⁷ kg; me = 9,109 · 10⁻³¹ kg)
mp / me = 1,6726 · 10⁻²⁷ / 9,109 · 10⁻³¹ = ≈ 1836 veces
Preguntas frecuentes
¿Qué carga tiene un protón?
Positiva, de +1,602 · 10⁻¹⁹ culombios: igual en valor absoluto a la del electrón, pero de signo contrario.
¿Quién descubrió el protón?
Ernest Rutherford, entre 1917 y 1919, al obtener núcleos de hidrógeno bombardeando nitrógeno con partículas alfa. Su existencia ya se intuía con los rayos canales de Goldstein.
¿El protón es una partícula elemental?
No. Está formado por tres quarks (dos arriba y uno abajo) unidos por gluones.
¿Qué diferencia hay entre protón y neutrón?
El protón tiene carga positiva, mientras que el neutrón es neutro. Sus masas son muy parecidas, ligeramente mayor la del neutrón, y ambos forman el núcleo.
¿Por qué el número de protones identifica el elemento?
Porque determina la carga del núcleo y, con ella, el número de electrones del átomo neutro y su configuración, de la que dependen todas sus propiedades químicas.
Referencias
- Griffiths, D. Introduction to Elementary Particles. Wiley.
- Serway, R. A. y Jewett, J. W. Física para ciencias e ingeniería. Cengage.
- Krane, K. S. Modern Physics. Wiley.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2026). «Protón». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/fisica/proton/
