RUTHERFORD: EL NÚCLEO ATÓMICO

RUTHERFORD

Rutherford fue un investigador científico, pero también formó a otros grandes científicos, como por ejemplo Neils Bohr o Becquerel. Desde nuestro punto de vista esto es importante ya que de alguna manera es una forma más fiable de aprender, ya que de esta forma sabes el punto de vista de la persona, y te ayuda a pensar o a razonar de la manera en la que él o ella ya ha hecho para poder entederlo.

En la actualidad los profesores de las universidades no tienen porque ser investigadores científicos, lo que tienen que haber hecho es estudiar y tienen que saber como transmitir sus conocimientos a sus alumnos y explicarles como entender las cosas desde su punto de vista.

DIFERENCIAS ENTRE FÍSICA Y QUÍMICA

La química es la ciencia que estudia la composición, la estructura, las propiedades y las transformaciones de la materia, mientras que la física es una ciencia que estudia la naturaleza: la materia, el espacio, el tiempo, el movimiento de cuerpos, y sus leyes.

Rutherford al decir “toda ciencia, o es Física, o es coleccionismode sellos” se refiere a que él pensaba que la física ea una ciencia con la que se podía explicar todo, y que las demás ciencias no existía, no era servían para nada, ya que con la física bastaba, y en realidad concentraba todas las demás ciencias.

Y con esto otro “He cambiado muchas veces en mi vida, pero nunca de manera tan brusca como esta metamorfosis de físico a químico” ,que dijo Rutherford porque se sorprendió al recibir el premino Nobel de Química, ya que él se consideraba un físico, y no químico. También se sorprendió porque él había estado estudiando las emisiones radiactivas de la materia, que se considera física, y eso le llevó a descubrir la ley de la desintegración atómica, que estaría dentro de la química, ya que tiene que ver con las transformaciones que sufre la materia. Por eso le entregaron el premio Nobel de Química y no de Física.

NIKOLA TESLA

Nikola Tesla (10/7/1856-7/1/1943) es conocido actualmente por sus invenciones el en campo del electromagnetismo. Tras su demostración de comunicación inalámbrica por medio de ondas de radio en 1894 y después de su victoria en la guerra de las corrientes (fue una competencia económica de mercado en los años 1880 por el control del mercado eléctrico) fue ampliamente reconocido como uno de los grandes ingenieros eléctricos de América.

Entre sus principales aportaciones a la física podemos destacar la transferencia inalámbrica de energía eléctrica mediante ondas electromagnéticas para lo que desarrolló un sistema para enviar energía eléctrica sin utilizar cables a largas distancias conel fin de enviar tanto imágenes como sonidos a distancia, pero resultó en un sistema de envío de electricidad gratuitamente a toda la población.

También podemos destacar la invención de la radio, de la bombilla sin filamento, de dispositivos de electroterapia, de las corrientes alterna, de impulso y oscilante, de la lámpara fluorescente, del control remoto... y así como de estudios acerca de los Rayos X.

(Tesla sujetando uno de sus inventos: la bombilla sin filamento)

(Tesla junto a de sus inventos, la radio)

Mantuvo ciertas disputas con Edison y con Marconi por distintos motivos. Con Edison el problema se trataba de que en 1912 hubo intención de dar un premio conjunto a Edison y a Tesla. Pero este último era un hombre bastante excéntrico y odiaba a Edison por que pensaba que le había estafado enuna transacción financiera, por lo que Tesla se negó a ser asociado con él. Finalmente el Nobel de física fue para un inventor sueco de menor medida.

El asunto de Marconi trata de otro asunto. Realmente, el primer radiotransmisor fue inventado y construido por Tesla. Marconi hizo su primera retransmisión en 1895, y en 1897 Tesla presentó una patente sobre el tema. Más tarde Marconi intentó patentar sus trabajos, pero fueron rechazados por considerarse una copia de los trabajos de Tesla. Entre ellos dos comenzó una disputa que no fue resuelta hasta 1943, cuando la Corte Suprema de EEUU dio la razón a Tesla.

FLUORESCENCIA Y FOSFORESCENCIA

La fosforescencia es la propiedad de absorber energía y almacenarla para emitirla luego en forma de luz, o como podríamos decir “que brilla en la oscuridad”. La principal diferencia con la fluorescencia es que hay un retraso del tiempo entre la absorción y la nuevamente emisión de fotones de energía. En la fosforescencia, las sustancias emiten luz durante más tiempo después del corte del estímulo que la provoca, ya que la energía almacenada se libera muy lentamente y de forma continua. En cambio en la fluorescencia, la emisión de luz sólo se da cuando está expuesta a radiaciones como las ultravioletas, los rayos catódicos o los rayos X y las radiaciones que ha absorbido son transformadas en luz visible. El proceso de absorción es el mismo que en la fosforescencia pero se desarrolla en un tiempo mucho menor (millonésimas de segundo)

(Pigmentos fosforescentes en la oscuridad)

LOS RAYOS X

Los rayos X, son unas radiaciones electromagnéticas (combinación de campos eléctricos y magnéticos), que son capaces de atravesar cuerpos opacos, producida por la desaceleración de los electrones.

Los misteriosis rayos X fueron descubiertos por casualidad, por el alemán Wilhem Conrad en 1895, mientras que estudiaba los rayos catódicos, y comprobó que los rayos catódicos , que se encontraban bajo una presión muy baja, hacía que el ánodo provocase una fluorescencia que atravesaba ciertos cuerpos opacos.

Su descubrimiento fue un gran avance médico, ya que permite ver el interior de nuestro cuerpo.

RADIOACTIVIDAD

La radioactividad fue descubierta casualmente por Henri Becquerel en 1896. Mientras estudiaba la fluorescencia y la fosforescencia para lo que ponía un cristal de Pechblenda (contiene uranio)enciam de una placa fotográfica envuelta en papel negro y lo exponía al sol. Al desenvolver la placa estaba velada, lo que pensaba que estaba relacionado con la fosforescencia del cristal. Durante los siguientes días, no hubo sol pero el fenómeno se producía igualmente, por lo que dedujo que eso no se podía atribuir a la fosforescencia ya que esta, para darse, necesita luz solar. La única explicación era que la sal de uranio emitía una radiación muy penetrante. Más tarde, Marie Curie bautizó esto como radioactividad.

APORTACIONES AL TRABAJO DE BECQUEREL

La aportaciones del matrimonio Curie y Rutherford al trabajo de Becquerel fueron de gran ayuda debido a que aclararon que era exactamente la radiactividad, y de esta manera Becquerel se dio cuenta de cuan importante era el descubrimiento que él había hecho con las sales de uranio. Cómo bien demostraron Joliot y Marie Curie, esos rayos que emitían ciertas sustancias, en el caso de Becquerel el uranio, solo podían provenir de sus átomos.

RADIACIONES

Las radiaciones alfa beta y gamma son unas clases de rayos encontrados por Rutherford cuando observó que los elementos radioactivos emitían tres tipos distintos de rayos. Se clasifican principalmente en base a su capacidad de penetración en la materia:

• Las radiaciones alfa tienen un grado de penetración muy bajo, y solo recorren unos pocos centímetros antes de pararse. No son capaces de atravesar ni siquiera un folio, o la piel de nuestro cuerpo. Estas radiaciones están formadas por partículas alfa, que son átomos de Helio ionizados doblemente (He++)

• Las radiaciones beta son un poco más penetrantes que las anteriores: se detienen tras recorrer un metro, y son capaces de penetrar en una hoja, parándose solo con una laminilla de metal o un poco de madera. Están formadas por partículas beta, que son electrones.

• Las radiaciones gamma son las más penetrantes. Pueden llegar a recorrer cientos de metros en el aire, y solo se detienen ante una lámina bastante gruesa de cemento o plomo. Las radiaciones gamma son fotones de alta energía. Los rayos X se encuentran clasificados dentro de este tipo de radiaciones, ya que también son fotones, pero tienen un grado de penetración en la materia un poco menor a los rayos gamma.

Cuanto mayor grado de penetración tienen mayor energía contienen, por lo que las radiaciones ordenadas en base a su carga energética de menor a mayor es la misma ordenación que la anterior (alfa, beta, gamma)

LEY DE DESINTEGRACIÓN ATÓMICA

La ley de desintegración atómica es el tiempo en que tardan en desintegrarse ciertos átomos.

Los núcleos de los átomos, que están formados por protones y neutrones, en algún caso pueden no se estables por lo que estos, para intentar serlo manifiestan emisiones.

Hay tres tipos de emisiones que pueden ser: las alfa, que son emisiones de núcleos de He (2 protones y 2 neutrones), las beta, que son emisiones de electrones, y las gamma, que son emisiones de ondas electromagnéticas.

En el caso de la desintegración alfa el elemento, al perder un átomo de He, Z, el número atómico, disminuye en 2 unidades (Z-2) y A, el número másico, disminuye en 6 unidades.

En el caso de la desintegración beta el elemento pierde un electrón, por lo que su masa no cambia, pero si su número atómico, que aumenta en una unidad (Z+1).

(desintegración beta)

Y por último en el caso de la desintegración gamma no cambia ni su masa ni su número atómico, por que lo que hace es emitir ondas electromagnéticas.

Esta ley es utilizada para la datación geológica ya que al saber al ritmo en el que se desintegran los átomos se puede saber desde cuando existe.

CARBONO-14

El carbono-14 es un radioisótopo del carbono, que se está formando constantemente en la atmósfera, cuyo núcleo está formado por 6 protones y 8 nuetrones, por lo que no es estable y para hacerse estable se transmuta en nitrógeno-14.

El carbono-14 es la forma más fiable de datación de muestras orgánicas de hasta 60.000 años.

Mientras que vivimos acumulamos carbono-14, y al morir este se va desintegrando, por lo que al saber el ritmo en el que se descompone se puede saber la datación de estas muestras.

EL CONTADOR DE GEIGER

El contador de Geiger es un instrumento que se utiliza para medir la radioactividad de un objeto.

Este instrumento detecta el paso de las partículas subatómicas cargadas eléctricamente mediante un tubo, en este tubo se encuentra el gas noble Argón, el tubo está formado por un campo magnético, un hilo en su interior que es el ánodo y la superficie del tubo que es el cátodo. En el tubo hay una placa de mica, que permite el paso de las radiaciones; al paso de estas radiaciones al interior se produce un pulso de corriente, que se puede ver en la pantalla del contador, y una señal acústica.

EXPERIMENTO DE RUTHERFORD

El experimento de Ruthenford fue realizado por Geiger y Marsden. Los resultados obtenidos sirvieron para modificar el modelo atómico de Thomson y la propuesta de un modelo nuclear para el átomo.

El experimento se basó en lanzar partículas alfa contra una finísima lámina de oro y observar como esto afectaba a la trayectoria de los rayos. Para ello, se utilizó un emisor de partículas alfa, una lámina de oro (más tarde se probó también usando una de platino y otra de mica) y un detector de partículas.

Primeramente, antes que el oro, se probó con mica, pero el experimento no funcionó, Resulta que la mica, al ser un mineral está formado por varias capas del mismo y se va haciendo cada vez más difuso según el número de capas aumenta, hasta el puto que llega a u espesor en que todas las partículas que se proyectan quedan absorbidas.

También se probó con platino. El resultado fue que un número mayor de partículas atravesaban la lámina al tener menor espesor, ya que a los orfebres les resultaba mucho más sencillo hacer finas laminas con oro y platino, y aun más con el platino.

(El experimento de Ruthenford)

El resultado que se esperaba, según el modelo de Thomson, ya que las partículas alfa no se desviarían demasiado en su trayectoria ya que primero, las fuerzas eléctricas serían muy débiles para conseguir desviarlas y segundo, las partículas no se encontrarían son muchos átomos ya que irían compensando las desviaciones hacia diferentes direcciones. Pero el resultado obtenido fue diferente: se observó que un pequeño porcentaje de las partículas se desviaban (1 de cada 8000 aproximadamente) al usar una lámina de 200 átomos de espesor..

La conclusión fue que si la mayoría de las partículas atraviesan la hoja metálica, quiere decir que gran parte del átomo está vacía, que la desviación implica que el deflector tiene carga positiva, ya que es dispersa, y que el rebote indica el choque directo en una zona muy densa y con fuerte carga positiva del átomo

Tras este experimento, Ruthenford propuso su propio modelo atómico:

(Modelo atómico de Ruthenford)

La frase que pronunció Ruthenford tras realizar el experimento (Es como si se disparara un obús naval de buen calibre sobre una hoja de papel y rebotara) manifiesta, por una parte la sorpresa que le resultó ver como las partículas alfa rebotaban contra la lámina, cosa que no se esperaba ya que la carga positiva y los electrones del átomo se encontraban dispersos homogéneamente en todo el volumen del átomo, y al tener las partículas alfa una gran masa y gran velocidad, las fuerzas eléctricas serían muy débiles y se pensaba que no conseguirían desviar las partículas y mucho hacerla rebotar. Además, al atravesar la lámina de metal, la partículas que se suponía que irían compensando las desviaciones hacia diferentes direcciones.

MODELO DE RUTHERFORD

El modelo de Rutherford fue creado por él, tras haber trabajado en sus experimentos consistentes en el bombardeo de láminas delgadas de metales, y basándose en los resultados de esos experimentos.

Este modelo atómico nuclear considera que el átomo se encuentra dividido en un núcleo, que contiene los protones y los neutrones, carga positiva, y la mayor parte de masa del átomo; y la corteza, formada por electrones, de tamaño muy pequeño y por lo tanto sin apenas masa, y cargados negativamente, que giran alrededor del núcleo en sus respectivas órbitas circulares y en distintos niveles.

Para que los electrones, que tienen carga negativa no se fuesen por ahí a su bola, y para que permaneciesen girando constantemente al rededor del núcleo, éste tenía que estar cargado positivamente, para que los electrones quedasen atraídos por la carga eléctrica opuesta.

Rutherford hizo el descubrimiento del núcleo cuando él y sus colaboradores estaban bombardeando una fina lámina de oro con partículas alfa, cargadas positivamente. Observaron que la mayor parte de las partículas atravesaban la lámina sin desviarse nada, pero que había un pequeño número de ellas que se desviaban, e incluso algunas que rebotaban hacia atrás. Mediante un análisis matemático de las fuerzas involucradas, Rutherford demostró y aclaró que las desviaciones de las partículas alfa se debían a la existencia de un pequeño núcleo con carga positiva. Al tener carga positiva, al igual que las partículas alfa, cuando éstas pasaban cerca del núcleo se desviaban debido a la “repelencia” de fuerzas eléctricas, y si las partículas iban directas al núcleo, incluso rebotaban hacia atrás por la misma razón. Debido a que la mayoría de las partículas no se desviaban, dedujo que el átomo estaba compuesto prácticamente de “vacío”.

Cuando se habla de que Rutherford es el padre de la interacción nuclear quiere decirse que gracias a su modelo atómico se descubrieron dentro del propio modelo dos nuevas interacciones que no se habían dado a conocer antes (interacción nuclear fuerte, y la débil). Según la interacción nuclear fuerte, la fuerza obliga a los núcleos a permanecer totalmente unidos mediante la “teoría de la gran unificación”. Estas dos nuevas interacciones junto con las otras dos ya conocidas (gravedad y electromagnetismo) dieron como resultado las cuatro interacciones fundamentales de la naturaleza. Éstas interacciones son los cuatro tipos de campos cuánticos mediante los cuales interactúan todas las partículas.

Gravedad: Esta interacción tiene solo carácter de atracción, y en comparación con el resto de las interacciones, es la más débil de todas. Al igual que el electromagnetismo y al contrario que las fuerzas nucleares, actúa a grandes distancias.

Esta interacción hace que cualquier cuerpo provisto de energía interaccione entre sí, y es una manifestación de la deformación que sufre el espacio-tiempo por la presencia de grandes masas.

Según el modelo estándar, la interacción gravitatoria es transmitida por el gravitón.

Electromagnetismo: Esta interacción actúa solamente sobre las partículas que tienen carga eléctrica. Si poseen el mismo signo de carga eléctrica se repelen, y si poseen distinto signo se atraen.

Al igual que la gravedad actúa a enormes distancias, y al poseer mucha más fuerza que la interacción gravitatoria actúa de mayor manera en numerosos aspectos de nuestra vida cotidiana tales como el arco iris y el rayo láser.

La interacción nuclear fuerte: Su fuerza es la más fuerte, pero su alcance es mínimo. Es la que mantiene a los protones y a los neutrones unidos entre sí para formar el núcleo atómico. Gracias a esta interacción se puede explicar la estabilidad nuclear y muchos procesos nucleares.

La interacción nuclear débil: El hecho de que se denomine "débil" es porque es 1023 veces más “pequeña” que la interacción nuclear fuerte. El efecto más conocido producido por esta interacción es el decaimiento beta y la radiactividad.

NUESTRO ESCUDO

Este es nuestro escudo. Lo hemos hecho con un programa de internet llamado “Scion Speak” y con Photoshop.

Nuestro escudo es bastante simbólico:

- El brazo que aparece en el lado izquierdo del escudo simboliza la fuerza de voluntad que hay que tener para poder investigar y no rendirse cuando los resultados que obtenemos no son los deseados.

-El átomo situado en el centro del escudo simboliza la química.

-El ala situada en la parte derecha del escudo pertenece a un búho, y por lo tanto simboliza la astucia y la inteligencia.

El lema que hemos escogido es “Siente curiosidad”, ya que sin ella no ha surgido ningún científico.

Si a ti te cuentan algo dificil de comprender o que no está probado, y no te entra una curiosidad incontrolable por averiguar acerca de ello, entonces jamás podrás ser un gran científico. La curiosidad es un aspecto importantísimo e imprescindible dentro del campo de cualquier ciencia.